黑色有机硅耐高温涂料的制备及其性能研究

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　　0引言

　　耐高温涂料一般是指在温度200℃以上漆膜不变色、不脱落,仍能保持适当的物理力学性能的涂料　。耐高温涂料广泛应用于高温管道、热交换器、石油裂解设备、发动机及排气管等设备表面,用来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,它以有机硅树脂为基料,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主要是以铝粉为颜料,而对黑色耐高温涂料则研究较少。但在某些场合,如锅炉、车辆排气管等部位则要求涂装黑色耐高温涂料。

　　本工作以室温固化有机硅树脂为基料,铬铁黑粉为颜料,通过配方的优选,制备出一种可常温固化,具有良好物理力学性能和防腐蚀性能,在500℃高温下可长期使用的黑色耐高温涂料,并讨论了颜填料的具体作用和合适配比。

　　1试验方法

　　1.1主要原料及设备

　　有机硅树脂,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;滑石粉,325目,工业品;磷酸锌粉,325目,工业品;铬铁黑粉,325目,常州华珠颜料有限公司。

　　马弗炉:SX228216,天津市中环试验电炉有限公司;砂磨、分散、搅拌多用机:SFJ2400,上海现代环境工程技术有限公司。

　　1.2涂料制备

　　将有机硅树脂在溶剂中混合均匀后,加入云母粉、滑石粉、铬铁黑粉等填料,用砂磨、分散、搅拌多用机研磨2h,再加入助剂等,过滤,即得成品涂料。

　　1.3涂层制备

　　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。底部预处理:将有机溶剂涂覆于除油、除锈的马口铁板上,待其干燥。

　　涂层涂刷: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50m左右。

　　1.4性能测试

　　耐热性能:在马口铁板上涂装耐高温涂料后,室温干燥7天,放入马弗炉中,调到500℃,试片经过1000h后取出,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℃),重新放入马弗炉中,经过1h高温后,取出,冷至室温(25℃),反复多个周期,如涂层完整(无龟裂、脱落现象),即说明涂层冷热交变性能良好。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涂料配方

　　2.1.1黑色颜料的选择

　　在耐高温涂料中所用的黑色颜料主要有以下几种:炭黑、石墨、二氧化锰、铬铁黑。炭黑遮盖力强,耐化学药品,适用于350℃以下的耐热涂料;石墨系由鳞片状结晶的碳元素组成,耐热性好,与其它颜料配合能耐650℃,常用来配制耐酸耐热涂料;二氧化锰为棕黑色颜料,耐热性好,常与其他颜料配合使用;铬铁黑是一种由氧化铁、氧化铬、二氧化锰混烧而拼合的颜料,耐热性高,在800℃无变化,是耐高温涂料中较好的黑色颜料。在本研究中,选择铬铁黑粉作为耐高温涂料的黑色颜料。

　　2.1.2耐高温填料的选择

　　在耐高温涂料中主要使用云母粉、滑石粉等硅酸盐型的填料。滑石粉的主要成分是3MgO4SiO2H2O,云母粉的主要成分是K2O3Al2O36SiO22H2O,两者都具有较好的耐热性。滑石粉在耐热涂料中可以提高热弹性和抗龟裂性,云母粉在耐热涂料中能提高漆膜强度、抗粉化性和绝缘性。同时,它们还能提高涂料的施工性和防止介质向底材渗透,增加漆膜的防腐蚀性。

　　2.1.3涂料配方设计

　　虽然铬铁黑粉、云母粉、滑石粉都具有优良的耐热性,同时云母粉、滑石粉还具有一定的防腐蚀性,但由它们配置的涂料在耐水性尤其是耐盐水性上仍然很差。为了改善涂层的防腐蚀性能,在涂料配方中添加磷酸锌粉对涂料进行改性。在大量试验基础上,设计的涂料配方如表1。

表1 有机硅耐高温涂料配方

　　2.2涂料性能

　　对涂料配方的物理力学性能、防腐蚀性能及耐热性能、耐冷热交变性能等进行了测试,测试结果如表2所示。

表2 有机硅耐高温涂料性能参数

　　2.3铬铁黑粉用量对涂层性能的影响

图1 铬铁黑粉用量对涂层耐500℃高温性能的影响

　　由图1可以看出,随着铬铁黑粉用量的增加,涂层的耐高温时间提高。当铬铁黑粉的用量小于15%时,涂层的耐高温时间提高明显。同时,铬铁黑粉用量超过15%时涂层表观形貌较差。经过大量试验研究发现,铬铁黑粉的用量以15%为宜。

　　2.4磷酸锌粉用量对涂层性能的影响

　　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图2所示。

图2 磷酸锌粉用量对涂层性能的影响

　　涂层的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,*终生成不溶性的磷酸亚铁,从而形成Me(金属)2Zn2P2O5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5天增加到45天,耐盐水性从1天增加到30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。同时涂层的粘度急剧变大,不利于涂料施工。因此,复合磷酸锌粉的加入量以15%为宜。

　　2.5应用情况

　　将黑色有机硅耐高温涂料涂刷在锅炉上(工作温度达400℃),半年后漆膜光亮,没有出现漆膜起泡、龟裂、脱落现象,设备没有发生锈蚀。

　　3结论

　　(1)以有机硅树脂为基料,铬铁黑粉为颜料,制备出一种具有良好物理力学性能和防腐蚀性能、在500℃高温下可长期使用的黑色有机硅耐高温涂料。

　　(2)铬铁黑粉可提高涂层的耐高温性能,用量15%时性能*佳;磷酸锌粉可提高涂层的耐水性及耐盐水性,用量15%时性能*佳。