耐高溫防腐涂料的研究

鄧天彩 區卓琨

(佛山市質量計量監督檢測中心; 國家陶瓷及水暖衛浴產品質量監督檢驗中心廣東佛山528225)

摘 要:以有機硅樹脂為基料,配合適量環氧樹脂和氨基樹脂,系統研究多種耐高溫顏、填料與樹脂的復配作用及其最佳用量。選取環氧樹脂用量、顏基比以及玻璃粉用量三個因素設計三因素三水平正交實驗來優化配方,通過考察漆膜耐高溫性能和550℃×5h高溫后的防腐性能,確定環氧樹脂用量為2wt%,玻璃粉用量為8wt%,顏基比為2.4時漆膜綜合性能最佳。

關鍵詞:有機硅耐高溫防腐涂料

中圖分類號:TU57 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(a)-0006-02

隨著高新技術的飛速發展,對耐高溫結構材料以及耐熱防腐涂料的要求越來越高,如在噴氣式飛機和火箭頭部的涂層等均要求很高的耐高溫性能[1]。在高溫涂料的研究中,出現了許多耐熱性的聚合物,其中有機硅聚合物在耐高溫涂料中的應用最為廣泛,在加入耐熱性的顏料、填料后,其耐熱性可提高到400～800℃之間[2]。據估計每年約有1360～1820t的有機硅樹脂中間體用于高溫防護涂層[4]。據報道,Itsu Hajime等人以梯形聚硅氧烷、硅醇鹽為原料,再加入纖維增強的陶瓷復合材料燒結制成的涂料,耐溫超過1000℃[3]。

國外有機硅樹脂的研究方向已從有機基聚硅氧烷轉向梯形有機硅聚合物。日本國立材料化工研究所用硅倍半環氧乙烷混合物與1,3-雙苯基乙烯基苯共聚,制得能耐1000℃高溫的新型有機硅涂料[5]。在國外,日本免田化學工業公司采用純有機硅樹脂中加入無機填料和玻璃料,配制成能耐500～600℃的高溫涂料[6]。美國道康寧公司的DC-994系列有機硅產品耐熱壽命可達1000h(250℃)以上。Tempil Division制造了牌號為Pyro2mark Series 2500的航天飛機用有機硅樹脂涂料,耐熱溫度達1400℃[7]。

1 實驗部分

1.1 主要原材料及儀器設備

有機硅樹脂、環氧改性有機硅樹脂、聚酯改性有機硅樹脂、環氧樹脂、氨基樹脂、云母鐵紅、云母粉、滑石粉、碳黑、氣相二氧化硅、低熔點玻璃粉、磷酸鋅:工業級,市售。

1.2 涂料的制備

過程如下:配料——按研磨配方準確稱取各種物料,基料樹脂,分散助劑,先加分散助劑到樹脂中,低速攪拌分散。然后加入顏料和填料;研磨分散——在高速攪拌機中加入研磨珠子進行高速分散,這里意味著顏填料粒子在高速攪拌機的高剪切速率作用下,被分散成原級粒子,并且在分散助劑體系的作用下得到分散穩定狀態;調稀——當細度達到所需要的細度時,加入全部基料,適量的成膜助劑和溶劑,在低速攪拌中調稀,以達到具有合適的粘度和良好穩定性的涂料。

2 果與討論

2.1 樹脂、顏料及填料的選擇及其影

本實驗采用苯基有機硅樹脂做主要成膜樹脂。添加環氧樹脂提高附著力和防腐性能。實驗表明,云母氧化鐵紅的含量越高,涂層的耐酸性就越差,而其含量太低,又達不到著色的目的,因此本實驗以添加6％的量為佳。選擇磷酸鋅作主要的防銹顏料它能分散在油性樹脂型和水性種基料中,用它制備的涂料具有良好的施工性能,并能與金屬底材或與面漆涂膜具有較強的附著力,原料易得,價格適中等[8]。滑石粉線膨脹系數很大,但體積膨脹系數很小,因此滑石粉的添加可以改變涂料的線膨脹系數,提高涂料的室溫交變性能和高溫下防裂的性能。在體系中滑石粉用量達到10wt %時具有非常優異的抗裂性,即使550℃高溫后馬上放置于室溫環境中也能保證漆膜完好不破裂,并兼備良好的防腐性能。

3.6 玻璃粉對耐高溫及高溫后防腐性能的影響

據文獻[9]報道,硼玻璃粉熔點在400～600℃之間,能與有機硅樹脂熱分解溫度(400～500℃)相匹配。用量在8wt%時取得最好的綜合性能(圖1)。

3.5 顏基比的影響(圖2)

隨著顏基比的增大,涂層的耐高溫性能提高,但涂層的附著力隨之變小,柔韌性變差。當顏基比太小,防腐填料偏少使防腐欠佳;顏基比太大,樹脂偏少,不能形成完全連續涂膜,滲透性增大,不能提供長期的防腐蝕作用,最終導致涂層的防腐蝕性下降[10]。當顏基比為2.4時涂料的綜合性能最佳。

3.7 正交實驗優化配方(表1,表2)

從極差分析可見,影響耐高溫性能的主次順序是:B>C>A,即顏基比>玻璃粉用量>環氧樹脂用量;影響防腐性能的主次順序是:A>B>C,即環氧用量>顏基比>玻璃粉用量。其最優的配方組合為A3B3C2即環氧樹脂用量為2wt%,顏基比為2.4,玻璃粉用量8wt%;要獲得好的防腐性能,其最優的配方組合為A3B2C3,即環氧樹脂用量為4wt%,顏基比為1.8,玻璃粉用量12wt%。綜合考慮,采用A2B3C2的組合設計本實驗的配方。

3 結語

(1)以有機硅樹脂作主要成膜物,添加環氧樹脂能提高防腐性能和附著力,用量過大會降低耐高溫性能。

(2)防腐底漆選用云母氧化鐵紅,啞光黑面漆選用鈦鐵黑,用量6wt%較合適。

(3)滑石粉能有效提高漆膜線膨脹比,用量10wt%具有優異的抗裂性能。

(4)環氧樹脂用量2wt%、玻璃粉用量8wt%以及顏基比2.4時總體性能最佳。

參考文獻

[1] 林安,宋傳紅,潘肇基,等.常溫固化聚有機硅氧烷耐高溫涂料的研究[C].特種涂料(涂層)行業技術研討會論文摘要集.1999,10,西安:31～32.

[2] 張文娟,陳劍華.耐高溫有機硅涂料及膠粘劑.有機硅材料,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] 西原義夫.超耐熱涂料.涂裝與涂料,1991,(485):48.

[6] 高豐.國外有機硅樹脂及其耐熱涂料進展.化工新型料,1986,14(10):1～4.

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

[8] 張鑒清,曹楚南.電化學阻抗譜方法研究評價有機涂層.腐蝕與防護,1998,19(3):99.

[9] 趙繼華.易熔玻璃在高溫涂料上的應用.上海涂料,2003,41:3.

[10] 森本正良.耐熱涂料—最近的動向.涂裝與涂料,1990(465):39～46.