有機硅耐溫涂料的研究

有機硅耐溫涂料的研究

耐寒涂料通常指在溫度超過200c的情況下，覆蓋范圍不會變紅，也不會脫落，仍然可以保持適當?shù)奈锢頇C械。它廣泛涂覆于高溫管道、熱交換器、高溫爐、石油裂解設備、發(fā)動機部位及排氣管等設備表面,用以防止鋼鐵等金屬在高溫下的熱氧化腐蝕,在現(xiàn)代工業(yè)、軍事、航天領域有著廣闊的應用前景。有機硅耐高溫涂料是耐高溫涂料的一個主要品種,它通常是以硅樹脂為基料,配以各種耐高溫顏、填料制得。目前,文獻報道的有機硅耐高溫涂料往往需要高溫固化,防腐蝕性能較差(尤其是耐鹽水性),且文獻報道側(cè)重于硅樹脂的合成改性,而忽視了各種高溫顏、填料的作用。本實驗以室溫固化有機硅樹脂為基料,系統(tǒng)地研究了各種耐高溫顏、填料與硅樹脂的復配作用,并討論了顏填料的具體作用和合適配比。1實驗1.1材料、試劑和試驗粉有機硅樹脂:CC-862,固體質(zhì)量分數(shù)為50%,自貢市鳳翔貿(mào)易有限公司;云母粉:325目,工業(yè)品,河北靈壽縣凱特云母廠;滑石粉:325目,工業(yè)品,營口大海礦業(yè)有限公司;磷酸鋅粉:325目,工業(yè)品,石家莊市新東化工有限公司;金屬鋁粉:325目,工業(yè)品,北京前門化工有限公司。馬弗爐:SX2-8-16,天津市中環(huán)試驗電爐有限公司;砂磨、分散、攪拌多用機:SFJ-400,上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術有限公司。1.2成品涂料的制備按表1配方,先用適量二甲苯對有機硅樹脂進行稀釋,待兩者混合均勻后,邊攪拌邊加入云母粉、滑石粉、磷酸鋅粉、金屬鋁粉等填料,用砂磨機研磨2h,過濾,即得成品涂料。1.3試驗處理涂層的制備包括基體的除油、除銹和底部預處理以及涂層的刷涂。將二甲苯涂覆于除油、除銹的馬口鐵板上,干燥;將涂料攪拌充分后涂刷于馬口鐵片上,實干后再涂刷第二道。涂膜厚度控制在50μm左右。高溫處理:將刷涂耐高溫涂料的馬口鐵板置于馬弗爐中,升溫至一定溫度,保留一定時間后取出;冷至室溫后測試性能。1.4涂層耐水性能耐熱性能:將涂裝耐高溫涂料的馬口鐵板試片在室溫干燥7天,放入馬弗爐中,在500℃下放置1000h;冷至室溫,用放大鏡觀察涂層表面狀況,如無龜裂、脫落現(xiàn)象,即說明涂層耐高溫性能良好。冷熱交變性能:涂裝后的試片經(jīng)過持續(xù)500℃高溫1000h后取出,冷至室溫(25℃)。再放入馬弗爐中,經(jīng)過1h高溫后取出,冷至室溫(25℃);如此重復多個周期,觀察涂層是否完整(無龜裂、脫落現(xiàn)象)。附著力:按GB/T1720—1979測試;柔韌性:按GB/T1731—1993測試;沖擊強度:按GB/T1732—1993測試;耐水性:按GB/T1733—1993測試;耐鹽水性:按GB/T1763—1979測試。2結(jié)果與討論2.1鋁粉在鋼鐵樣品中的擴散鋁粉為鱗片狀金屬顏料,熱穩(wěn)定性好。鋁粉用量對涂層耐高溫性能的影響如圖1所示。由圖1可見,隨著鋁粉用量的增加,涂層的耐高溫性能提高,較佳的用量是15%～20%。這可能是隨溫度的上升,鋁粉可能向鋼鐵基材中擴散形成合金層。擴散過程如圖2所示。由圖2可見,高溫下漆膜中的有機硅樹脂受熱氧化,但殘余的SiO2可與部分Al及Fe熔合生成Si—O—Al(Fe)合金層。合金層的形成大大提高了涂層與基材的結(jié)合能力,不僅熱、氧不易侵入,而且涂層的附著力進一步提高,耐高溫性能實現(xiàn)了飛躍。此外,鋁粉作為陰極可與鋼鐵形成電化學電池,提高了鋼鐵的耐腐蝕性能。結(jié)果表明,鋁粉的用量為15%～20%時,涂層性能最好;用量超過20%時,涂層表觀形貌較差。2.2體積膨脹系數(shù)耐高溫涂料的涂刷基材都是膨脹系數(shù)很大的金屬,涂料的膨脹系數(shù)應盡可能與金屬的膨脹系數(shù)相匹配?；劬€膨脹系數(shù)很大,但體積膨脹系數(shù)很小;因此滑石粉的添加可以改變涂料的線膨脹系數(shù),提高涂料的室溫交變性能和高溫下的防裂性能;同時,可減緩涂料貯存時的沉降,并可防止涂膜流掛,提高涂膜的耐水性、耐磨性。滑石粉用量對涂層性能的影響如表2所示。由表2可見,當滑石粉的用量為5%～10%時,漆膜具有最佳的性能。繼續(xù)增大滑石粉的用量,漆膜在高溫下容易失光和粉化。2.3磷酸鋅粉加入量對涂料的防腐磷酸鋅粉是一種常用的防腐蝕填料,對涂層的耐熱性影響不大,可以在保證耐熱性的情況下,提高涂層的耐蝕性。磷酸鋅粉用量對涂層性能的影響如表3所示。由表3可見,加入磷酸鋅粉后,涂層的耐水性及耐鹽水性有了很大的提高,且耐水性及耐鹽水性隨著磷酸鋅粉加入量的增加而增大。它的防腐蝕機理可能如下:腐蝕前期在金屬表面產(chǎn)生局部的陽極和陰極,使溶解的亞鐵鹽和鐵鹽發(fā)生水解而釋放出質(zhì)子,與磷酸鋅鹽發(fā)生反應,最終生成不溶性的磷酸亞鐵,從而形成Me(金屬)-Zn-P2O5致密鈍化膜。該鈍化膜沉積在腐蝕位置上,把腐蝕區(qū)封住形成了隔離層,阻止了腐蝕的進一步發(fā)生,從而保護金屬基底不被腐蝕。當磷酸鋅粉的加入量達到15%時,耐水性從7天增加到60天,耐鹽水性從3天增加到45天。繼續(xù)增加磷酸鋅粉加入量時,對涂層的防腐蝕性提高并不明顯。同時涂層的黏度急劇變大,不利于涂料施工。因此,復合磷酸鋅粉的加入量以10%～15%為宜。2.4熱泵交變性能按表1配方制得涂料并測其物理機械性能、防腐蝕性能及耐熱性能、冷熱交變性能,結(jié)果見表4。將有機硅耐高溫涂料均勻涂刷在鍋爐煙道上(溫度可達300～400℃),半年后漆膜光亮,附著力、硬度都很好,沒有出現(xiàn)漆膜起泡、龜裂、脫落現(xiàn)象,設備沒有發(fā)生銹蝕。3有機硅耐久性以有機硅樹脂為基料,制備出一種可室溫固化,具有良好物理機械性能和防腐蝕性能,在500℃高溫下可長期使用的有