400℃有机硅耐热防腐涂料的研制

http://www.pf.hc360.com2015年09月14日08:53 来源:中国防腐涂料网T|T

    慧聪表面处理网讯:400℃有机硅耐热防腐涂料的研制

    景引利,张丹年

    (西安经建油漆股份有限公司,陕西西安710077)

    摘要:通过对树脂、颜填料、防锈颜料、助剂等的选择研究,制备了一种能长期耐400℃并且耐热前后变色较小的耐热防腐涂料,其白色以及浅复色涂层400℃耐热前后色差在4以下,黑色以及深复色涂层耐热前后色差在1以下,并具有一定的防腐性能。同时发现耐热涂料喷涂在喷砂处理的底材上比喷涂在手工打磨处理的底材上的耐热性更好。

    关键词:有机硅树脂;耐热涂料;色差

    中图分类号:TQ630.7文献标识码:A

    文章编号:1009-1696(2015)01-0026-05

    0引言

    有机硅产品由于其特殊的结构而具有良好的耐热性、电绝缘性、耐高低温性和耐老化性能,适用于各种耐高温且需常温干燥的钢铁设备与零件的涂覆。随着涂料行业的快速发展,客户对耐热涂料的装饰性要求越来越高。因此开发耐热前后色差变化小的有机硅耐热防腐涂料具有重要的现实意义。

    1实验部分

    1.1涂料的制备

    将环氧改性有机硅树脂拼入纯有机硅树脂中,再加入防沉剂,用高速分散机低速分散均匀;按配比加入各种耐热颜填料,高速分散均匀,制得其共混物;用砂磨机或者球磨机将共混物研磨至合格细度,加入溶剂调整黏度,制得涂料。

    1.2性能检测

    按照相关国家标准进行性能测试。

    2结果及讨论

    2.1涂料基本物理性能测试

    不同颜色涂层的基本物理性能测试结果见表1。由表1可见:该涂料可常温自干,能长期耐400℃高温,耐热后色差变化较小,达到白色、浅复色涂层ΔE≤4,绿色、黑色、深复色涂层ΔE≤2,且涂层具有良好的附着力、耐冲击性、柔韧性,同时具有一定的防腐性能。

涂料

涂料

涂料

    2.2树脂的选择

    有机硅树脂具有良好的耐热性,但是耐介质性差,常温不能自干。环氧树脂具有常温干燥性和良好的耐介质性。通过环氧树脂对有机硅树脂进行改性,能综合两者的优点。选择自制的环氧改性有机硅树脂,该树脂具有较好的耐热性、耐介质性和防腐性能,制得的耐热涂料可常温干燥,施工方便。但是通过前期大量试验发现,单纯地采用该改性树脂制成的漆膜,400℃耐热性实验后粉化较明显,故再配以耐热性能较好的纯有机硅树脂,以增强体系的耐热性。在改性有机硅树脂中,有机硅树脂的含量越高,改性树脂的耐热性能越好,制成的涂料的耐热性能也越好,但随着有机硅树脂含量的增加,漆膜的柔韧性和对底材的附着力也会逐渐变差。一般来说,有机硅树脂含量为50%~60%时,漆膜的综合性能较好。而从成本控制考虑,选择有机硅树脂加入量为15%。

    2.3防沉剂的选择

    气相二氧化硅具有粒径小、比表面积大、孔隙率高等特点,可耐高低温,用于涂料体系中可改善颜填料在液体体系中的悬浮性和分散性,同时可用作分散和研磨助剂,并可提高涂层的耐腐蚀性、改善机械性能。选择气相二氧化硅与涂料常用防沉剂——有机膨润土做对比实验,考察两者在400℃下的耐热性能。方法借鉴HG/T3853—2006颜料耐热性干粉测定法:400℃灼烧该两种防沉剂4h,用台湾德谦化学股份有限公司生产的3270树脂(无色水白)分别将未灼烧和灼烧过的助剂制成色板,测定两者耐热前后的色差,检测结果见表2。

涂料

    由表2可见:400℃下气相二氧化硅的耐热性能更好,故将其作为体系的防沉剂,用量为配方量的0.5%。

    2.4颜料的选择

    无机颜料一般高温稳定性较好,选用不同厂家生产的白、黑、黄、绿、蓝、红色等无机颜料,以与上述相同的方法考察其耐热性能,检测结果见表3。

涂料

    由表3可以看出:

    a)对于白色颜料来说,不同生产厂家的金红石型和锐钛型钛白粉的耐热性能差异比较明显,而与钛白粉本身的晶体结构关联性并不大,在此选择耐热后色差最小的厂家C的金红石型钛白粉。而立德粉属于低档白色颜料,本身应用范围有限,而且耐热性也不及钛白粉,故不宜在400℃耐热涂料中选用。

    b)不同生产厂家提供的黑色颜料耐热性能均较好,故在选择时可根据用户对耐热涂料黑度和耐热前后色差变化的不同要求,做出不同选择,如对黑度要求高的可选择炭黑作为黑色颜料,否则可选择其它品种或者与其它品种搭配使用。

    c)绿色颜料耐热前后的色差均很小,故可根据颜色色相以及产品价格选取绿色耐热颜料,浅色涂层选用厂家A的钛绿颜料,从成本控制考虑,深色涂层选用厂家F的氧化铬绿。

    d)蓝色颜料中钴蓝颜料的耐热性能明显优于铁蓝和群青,故主要选取钴蓝作为蓝色颜料,其中,厂家D的色差最小,但其色相较暗,用其研磨浅色漆颜色达不到要求,发暗,故选用厂家A的钴蓝颜料。

