環(huán)氧改性有機硅耐高溫涂料的研究

環(huán)氧改性有機硅耐高溫涂料的研究

耐寒涂料通常指在溫度超過200c的情況下，覆蓋范圍不變，也不會脫落，仍然可以保持適當(dāng)?shù)奈锢頇C械。耐高溫涂料廣泛地應(yīng)用于煙囪、高溫蒸氣管道、熱交換器、高溫爐、石油裂解設(shè)備、發(fā)動機部位及排氣管等方面。隨著航空、宇航事業(yè)的發(fā)展,耐高溫涂料的重要作用已引起世界各國的關(guān)注。在高溫涂料的研究中,高分子材料一直引起眾多的關(guān)注,出現(xiàn)了許多耐熱性的聚合物,其中有機硅樹脂由于具有較好的耐熱性、耐水性、電絕緣性而一直占有非常重要的地位。但有機硅樹脂也存在附著力較差等諸多缺點,而環(huán)氧樹脂以其優(yōu)異的機械性能和粘接性能等優(yōu)點著稱,因此,環(huán)氧改性有機硅樹脂是改性有機硅研究領(lǐng)域中較為重要的一類。它通過引入環(huán)氧基、烴基等改性基團,提高有機硅樹脂的綜合性能。本研究從提高環(huán)氧改性有機硅樹脂的耐熱性入手,研究顏填料、偶聯(lián)劑和固化劑等因素對涂料耐溫性能的影響,從而確定具有優(yōu)良耐高溫性能涂料的最佳配方。1實驗部分1.1樹脂、固化劑和溶劑基材:馬口鐵片,工業(yè);碳鋼板,工業(yè)?；?FJN-9802自干型有機硅樹脂,常州市嘉諾有機硅有限公司;E-44環(huán)氧樹脂,三木公司。填料:六方氮化硼,工業(yè)級;硅酸鈉,分析純;固化劑:低分子量聚酰胺,江陰惠峰合成材料有限公司;溶劑:二甲苯,分析純;助劑:防沉劑,偶聯(lián)劑,分散劑為工業(yè)級。1.2試驗板及涂層附著力:GB1720-89(79)(劃圈法);柔韌性:GB/T1731-93;沖擊強度:GB/T1732-93;表干時間、實干時間:GB1728-79(88)。耐高溫:涂料涂刷在碳鋼板上,于室溫固化。將固化后的碳鋼實驗板置于馬弗爐中,從300℃開始,每升高50℃,恒溫1h,冷卻后觀察試驗板上涂層的情況,耐溫終點為涂層開始出現(xiàn)開裂或剝落的溫度減去50℃,即涂層完好的最后承受溫度。每個樣品平行制備3個實驗板,實驗結(jié)果取平均值。1.3工藝1.3.1環(huán)氧樹脂的有機改性稱取一定質(zhì)量的環(huán)氧樹脂,用其2倍質(zhì)量的二甲苯在一定溫度下完全溶解,然后向其中加入一定質(zhì)量的有機硅樹脂和偶聯(lián)劑,充分混勻,待用。1.3.2雙磨法制備結(jié)構(gòu)涂層稱取一定質(zhì)量的環(huán)氧改性有機硅樹脂和顏填料,并添加一定量的助劑,用錐形磨進行充分研磨。然后添加固化劑,并進行攪拌,使涂料盡可能分散均勻,制成環(huán)氧改性有機硅耐高溫涂料。將涂料涂覆在經(jīng)過表面處理的碳鋼板和馬口鐵片上,待其實干后,進行附著力、沖擊性能和耐高溫性能的測試。2結(jié)果與討論2.1影響環(huán)氧樹脂反應(yīng)的有機硅涂料抗溫性的因素2.1.1顏基比和顏填料比(以下文中所指顏填料比為六方氮化硼∶硅酸鈉)2.1.1.耐溫涂料用化硼為了提高涂料的耐高溫性能,本研究采用向基料中添加耐高溫顏填料六方氮化硼和硅酸鈉的方法。六方氮化硼具有良好的耐熱耐侵蝕性,常溫下幾乎對所有的腐蝕性化學(xué)物質(zhì)以及有機溶劑都是穩(wěn)定的,同時,它還具有優(yōu)良的潤滑性、電絕緣性和抗震性,有著廣泛的用途。但將六方氮化硼用于耐溫涂料還未見文獻報道。