有机硅耐温涂料的研究

有机硅耐温涂料的研究

耐寒涂料通常指在温度超过200c的情况下，覆盖范围不会变红，也不会脱落，仍然可以保持适当的物理机械。它广泛涂覆于高温管道、热交换器、高温炉、石油裂解设备、发动机部位及排气管等设备表面,用以防止钢铁等金属在高温下的热氧化腐蚀,在现代工业、军事、航天领域有着广阔的应用前景。有机硅耐高温涂料是耐高温涂料的一个主要品种,它通常是以硅树脂为基料,配以各种耐高温颜、填料制得。目前,文献报道的有机硅耐高温涂料往往需要高温固化,防腐蚀性能较差(尤其是耐盐水性),且文献报道侧重于硅树脂的合成改性,而忽视了各种高温颜、填料的作用。本实验以室温固化有机硅树脂为基料,系统地研究了各种耐高温颜、填料与硅树脂的复配作用,并讨论了颜填料的具体作用和合适配比。1实验1.1材料、试剂和试验粉有机硅树脂:CC-862,固体质量分数为50%,自贡市凤翔贸易有限公司;云母粉:325目,工业品,河北灵寿县凯特云母厂;滑石粉:325目,工业品,营口大海矿业有限公司;磷酸锌粉:325目,工业品,石家庄市新东化工有限公司;金属铝粉:325目,工业品,北京前门化工有限公司。马弗炉:SX2-8-16,天津市中环试验电炉有限公司;砂磨、分散、搅拌多用机:SFJ-400,上海现代环境工程技术有限公司。1.2成品涂料的制备按表1配方,先用适量二甲苯对有机硅树脂进行稀释,待两者混合均匀后,边搅拌边加入云母粉、滑石粉、磷酸锌粉、金属铝粉等填料,用砂磨机研磨2h,过滤,即得成品涂料。1.3试验处理涂层的制备包括基体的除油、除锈和底部预处理以及涂层的刷涂。将二甲苯涂覆于除油、除锈的马口铁板上,干燥;将涂料搅拌充分后涂刷于马口铁片上,实干后再涂刷第二道。涂膜厚度控制在50μm左右。高温处理:将刷涂耐高温涂料的马口铁板置于马弗炉中,升温至一定温度,保留一定时间后取出;冷至室温后测试性能。1.4涂层耐水性能耐热性能:将涂装耐高温涂料的马口铁板试片在室温干燥7天,放入马弗炉中,在500℃下放置1000h;冷至室温,用放大镜观察涂层表面状况,如无龟裂、脱落现象,即说明涂层耐高温性能良好。冷热交变性能:涂装后的试片经过持续500℃高温1000h后取出,冷至室温(25℃)。再放入马弗炉中,经过1h高温后取出,冷至室温(25℃);如此重复多个周期,观察涂层是否完整(无龟裂、脱落现象)。附着力:按GB/T1720—1979测试;柔韧性:按GB/T1731—1993测试;冲击强度:按GB/T1732—1993测试;耐水性:按GB/T1733—1993测试;耐盐水性:按GB/T1763—1979测试。2结果与讨论2.1铝粉在钢铁样品中的扩散铝粉为鳞片状金属颜料,热稳定性好。铝粉用量对涂层耐高温性能的影响如图1所示。由图1可见,随着铝粉用量的增加,涂层的耐高温性能提高,较佳的用量是15%～20%。这可能是随温度的上升,铝粉可能向钢铁基材中扩散形成合金层。扩散过程如图2所示。由图2可见,高温下漆膜中的有机硅树脂受热氧化,但残余的SiO2可与部分Al及Fe熔合生成Si—O—Al(Fe)合金层。合金层的形成大大提高了涂层与基材的结合能力,不仅热、氧不易侵入,而且涂层的附着力进一步提高,耐高温性能实现了飞跃。此外,铝粉作为阴极可与钢铁形成电化学电池,提高了钢铁的耐腐蚀性能。结果表明,铝粉的用量为15%～20%时,涂层性能最好;用量超过20%时,涂层表观形貌较差。2.2体积膨胀系数耐高温涂料的涂刷基材都是膨胀系数很大的金属,涂料的膨胀系数应尽可能与金属的膨胀系数相匹配。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的防裂性能;同时,可减缓涂料贮存时的沉降,并可防止涂膜流挂,提高涂膜的耐水性、耐磨性。滑石粉用量对涂层性能的影响如表2所示。由表2可见,当滑石粉的用量为5%～10%时,漆膜具有最佳的性能。继续增大滑石粉的用量,漆膜在高温下容易失光和粉化。2.3磷酸锌粉加入量对涂料的防腐磷酸锌粉是一种常用的防腐蚀填料,对涂层的耐热性影响不大,可以在保证耐热性的情况下,提高涂层的耐蚀性。磷酸锌粉用量对涂层性能的影响如表3所示。由表3可见,加入磷酸锌粉后,涂层的耐水性及耐盐水性有了很大的提高,且耐水性及耐盐水性随着磷酸锌粉加入量的增加而增大。它的防腐蚀机理可能如下:腐蚀前期在金属表面产生局部的阳极和阴极,使溶解的亚铁盐和铁盐发生水解而释放出质子,与磷酸锌盐发生反应,最终生成不溶性的磷酸亚铁,从而形成Me(金属)-Zn-P2O5致密钝化膜。该钝化膜沉积在腐蚀位置上,把腐蚀区封住形成了隔离层,阻止了腐蚀的进一步发生,从而保护金属基底不被腐蚀。当磷酸锌粉的加入量达到15%时,耐水性从7天增加到60天,耐盐水性从3天增加到45天。继续增加磷酸锌粉加入量时,对涂层的防腐蚀性提高并不明显。同时涂层的黏度急剧变大,不利于涂料施工。因此,复合磷酸锌粉的加入量以10%～15%为宜。2.4热泵交变性能按表1配方制得涂料并测其物理机械性能、防腐蚀性能及耐热性能、冷热交变性能,结果见表4。将有机硅耐高温涂料均匀涂刷在锅炉烟道上(温度可达300～400℃),半年后漆膜光亮,附着力、硬度都很好,没有出现漆膜起泡、龟裂、脱落现象,设备没有发生锈蚀。3有机硅耐久性以有机硅树脂为基料,制备出一种可室温固化,具有良好物理机械性能和防腐蚀性能,在500℃高温下可长期使用的有