    e)红色颜料中,钼铬红是一种含铬酸铅、钼酸铅和硫酸铅的颜料,其耐热性能不及氧化铁红和镉红,故选择氧化铁红和镉红为红色颜料。

    f)黄色颜料以厂家C的钛黄(色相为桔红色,但比较暗)最好,故选用之,但其带红相,而厂家A的钛铬黄(颜色接近锶黄)和厂家C的钛黄(颜色接近锶黄)色相又比较暗,故在制备浅色涂料时选用锶黄、柠黄,制备深色涂料时选用钛黄。另外,从黄色和绿色来看,钛系颜料的耐热性能明显好于铬、镉、锌系颜料,这也与有关文献中对钛系颜料具有优良的高温稳定性的评价相符,可作为在耐热涂料中选择颜料时的倾向性选择。

    2.5填料的选择

    对文献中介绍的适用于高温涂料的几种无机填料,如大白粉、沉淀硫酸钡、滑石粉、云母粉、轻钙、高岭土、中空玻璃微珠等,用相同的方法考察其耐热性能,检测结果见表4。

涂料

    由表4可见:高岭土、云母粉、进口中空玻璃微珠耐热前后色差较小,故可选作体系的填料。考虑到成本因素,后续实验中未添加进口中空玻璃微珠。

    2.6颜基比对漆膜耐热前后色差的影响

    2.6.1用填料调整颜基比

    树脂和颜料的相对量不变,改变填料用量,选取两个颜色,分别制成不同颜基比的涂料,检测色漆机械性能以及耐热前后的色差,机械性能合格,耐热性能实验结果见表5。

涂料

    由表5可见:颜基比越小,漆膜耐热前后色差越小,即填料用量少,涂层耐热前后色差越小。

    2.6.2用颜料调整颜基比

    改变耐热颜料的用量,用耐热颜料调整颜基比,检测色漆机械性能以及耐热前后的色差,机械性能合格,耐热性能实验结果见表6。

涂料

    由表6可见:用颜料调整颜基比,颜基比越大,即耐热颜料用量越多,涂层耐热前后色差越小。造成表5、表6实验结果差异的原因是因为相对而言,高岭土和云母粉的耐高温性略逊色于耐高温颜料。

    从成本控制以及耐热性综合考虑,选择着色颜料与基料比例为0.2~0.5;着色颜料加填料与基料的比例为2∶1。

    2.7功能性材料对涂层耐热性能的影响

    有机硅树脂的受热分解温度为400~500℃,低熔点玻璃粉在这个温度黏结在一起替代有机硅树脂,在高温下起到黏结剂的作用,从而将无机填料与有机硅树脂分解后形成的SiO2黏结在一起,使得涂层致密。低熔点玻璃粉的用量不能太少,太少起不到黏结的作用,涂层在较低温度下易开裂。但其用量也不能太多,因为玻璃粉的膨胀系数与钢铁基材不匹配,用量太多涂层易开裂,涂层的耐热性能较差。在此采用“2.6.1”中颜基比为1.5∶1的银灰色基础配方制成色漆,加入玻璃化转变温度为430℃的玻璃粉,改变其用量,检测色漆机械性能以及耐热前后的色差,机械性能合格,耐热性能实验结果见表7。

涂料

    由表7可见:随着玻璃化转变温度为430℃的玻璃粉用量的增加,漆膜的耐热性能逐渐提高,当其用量超过15%时,耐热性能的提高趋势减缓,综合考虑,该玻璃粉的用量以10%为宜。

    2.8防锈颜料的选择

    通过前期实验发现,该耐热涂料中不加防锈颜料,其耐盐水性不合格,故需加入防锈颜料。分别选用复合磷酸锌、磷酸锌和氧化锌,以与颜料选择相同的方法选择防锈颜料,检测结果如表8所示。

涂料

    由表8可见:氧化锌耐热前后色差最小,故可作为防锈颜料,分别以不同比例加入色漆中,测定涂层的机械性能、耐热性能以及耐盐水性,并观察色漆状态,结果发现氧化锌加量在3%~8%时,涂层耐盐水性超过168h,色漆状态良好,涂层机械性能、耐热性能合格;当氧化锌加量达到11%时,色漆增稠;氧化锌加量达15%时,色漆胶化,难以搅拌,故确定氧化锌加入量以5%为宜。

    2.9底材的影响

    对比未喷砂和喷砂处理过的钢板耐热后的色差,发现喷砂过的钢板耐热后的色差比未喷砂的钢板色差略小。这可能是因为喷砂过的钢板表面粗糙度相对较大,在涂层耐高温后更有利于烧结层向钢铁基材中扩散,提高了涂层与基材之间的附着力,使得热、氧气不易入侵,耐高温性能得到提高。

    3结语

    选用自制的环氧改性有机硅树脂,拼入纯有机硅树脂,提高了涂层的耐热性;加入高岭土、云母粉、氧化锌等填料,选择R972气相二氧化硅作为体系的防沉剂,所得涂层可常温自干,能长期耐400℃高温,耐热前后色差变化达到白色、浅复色涂层ΔE≤4、绿色、黑色、深复色涂层ΔE≤1;涂层具有良好的附着力、耐冲击性、柔韧性,同时具有一定的防腐性能,同时发现耐热涂料喷涂在喷砂处理的底材上比喷涂在手工打磨处理的底材上的耐热性更好。

责任编辑:张雪

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