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耐高温涂料的制备及性能研究

来源:未知 作者:admin 时间:2020-01-11 点击:
导读:制备一种以环氧改性有机硅树脂为基料,数种氧化物、碳化硅和滑石粉为填料的耐高温涂料,将涂料涂刷在钢板表面并干燥形成耐高温涂层,研究了材料中各组分对涂层耐高温性能的影响,优化了配方和工艺。优化配方下制备的耐高温涂料所形成的涂层,对其进行耐高温性
耐高温涂料的制备及性能研究
韩东山,张爱黎,徐景雨,孙乾坤
( 沈阳理工大学环境与化学工程学院,沈阳110159)


随着现代工业的迅速发展,需要在高温条件下使用的设备越来越多,高温下设备的防护就显得十分重要。相比使用铝、钛等高温合金进行热防护,使用耐高温涂料进行防护的成本更低,施工更加方便。耐高温涂料是一种可以承受200℃以上温度,使被保护设备可以在高温条件下正常使用的功能性涂料。研究开发性能优异的耐高温涂料,延长高温条件下设备的使用寿命,具有良好的应用前景及市场需求。
有机硅树脂具有良好的耐高温性能,但纯有机硅树脂本身存在的缺陷限制了其用途,例如固化温度较高且固化时间较长,树脂的表面能较低,与基材的附着力差等。环氧有机硅树脂因具有有机硅树脂的耐热性与环氧树脂优良的附着力、防腐蚀性及耐化学介质性而在高温设备的涂装保护中得到广泛应用。日本龟田化学工业社用有机硅树脂与硅酸盐类高温粘合剂进行复合,并在其中加入铝粉、玻璃和陶瓷等材料,制备出一种耐高温涂料。方倩等采用酚醛环氧有机硅树脂、羊绒油改性胺固化剂、颜料和填料以及添加剂和溶剂制备镁合金基体,这种基体可用于未完全处理且具有一定油污的基材上。李明为了减少钢结构在高温、高湿和高盐环境下的腐蚀问题,以烷氧基硅烷为单体,制备有机硅树脂,在环氧改性、功能性颜料和填料的基础上掺加添加剂,制备具有良好耐蚀性能的耐热涂料。刘宏宇等制备了一种能够在常温条件下固化干燥的耐高温涂料,这种涂料以有机硅树脂为基料,加入铝粉和滑石粉等颜填料,制备的耐高温涂料具有优异的耐蚀功能。本文对有机硅树脂进行改性,制备的耐高温涂料具有更好的耐热性能和在高温环境中拥有更出色的耐腐蚀能力。本文研制出一种具有良好的耐高温性能的功能性涂料。制得的涂层经600℃高温烧结后形成了新的无机膜,同样具有一定的防护能力,红外光谱证实涂料成膜物质发生了变化。

1 实验部分
1. 1 实验使用原料
环氧改性有机硅树脂,固含量为50%; 酚醛胺类固化剂( 上海康衢化工有限公司) ; SiO2; Al2O3;TiO2; 滑石粉; 硅烷偶联剂( 南京能德化工有限公司) ; 二甲苯; 环己酮; 正丁醇。
1. 2 基础配方及制备工艺
涂料基础配方: 自制的环氧改性有机硅树脂( 50%) 质量分数为40%~ 60%,SiC 为6% ~ 10%,SiO2为10%,Al2O3为10%,滑石粉2%,钛白粉2%,固化剂( 树脂用量的) 10% ~ 20%,适量消泡剂, 0. 25%的偶联剂,混合溶剂适量调粘。
按配方准确称取SiO2、SiC、Al2O3放入研钵中研磨后,再加入TiO2、滑石粉继续研磨一定时间;按配方准确称取树脂溶液、混合溶剂于烧杯中,放于磁力搅拌器上分散均匀; 加入研磨好的颜填料再高速分散均匀,再加入消泡剂等助剂; 加入适量固化剂,搅拌均匀,用毛刷在磷化好的铁片上涂膜,涂装完毕后等待干燥并养护。
1. 3 漆膜性能检测
按GB /T 1727-92《漆膜一般制备法》制备漆膜; GB /T 1728-1979《漆膜、腻子漆干燥时间测定法》测定干燥性能; 按GB /T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》测试附着力; GB /T 1733-93《漆膜耐水性测定法》测定耐水性。
耐酸/碱性能: 按GB /T 9274-1988 测试漆膜耐酸、碱性能。将样式的2 /3 分别浸入5%盐酸和5%NaOH 溶液中, 48h 后取出,放置在空气中自然干燥,观察其表面是否均匀致密,有无起层、发泡、脱落现象。要求3 个试样中至少有2 个合格。
耐高温性能: 按《漆膜耐热性测定法》( GB1735-2009) 的要求,将养护后的试片放入马弗炉中,程序升温至测定温度并保持恒温2h,自然冷却至室温后取出,用放大镜观察涂层表面状况。

2 结果与讨论
实验研究颜填料细度对涂料性能的影响,确定研磨时间和分散时间,通过探究颜基比等对涂料性能的影响优化涂料的配方。
2. 1 研磨时间对漆膜性能的影响
从漆膜附着力、硬度和耐热性等方面对研磨时间不同的颜填料制造的漆膜进行测试,表1 为研磨时间对漆膜性能的影响。
研磨时间对涂料性能的影响
由表1 可知,颜填料研磨时间较短时,存在较大颗粒,高温作用下,漆膜受热膨胀过程中,大颗粒存在会导致漆膜局部膨胀系数存在差异,从而使得漆膜在大颗粒存在部位发生开裂。而在研磨时间太长时,漆膜表面的颜填料出现轻微团聚,这是因为细小的颜填料粒子的表面能大,容易吸附聚集形成大颗粒,最终也会导致漆膜的耐高温性能下降。综合考虑下,最终选择的研磨时间为50min。
2. 2 分散时间对漆膜性能的影响
颜填料分散时间对涂料性能的影响见表2。
分散时间对涂料性能的影响
由表2 可知,增加颜填料的分散时间,使得粒子分散效果增强,分散度增大,颗粒均匀排列,涂膜致密性良好。分散时间过短,会使得颜填料未能充分润湿、出现团聚现象; 分散时间长,又会增加涂料生产的成本。研究表明,分散60min 时漆
膜的耐高温性能明显提高,而继续增加分散时间耐高温性能并未得到提升,反而使得漆膜附着力有所降低。故分散时间为60min 最好。
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