硅酸鈉是無機涂料中常用的成膜物質(zhì),用于耐高溫涂料的配制,而且其來源易得、價格低廉、無毒害。2.1.1.基料環(huán)氧樹脂用量對涂料耐久性和沖擊強度的影響考慮顏基比和顏填料比對漆膜耐高溫性能、附著力和耐沖擊強度的影響,設(shè)計不同顏基比和顏填料比,配制涂料,進行性能測試。實驗結(jié)果如表1所示。由表1可以看出,隨著顏基比的增大,涂料的耐高溫性能略有提高,且六方氮化硼含量的增大有助于耐溫性能的提高。但在實驗條件下,改變顏基比和顏填料比對漆膜附著力和沖擊強度影響不大。這主要是由于實驗所選擇的基料環(huán)氧樹脂對基材有著優(yōu)良的附著力,盡管顏基比和顏填料比不斷變化,但漆膜仍能保持優(yōu)良的附著力和耐沖擊強度。綜合比較表1中各組數(shù)據(jù),確定顏基配比為1∶1,顏填料配比為1∶1。2.1.2偶聯(lián)劑對漆膜綜合性能的影響采用向涂料中添加硅烷偶聯(lián)劑的方法以提高基料樹脂與顏填料的復(fù)合性,同時提高涂料對基材的附著力,改善漆膜綜合性能。本研究選用的偶聯(lián)劑分別為南大-42、KH550、KH792和KH902,加入量為顏填料質(zhì)量的1%,實驗結(jié)果見表2。比較表2中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),使用偶聯(lián)劑南大-42既可以提高漆膜附著力,又可以提高漆膜耐高溫性能。因此,本實驗選擇南大-42作為助劑。2.1.3固結(jié)劑和劑量2.1.3.不同固化劑對有機硅樹脂固化效果的比較因為環(huán)氧改性有機硅樹脂碳鏈中含有環(huán)氧基團,決定了多種的胺類、酸酐及具有某些活性基團的樹脂都能使其交聯(lián)固化。乙二胺、二乙烯三胺、聚酰胺均為可以使環(huán)氧樹脂常溫固化的固化劑,本實驗通過比較這3種固化劑對環(huán)氧改性有機硅樹脂的固化速度和漆膜固化后的綜合性能,選擇出固化性能最好的固化劑。比較表3中的實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),使用聚酰胺作為固化劑性能最好,而且聚酰胺還可以提高漆膜的耐高溫性能。同時,由于固化成膜過程中聚酰胺無毒有利于人工操作,固化條件受環(huán)境(如水分、濕氣)影響較小,故本實驗采用聚酰胺作為固化劑。2.1.3.固化劑用量對漆膜性能的影響在確定選用聚酰胺為固化劑的基礎(chǔ)上,本實驗通過比較不同固化劑用量下的漆膜性能,確定固化劑的最佳用量。由表4可以發(fā)現(xiàn),聚酰胺用量的增大可以提高漆膜固化速度,但差別不是很大。聚酰胺用量為100%和120%時,漆膜綜合性能最好?？紤]到成本問題,本實驗選擇聚酰胺用量為配制環(huán)氧改性有機硅樹脂時環(huán)氧樹脂用量的100%。2.2環(huán)氧樹脂的制備綜合以上實驗,最終確定涂料顏基比為1∶1,顏填料比為1∶1,偶聯(lián)劑選用南大-42,用量為顏填料質(zhì)量的1%,固化劑選擇聚酰胺,用量為配制環(huán)氧改性有機硅樹脂時環(huán)氧樹脂用量的100%。按照以上配方制備涂料,測得涂料綜合性能見表5。3涂料固化劑的選擇(1)在本體系中六方氮化硼含量的增大有助于涂料耐溫性能的提高。(2)相對于KH550、KH792和KH902等3種偶聯(lián)劑,南大-42更有利于提高涂料的耐溫性,并使其保持良好的附著力、柔韌性和耐沖擊強度。(3)以聚酰胺作為固化劑,涂料