耐高温防腐涂料的研究

邓天彩 区卓琨

(佛山市质量计量监督检测中心; 国家陶瓷及水暖卫浴产品质量监督检验中心广东佛山528225)

摘 要:以有机硅树脂为基料,配合适量环氧树脂和氨基树脂,系统研究多种耐高温颜、填料与树脂的复配作用及其最佳用量。选取环氧树脂用量、颜基比以及玻璃粉用量三个因素设计三因素三水平正交实验来优化配方,通过考察漆膜耐高温性能和550℃×5h高温后的防腐性能,确定环氧树脂用量为2wt%,玻璃粉用量为8wt%,颜基比为2.4时漆膜综合性能最佳。

关键词:有机硅耐高温防腐涂料

中图分类号:TU57 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(a)-0006-02

随着高新技术的飞速发展,对耐高温结构材料以及耐热防腐涂料的要求越来越高,如在喷气式飞机和火箭头部的涂层等均要求很高的耐高温性能[1]。在高温涂料的研究中,出现了许多耐热性的聚合物,其中有机硅聚合物在耐高温涂料中的应用最为广泛,在加入耐热性的颜料、填料后,其耐热性可提高到400～800℃之间[2]。据估计每年约有1360～1820t的有机硅树脂中间体用于高温防护涂层[4]。据报道,Itsu Hajime等人以梯形聚硅氧烷、硅醇盐为原料,再加入纤维增强的陶瓷复合材料烧结制成的涂料,耐温超过1000℃[3]。

国外有机硅树脂的研究方向已从有机基聚硅氧烷转向梯形有机硅聚合物。日本国立材料化工研究所用硅倍半环氧乙烷混合物与1,3-双苯基乙烯基苯共聚,制得能耐1000℃高温的新型有机硅涂料[5]。在国外,日本免田化学工业公司采用纯有机硅树脂中加入无机填料和玻璃料,配制成能耐500～600℃的高温涂料[6]。美国道康宁公司的DC-994系列有机硅产品耐热寿命可达1000h(250℃)以上。Tempil Division制造了牌号为Pyro2mark Series 2500的航天飞机用有机硅树脂涂料,耐热温度达1400℃[7]。

1 实验部分

1.1 主要原材料及仪器设备

有机硅树脂、环氧改性有机硅树脂、聚酯改性有机硅树脂、环氧树脂、氨基树脂、云母铁红、云母粉、滑石粉、碳黑、气相二氧化硅、低熔点玻璃粉、磷酸锌:工业级,市售。

1.2 涂料的制备

过程如下:配料——按研磨配方准确称取各种物料,基料树脂,分散助剂,先加分散助剂到树脂中,低速搅拌分散。然后加入颜料和填料;研磨分散——在高速搅拌机中加入研磨珠子进行高速分散,这里意味着颜填料粒子在高速搅拌机的高剪切速率作用下,被分散成原级粒子,并且在分散助剂体系的作用下得到分散稳定状态;调稀——当细度达到所需要的细度时,加入全部基料,适量的成膜助剂和溶剂,在低速搅拌中调稀,以达到具有合适的粘度和良好稳定性的涂料。

2 果与讨论

2.1 树脂、颜料及填料的选择及其影

本实验采用苯基有机硅树脂做主要成膜树脂。添加环氧树脂提高附着力和防腐性能。实验表明,云母氧化铁红的含量越高,涂层的耐酸性就越差,而其含量太低,又达不到着色的目的,因此本实验以添加6％的量为佳。选择磷酸锌作主要的防锈颜料它能分散在油性树脂型和水性种基料中,用它制备的涂料具有良好的施工性能,并能与金属底材或与面漆涂膜具有较强的附着力,原料易得,价格适中等[8]。滑石粉线膨胀系数很大,但体积膨胀系数很小,因此滑石粉的添加可以改变涂料的线膨胀系数,提高涂料的室温交变性能和高温下防裂的性能。在体系中滑石粉用量达到10wt %时具有非常优异的抗裂性,即使550℃高温后马上放置于室温环境中也能保证漆膜完好不破裂,并兼备良好的防腐性能。

3.6 玻璃粉对耐高温及高温后防腐性能的影响

据文献[9]报道,硼玻璃粉熔点在400～600℃之间,能与有机硅树脂热分解温度(400～500℃)相匹配。用量在8wt%时取得最好的综合性能(图1)。

3.5 颜基比的影响(图2)

随着颜基比的增大,涂层的耐高温性能提高,但涂层的附着力随之变小,柔韧性变差。当颜基比太小,防腐填料偏少使防腐欠佳;颜基比太大,树脂偏少,不能形成完全连续涂膜,渗透性增大,不能提供长期的防腐蚀作用,最终导致涂层的防腐蚀性下降[10]。当颜基比为2.4时涂料的综合性能最佳。

3.7 正交实验优化配方(表1,表2)

从极差分析可见,影响耐高温性能的主次顺序是:B>C>A,即颜基比>玻璃粉用量>环氧树脂用量;影响防腐性能的主次顺序是:A>B>C,即环氧用量>颜基比>玻璃粉用量。其最优的配方组合为A3B3C2即环氧树脂用量为2wt%,颜基比为2.4,玻璃粉用量8wt%;要获得好的防腐性能,其最优的配方组合为A3B2C3,即环氧树脂用量为4wt%,颜基比为1.8,玻璃粉用量12wt%。综合考虑,采用A2B3C2的组合设计本实验的配方。

3 结语

(1)以有机硅树脂作主要成膜物,添加环氧树脂能提高防腐性能和附着力,用量过大会降低耐高温性能。

(2)防腐底漆选用云母氧化铁红,哑光黑面漆选用钛铁黑,用量6wt%较合适。

(3)滑石粉能有效提高漆膜线膨胀比,用量10wt%具有优异的抗裂性能。

(4)环氧树脂用量2wt%、玻璃粉用量8wt%以及颜基比2.4时总体性能最佳。

参考文献

[1] 林安,宋传红,潘肇基,等.常温固化聚有机硅氧烷耐高温涂料的研究[C].特种涂料(涂层)行业技术研讨会论文摘要集.1999,10,西安:31～32.

[2] 张文娟,陈剑华.耐高温有机硅涂料及胶粘剂.有机硅材料,2002,16(3):28～31.

[3] Silicone Coating Adds Years to Jet Equipment Service.Modern Paint and Coatings,1975(9):42～43.

[4] William V F,Edward GB.Organic Protective Coatings.New York:Reinhold Publishing Corporation,1977,362～364.

[5] 西原义夫.超耐热涂料.涂装与涂料,1991,(485):48.

[6] 高丰.国外有机硅树脂及其耐热涂料进展.化工新型料,1986,14(10):1～4.

[7] Tokushu Muki Zairyo Kenkyusho.Heat2resistant electri2cally insulating coating materials for wire.日本,特开昭55-164,256,1980.

[8] 张鉴清,曹楚南.电化学阻抗谱方法研究评价有机涂层.腐蚀与防护,1998,19(3):99.

[9] 赵继华.易熔玻璃在高温涂料上的应用.上海涂料,2003,41:3.

[10] 森本正良.耐热涂料—最近的动向.涂装与涂料,1990(465):39～46.