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耐热涂料用颜料的选择

2016年01月27日 08:52  来源:中国涂装设备网  人气:675

  耐热涂料广泛用于高温部位中的烟囱、排烟管道、高温炉、石油裂解反应设备以及飞机、导弹、宇航设备等的涂装保护。如航空工业中的喷气式发动机装置要求耐热涂料具有耐高温400 C~900°C,抗氧化、防腐蚀、耐高速气流冲刷及要求涂料耐瞬间高温。锅炉过热器管外壁上,需要有能达到400C~ 600C高温的耐热涂料进行保护,来消除钢管外壁严重锈蚀的发生。

  当前,研究应用的耐热聚合物种类很多,如聚苯、聚四氟乙烯、聚芳砜(醚)、聚酰亚胺、聚苯撑、有机钛、有机硅等聚合物,而有机硅聚合物是耐热涂料中使用最多的一类。因有机硅聚合物长期受热后,有机物质发生氧化和挥发,但其中硅氧骨架会遗留下来并将颜料粘附于底材上,这就是有机硅聚合物特别适合制造耐热涂料的主要原因,也是其它一些有机耐热树脂所不具备的特性。

  涂料的耐热性问题是一个复杂问题,它不仅与树脂(基料)有关,同时与颜料、填充料等也有着紧密的关系。因在高温下使用的涂料,其颜料的选用具有特殊性。如有机硅涂料可在200使用,300 C时间断使用;但在加入耐热性的颜料、填料后,其耐热性可提高到400 C之间长期工作;加入有些颜填料,还可使有机硅涂料耐700 C~800C的高温。在为耐热涂料着色时,由于生产操作具有一定的局限性,又有一些在受热时分解、升华、变色的颜料,显然也是不适用的,这种局限性实际上又自然地排除了几乎全部有机颜料和大部分无机颜料。因此,研究发展颜料、填充料在耐热涂料中的应用,也是耐热涂料发展中的一个重要基础工作。

  1颜料的分类1.1着色颜料白色:二氧化钛、锑白、氧化锌兰色:钴兰、酞菁兰、群青绿色:氧化铬绿、钴绿黄色:镉黄、锶黄、钛黄红色:镉红、氧化铁红黑色:铬铁黑、碳黑、石墨、氧化镍、二氧化锰1.2体质颜料滑石粉、云母粉、氧化镁、超短纤维石棉粉、二氧化硅、硬质高岭土等。

  1.3防锈颜料锶黄、磷酸锌、云母珠光粉1.4金属颜料锌粉、铝粉、不锈钢粉、镍、铬粉末等。

  1.5硅酸盐玻璃料红白绿黑黄及其它多彩的玻璃色素、玻璃料。

  1.6陶瓷颜料各种色彩的陶瓷色剂。

  2颜料的功能为提高和改善涂层的耐温性及其他性能,须将耐热树脂适当地与某些耐热颜填料配合制成涂料。

  下面简要论述在工业实践中可以选用的颜填料。

  由于二氧化钛的熔点高达1 830C,热稳定性良好,是最常用的白色着色颜料,常用于涂层的着色,搪瓷、瓷釉、陶瓷彩釉和作高温涂饰之用。

  氧化锌的膨胀系数接近二氧化硅(玻璃质和搪瓷的主要组分)和膨胀系数,因而它在陶瓷工业中应用占有重要地位,并被广泛用于涂料行业中的着色及作耐热涂料的颜料。

  氧化锑主要用于防火涂料中,在耐热涂料中有时也加入这种白色颜料,但一般多与玻璃料配合使用。

  氧化铁系中氧化铁红是最具典型的一种防锈、耐热的着色颜料,其使用范围相当广泛,在耐热防腐底漆中使用较多。但氧化铁黄并不很耐热,在138C~204时由于脱水而变为红色。

  镉红、镉黄颜料具有优异的耐热性能,且色彩鲜艳,是耐热涂料中最常用的着色颜料之一。

  绿色颜料中,只有氧化铬绿有着较高的耐热性能,并有一定的耐酸碱性能,且对光稳定。不足之处是颜料的色泽光亮度较差。目前仍是制造防腐蚀、耐热涂料中常用的绿色着色颜料。

  蓝色颜料中钴兰颜料熔点可高达950是由氧化钴、磷酸钴与氢氧化铝或氧化铝混合后经锻烧制备而得,带有绿光的蓝色颜料。具有耐热、耐光、耐酸、耐碱性能,用于油漆的着色颜料及制备玻璃与陶瓷的着色颜料。

  群青颜料是一种半透明的蓝色颜料,不溶于水,耐碱、耐候、耐光性较好。但其着色力、遮盖力较差。

  常用于橡胶、油漆、搪瓷等行业的着色颜料。

  酞菁兰颜料色彩鲜艳,特别是稳定型酞菁兰颜料,具有优良的耐热、耐光、耐酸碱、耐溶剂性能。然而,它是耐热涂料中使用的很少的一种有机颜料,主要用于油漆、橡胶等工业的着色颜料。

  黑色颜料中石墨有显著的耐热性,在特种耐热涂料中有所应用,由于它有类似片状的结构,因而强了涂层对机械应力的抵抗作用和耐多种化学药品性,常使用于防腐蚀、耐热及特种涂料的制造。

