有機(jī)硅耐高溫防腐底漆的配方設(shè)計(jì)及應(yīng)用

摘要  研制了一種用于高溫場(chǎng)所設(shè)備表面的有機(jī)硅耐高溫防腐底漆，涂膜的耐高溫性能、防腐性能優(yōu)異。試驗(yàn)證明該涂料最高可耐600℃，耐鹽霧性能達(dá)72h。討論了不同因素對(duì)涂膜性能的影響及底漆在噴涂施工過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)，產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

0引言

用于耐高溫的耐熱樹(shù)脂有聚苯、聚四氟乙烯、聚芳砜（醚）、聚酰亞胺、有機(jī)硅等，而有機(jī)硅樹(shù)脂是這類耐熱涂料中應(yīng)用最為廣泛的一類。因?yàn)橛袡C(jī)硅樹(shù)脂在長(zhǎng)期受熱后，有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化和揮發(fā)，但其中硅氧骨架會(huì)留下來(lái)并將顏料粘附于底材上。

涂料的耐熱性能和防腐性能不僅與樹(shù)脂（基料）有關(guān)，同時(shí)與顏料、填充料等也有密切的關(guān)系，純有機(jī)硅樹(shù)脂可在200~250℃長(zhǎng)期使用，在300℃短期使用，加入耐熱性顏填料后耐溫可高達(dá)700~800℃。

本文介紹的耐高溫涂料是以改性有機(jī)硅樹(shù)脂為基料，加入耐高溫防銹顏填料、助劑及溶劑組成。該涂料具有良好的附著力、耐沖擊性能、耐化學(xué)性和機(jī)械強(qiáng)度，及優(yōu)異的耐高溫性能。該涂料施工方便，廣泛應(yīng)用于各種耐高溫設(shè)備。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原材料及儀器

（1）有機(jī)硅樹(shù)脂A、有機(jī)硅樹(shù)脂B、環(huán)氧樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、有機(jī)緩蝕劑、色素碳黑、鈦白粉、石墨黑、高溫鐵黑、滑石粉、三聚磷酸鋁、膨潤(rùn)土、異丁醇、醋酸丁酯，均為國(guó)產(chǎn)工業(yè)品。

（2）涂膜性能測(cè)試儀器

涂4#杯，國(guó)產(chǎn)；刮板細(xì)度計(jì)，天津材料試驗(yàn)機(jī)廠；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海崇明實(shí)驗(yàn)儀器廠；電子測(cè)厚儀，進(jìn)口；馬弗爐，上海崇明實(shí)驗(yàn)儀器廠；SK-2立式砂磨機(jī)，國(guó)產(chǎn)；ST-BZ-7型鹽霧試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣。

1.2耐高溫底漆的配制（見(jiàn)表1）

表1 耐高溫防腐底漆的參考配方

制備工藝：

A組分的制備：將有機(jī)膨潤(rùn)土用醋酸丁酯稀釋至體積膨脹全。

B組分的制備：將環(huán)氧樹(shù)脂與氨基樹(shù)脂全混合。

C組分的制備：將有機(jī)硅樹(shù)脂、顏填料、助劑、溶劑按規(guī)定量加入研磨機(jī)中，研磨至細(xì)度小于30μm。

將A、B加入C中，繼續(xù)研磨分散5～10min即可，過(guò)濾密封包裝。

1.3耐高溫底漆的施工

取有機(jī)硅耐高溫防腐蝕底漆，用稀釋劑調(diào)節(jié)粘度至15～20秒，即可采用常規(guī)空氣噴涂方法施工。被涂工件表面必須打磨干凈，施工現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)要好，涂膜經(jīng)流水線固化成膜條件為180℃/30min，噴涂膜厚控制在30～40μm。

1.4耐高溫防腐底漆性能測(cè)試及檢驗(yàn)（見(jiàn)表2）

表2耐高溫防腐底漆性能測(cè)試結(jié)果

耐酸性：將涂料噴涂在馬口鐵板上，180℃/30min固化后，放入5％H₂SO₄（25℃）溶液中72h，涂膜表面完好。

耐堿性：將涂料噴涂在馬口鐵板上，180℃/30min固化后，放入5％NaOH（25℃）溶液中72h，涂膜表面完好。

耐鹽霧：將涂料噴涂在馬口鐵板上，180℃/30min固化后，再將噴霧室溫度調(diào)至35±2℃，把試板排放在噴霧室內(nèi)，試板表面朝上，與垂線夾角為20°，且試板不在噴嘴出來(lái)的直線軌跡上。關(guān)閉噴霧室頂蓋，開(kāi)啟溶液（NaCL 50±10g/L）儲(chǔ)罐閥，使溶液流到儲(chǔ)槽，進(jìn)行試驗(yàn)，連續(xù)噴霧，周期進(jìn)行目測(cè)檢查，以24小時(shí)為周期，三個(gè)星期后檢查試板，漆膜無(wú)起泡、無(wú)生銹、無(wú)脫落等現(xiàn)象即為合格。

耐熱性：將涂料噴涂在馬口鐵板上，180℃/30min固化后，放入馬弗爐中20h，涂膜表面完好。

耐急水冷熱性：將涂料噴涂在馬口鐵板上，180℃/30min固化后，放入馬弗爐中升溫至600℃，保持1小時(shí)，取出樣板，立即投入到常溫水中，檢查試板表面不應(yīng)有起層、剝落、裂紋、起皺、粉化等現(xiàn)象，允許輕微變色，循環(huán)10次，達(dá)到要求即為合格。

