環(huán)氧改性有機硅樹脂復(fù)合涂層的制備及耐堿性能研究

環(huán)氧改性有機硅樹脂復(fù)合涂層的制備及耐堿性能研究

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的設(shè)備需要在高溫下使用，這對高溫下設(shè)備的保護非常重要。相比使用鋁、鈦等高溫合金進行熱防護,使用耐高溫涂料進行防護的成本更低,施工更加方便有機硅樹脂具有良好的耐高溫性能,但純有機硅樹脂本身存在的缺陷限制了其用途1實驗部分1.1原料實驗環(huán)氧改性有機硅樹脂,固含量為50%;酚醛胺類固化劑(上海康衢化工有限公司);SiO1.2基礎(chǔ)配置和制造工藝涂料基礎(chǔ)配方:自制的環(huán)氧改性有機硅樹脂(50%)質(zhì)量分數(shù)為40%～60%,SiC為6%～10%,SiO按配方準(zhǔn)確稱取SiO1.3漆膜耐水性能按GB/T1727-92《漆膜一般制備法》制備漆膜;GB/T1728-1979《漆膜、膩子漆干燥時間測定法》測定干燥性能;按GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》測試附著力;GB/T1733-93《漆膜耐水性測定法》測定耐水性。耐酸/堿性能:按GB/T9274-1988測試漆膜耐酸、堿性能。將樣式的2/3分別浸入5%鹽酸和5%NaOH溶液中,48h后取出,放置在空氣中自然干燥,觀察其表面是否均勻致密,有無起層、發(fā)泡、脫落現(xiàn)象。要求3個試樣中至少有2個合格。耐高溫性能:按《漆膜耐熱性測定法》(GB1735-2009)的要求,將養(yǎng)護后的試片放入馬弗爐中,程序升溫至測定溫度并保持恒溫2h,自然冷卻至室溫后取出,用放大鏡觀察涂層表面狀況。2結(jié)果與討論實驗研究顏填料細度對涂料性能的影響,確定研磨時間和分散時間,通過探究顏基比等對涂料性能的影響優(yōu)化涂料的配方。2.1大顆粒對漆膜膨脹系數(shù)的影響從漆膜附著力、硬度和耐熱性等方面對研磨時間不同的顏填料制造的漆膜進行測試,表1為研磨時間對漆膜性能的影響。由表1可知,顏填料研磨時間較短時,存在較大顆粒,高溫作用下,漆膜受熱膨脹過程中,大顆粒存在會導(dǎo)致漆膜局部膨脹系數(shù)存在差異,從而使得漆膜在大顆粒存在部位發(fā)生開裂。而在研磨時間太長時,漆膜表面的顏填料出現(xiàn)輕微團聚,這是因為細小的顏填料粒子的表面能大,容易吸附聚集形成大顆粒,最終也會導(dǎo)致漆膜的耐高溫性能下降。綜合考慮下,最終選擇的研磨時間為50min。2.2分散時間的影響顏填料分散時間對涂料性能的影響見表2。由表2可知,增加顏填料的分散時間,使得粒子分散效果增強,分散度增大,顆粒均勻排列,涂膜致密性良好。分散時間過短,會使得顏填料未能充分潤濕、出現(xiàn)團聚現(xiàn)象;分散時間長,又會增加涂料生產(chǎn)的成本。研究表明,分散60min時漆膜的耐高溫性能明顯提高,而繼續(xù)增加分散時間耐高溫性能并未得到提升,反而使得漆膜附著力有所降低。故分散時間為60min最好。2.3固化劑的用量固化劑用量對涂料性能的影響見表3。從表3可以看出,當(dāng)固化劑用量為10%時,漆膜的固化周期太長,而且漆膜的附著力和硬度較差,不滿足耐高溫的要求。增加固化劑的用量明顯提高了漆膜的固化性能,縮短了漆膜的固化周期,更有利于實際的生產(chǎn)應(yīng)用。