  碳黑和灯黑也有一定的耐热性,它们含有一定量的挥发物质,耐热性可高达1000C以上,但其颜铝粉是配制耐热涂料中最有用途的颜料,被广泛用于高温涂料是由于它具有反射热,本身耐热及在高温下能和铁形成合金起长期保护作用,以及有遮盖力强,成本低等综合性能。因它的结构呈磷片状,故防热氧化性能较好,但易受碱和无机酸的侵蚀,所以耐化学性能不佳。

  锌粉是一种防锈金属颜料,可在钢铁表面作为阴极牺牲而起到保护作用。在这点上,比铝粉优越,但其耐热性能不如铝粉,因而不能用来制造耐温更高的涂料。锌粉最适合的用途就是配制耐热、防腐蚀的有机或无机富锌涂料及特种涂料。

  在耐热涂料中,功能颜料和体质颜料有时也有一定的用途,但在配方中用量亦不太多。因这些颜料会降低涂层光泽。通常含硅质材料如滑石、石棉、石英、云母是常用的,加入少量的二氧化硅亦可以改进涂层对钢铁表面的附着力,并可提高涂料的耐热性能。

  采用适当比例的高、中、低熔点的玻璃粉料配以陶瓷颜料,可制成高温附着力好,有光泽、耐腐蚀、耐热冲击的涂层,且在加入不同颜料或采用不同色彩的玻璃色素,可得到一系列不同颜色,不同耐热性能的耐高温涂料品种。

  3颜料在耐热涂料中的应用3.1耐热树脂(如有机硅、有机钛等)+耐热颜料这是最基本的一类耐热涂料。使用温度一般在300C以下,如长期在400 C使用,涂层会逐渐粉化,附着力、弹性变差。通常在这类树脂中加入部分玻璃料来提高其耐热性能及与底材的附着力。

  3.2金属耐热涂料由耐热树脂+金属颜料形成的涂料是耐热涂料中最有代表性的一种,其中以铝粉颜料应用最广。以金属颜料制成的耐热涂料受热后附着牢固,不粉化。但铝粉漆用有机硅、有机钛等高温树脂作粘接剂时,在600 C以上温度长期使用会逐渐失去粘接力,如在普通耐热漆中加入锌粉或镍粉、铬粉、铁粉、不锈钢粉、玻璃粉料,就能改善其附着力和提高涂层的抗粉化性能。

  色在H时就逐渐HealEleeiePublishl涂g料配方中中使用量较大亦可单独使甩也底漆bookmark2锌粉由于密度较大和具有防腐蚀性能,因而在使用。

  3.3有机硅酸盐玻璃搪瓷涂料600C或更高温度下长期使用时,由于耐热树脂受热分解对颜料的粘附性降低。如果在涂料中加入适当熔点的玻璃料,可制备出耐热600C~700C的高温涂料,或更高的耐热800C以上的耐热涂料。因为玻璃粉在高温下熔融,可起到二次成膜的作用,以代替有机硅树脂继续起到颜料和基体金属粘附成膜的作用。涂料中如再加入云母粉、滑石粉、高岭土、石英粉等高温填料,即就形成有机硅硅酸盐涂料。该涂料热稳定性好,所以,无机耐热填料的加入,大大提高了涂层的使用温度和寿命,使用温度可达760C以上。如调整玻璃陶瓷材料的组成和用量,其使用温度还可提高。

  3.4陶瓷金属涂料用金属颜料,如不锈钢粉、镍、铬粉和玻璃料与耐热树脂一起可制得陶瓷金属涂料。这种涂料能经受更高的温度,能获得高温附着力好,有光泽耐腐蚀,耐热冲击的涂层。受热保留下来的涂层可视为陶瓷和金属粉末组成的涂料,相当于Cermet涂层(即陶瓷金属涂层)如日本用有机硅树脂,加入一些高温颜料、玻璃粉,少量陶瓷玻璃助熔剂,所制得的涂料可在600C/100h附着力保持100%涂层光亮,能经受600C至室温交变4次,可作为表面温度在600C~700C的石油裂解炉和各种热交换器保护涂料。

  目前,用于耐热涂料的基料基本上是合成高聚物,但无论是有机的还是无机的,制造耐热涂料时,一般都必须与耐高温颜填料配合,如有机硅树脂加入耐高温颜填料后可耐温500C~ 600C.含硅酸盐的有机硅耐热涂料可耐温700C~800C耐热涂料中选择颜填料的研究工作是很重要的,为了提高涂料的耐高温性能,满足工业中特殊性能的要求,国外对于耐热颜填料作了较为系统的研究,并取得了较大的成绩。例如在日本,他们从机理上研究了颜填料对涂层性能的影响。比如镉系颜料和铝粉等能抑制有机硅树脂的聚合,使涂层干燥较慢。铝、铬、硅能提高涂层的耐热性和附着性,这是由于铬、铝、硅可与底材铁形成复合氧化物,防止Fe2+的扩散。此外,日本还研究了十九种颜填料对有机硅树脂漆膜的影响。国内某些颜料生产厂家也作了许多研究工作,且己有部分耐热颜料,各种色彩的玻璃粉料及玻璃色素,彩色陶瓷颜料等产品相继问世并有产品供应市场。如湖南湘谭市化工研究院和天津市同生化工厂研制生产的镉系列耐热颜料,上海玻搪化工厂研制生产的各色玻璃色素及本溪市第二玻璃厂生产的玻璃粉料、搪瓷瓷釉色剂等。随着今天耐热涂料的应用日益扩大,其耐热颜料的作用就像在整个耐热涂料领域里进行的研究那样,将具有越发重要的作用。

(完)

 
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