而當(dāng)固化劑用量繼續(xù)增加達到20%時,漆膜的固化周期并未進一步縮短,反而有所下降,更重要的是由于酚醛胺類固化劑使用量過多導(dǎo)致漆膜變脆,進而使漆膜的耐高溫性能變差。故固化劑用量為15%最好。2.4漆膜耐久性分析漆膜厚度對漆膜性能影響見表4。從表4中可以看出,漆膜厚度在100μm時的耐高溫性能較差,將漆膜厚度提高到200μm時漆膜耐高溫性能得到明顯改善,這是因為涂料的耐高溫性能主要受耐高溫的顏填料影響,提高漆膜厚度使得漆膜對基材的保護能力增強。但是當(dāng)漆膜厚度達到400μm時,漆膜卻出現(xiàn)了嚴重的開裂現(xiàn)象,這是因為涂膜厚度的增加,涂料中的小分子揮發(fā)難度增加,漆膜中殘留的小分子量增多。在高溫條件下,殘留的小分子由于快速揮發(fā),而導(dǎo)致漆膜易產(chǎn)生開裂。綜合考慮,最終選擇的膜厚為300μm。2.5損失率及融入比只改變涂料顏基比,研究顏基比對涂料性能的影響,實驗結(jié)果見表5。從表5中可以看出,隨著顏基比的增大,涂膜的耐熱溫度先提高后減弱。這是因為當(dāng)顏基比為2.5時顏填料不足,基料起主要的耐熱作用,增大顏基比使得顏填料的量增多,涂膜耐熱溫度更高。但當(dāng)顏基比為3.5時,涂膜的耐熱溫度明顯下降,由于顏填料的增多導(dǎo)致基料不能完全包裹住顏填料,無法形成完全連續(xù)的涂膜,使得耐熱溫度下降。因此,選擇顏基比為3.0較為合適。2.6SiOSiO從表6可以看出,當(dāng)SiO2.7涂料的優(yōu)化和性能測試選擇以上單因素實驗中的最優(yōu)結(jié)果為涂料優(yōu)化配方:環(huán)氧改性有機硅樹脂(50%)質(zhì)量分數(shù)為34%,SiC為12%,SiO2.7.1溫度對涂料熱穩(wěn)定性的影響依據(jù)優(yōu)化后的配方制備涂料,并對其進行性能檢測,檢測結(jié)果見表7。高溫測試中發(fā)現(xiàn),在350℃燒結(jié)后漆膜還可以保持表面完整,增加測試溫度測漆膜的最大承受溫度。高溫?zé)Y(jié)后漆膜的性能測試如表8所示。由表8可知,優(yōu)化后的涂料耐高溫性能可達600℃,符合耐高溫涂料的使用要求。圖1為漆膜在不同溫度下的失重率。從圖1中看到,300℃時涂料的失重率為7.7%,這是由于漆膜中殘存的有機溶劑揮發(fā)及小分子有機物的分解所致,350℃時涂料的失重率為9.4%,失重率變化并不顯著,由此可以推斷改性的有機硅樹脂仍然能夠起到很好的耐熱性能。圖2和圖3分別是在不同溫度下漆膜燒結(jié)后的耐酸性和耐堿性。圖2與圖3對比可知,當(dāng)溫度從350℃上升至400℃涂料失重率明顯增加,結(jié)合涂料的耐酸堿性曲線,有機成分在不斷分解;當(dāng)溫度從400℃升至500℃時,涂料的熱失重率曲線趨于平緩,這是由于涂料中耐高溫顏填料的功能開始顯現(xiàn),結(jié)合這一溫度區(qū)間內(nèi)涂料的耐酸堿曲線可知,有機膜的作用逐漸減弱,無機膜的作用開始增強,這一溫度過程也是有機膜向無機膜轉(zhuǎn)化的過程;當(dāng)溫度從500℃升至550℃時,涂料的失重率再次明顯增大,而漆膜的耐酸堿性能卻有所增強,這是由于高溫下有機成分進一步的被燒蝕、分解,無極膜進一步形成引起;溫度從550℃升至600℃時,涂料的失重率不再明顯變化,這是因為有機成分不再損耗,有機涂層向無機涂層的轉(zhuǎn)化結(jié)束。2.7.2耐寒涂料燃燒前后的紅外光譜檢