2結(jié)果與討論

2.1樹(shù)脂的選擇

有機(jī)硅樹(shù)脂具有高的熱物理穩(wěn)定性，但機(jī)械性能差，尤其在高溫下更是如此，實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)加入環(huán)氧樹(shù)脂和氨基樹(shù)脂合成了熱性能和機(jī)械性能優(yōu)異的成膜基料，配以耐高溫顏填料和有機(jī)緩蝕劑、三聚磷酸鋁滿足有機(jī)硅耐高溫和防腐蝕的要求，同時(shí)改性有機(jī)硅樹(shù)脂還具有良好的附著力、耐沖擊性能、耐化學(xué)性和機(jī)械強(qiáng)度。

2.2顏填料品種的選擇

由于填料在涂料中所起的作用不同，所以填料組成不僅影響涂膜的性能，還影響涂料的施工性能和工藝穩(wěn)定性，石墨黑、高溫鐵黑、滑石粉、三聚磷酸鋁作為主要的填料，其作用是提高涂料的耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度及耐鹽霧性能，本試驗(yàn)研究了它們對(duì)涂料性能的影響。

滑石粉，化學(xué)式為3MgO·4SiO₂·H₂O是二氧化硅和氧化鎂的復(fù)合式硅酸鹽。穩(wěn)定性很好，耐高溫可達(dá)900℃，不溶于水、有機(jī)溶劑、冷酸和冷堿，密度合適，易于分散，適合做耐高溫防腐底漆。

三聚磷酸鋁，它能釋放出絡(luò)合能力很強(qiáng)的三聚磷酸根離子（P₃O₁₀）^5-,與Fe³⁺具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，在鋼鐵表面形成MxFey(PO₄)z為新生物的鈍化保護(hù)膜。其次是其主體分子ALH₂P₃O₁₀·2H₂O中的氫原子使其呈弱酸性，類似二元酸與金屬反應(yīng)生成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的難溶于水的弱酸弱堿鹽，從而在金屬表面形成第二道屏障，有效地保護(hù)金屬不被侵蝕。其防銹性能優(yōu)異，耐久性也很好。

耐高溫鐵黑具有高亮度、粒度分布均勻、分散性好、比重小特點(diǎn)。其耐堿優(yōu)異、微溶于稀酸、耐熱達(dá)600℃左右、本身不自燃、不溶于水、無(wú)毒，具有很高的著色力和遮蓋力，對(duì)光和大氣的作用穩(wěn)定。其和惰性的石墨黑適合做耐高溫防腐底漆廣泛應(yīng)用于石油化工，冶金工件、煙囪管道、鍋爐儲(chǔ)罐、電力設(shè)備和鋼鐵構(gòu)件的耐溫保護(hù)。

二氧化鈦和色素碳黑具有良好的著色性，可增加裝飾效果，其負(fù)面作用是易使涂膜發(fā)生龜裂，故在配方中加入量相對(duì)較少。

2.3助劑的選擇

有機(jī)硅耐高溫涂料的主要助劑為防沉劑和緩蝕劑。

防沉劑選用膨潤(rùn)土，配方中添加少量膨潤(rùn)土可以使涂料在儲(chǔ)存過(guò)程中增稠，防止已分散的顏料沉降，并且會(huì)使涂料產(chǎn)生觸變性粘度，在施工條件下，使涂料粘度變小易于流平，而涂膜達(dá)到流平后，又能恢復(fù)到原始粘度，防止流掛，一般添加量為涂料總量的0.4％～1.0％，添加方法可先制成10％含量的預(yù)凝膠，于攪拌后加入研磨料中一起研磨。

緩蝕劑選用有機(jī)氮堿及其鹽類防銹劑，它們對(duì)銹的穩(wěn)定具有非常重要的作用，常用于防腐蝕底漆，與活潑的鐵銹形成難溶的雜多酸鉻合物從而達(dá)到穩(wěn)定銹蝕、保護(hù)鋼鐵的作用，其用量添加1～3％可明顯提高涂層的耐腐蝕能力。

2.4底漆噴涂施工時(shí)的注意事項(xiàng)

噴涂法是涂料施工最主要的方法之一，用噴涂法涂飾物體表面可獲得均勻的涂膜，耐高溫底漆用噴涂法進(jìn)行施工時(shí)需要掌握以下一些操作技巧。

（1）用配套的稀釋劑將涂料調(diào)至合適噴涂的粘度，以涂4#粘度杯測(cè)量，合適的粘度一般是18～22秒。如一時(shí)沒(méi)有粘度計(jì)，可用目測(cè)法：用棒（鐵棒或木棒）將涂料攪勻后挑起至20厘米高處停下觀察，如漆液在短時(shí)間（數(shù)秒鐘）內(nèi)不斷線，則為太稠；如一離桶上沿即斷線則為太??；要在20厘米高處剛停時(shí)，漆液成一直線，瞬間即斷流變成往下滴，這個(gè)粘度較為合適。

（2）空氣壓力最好控制在0.3～0.4兆帕（3-4公斤力/平方厘米）。壓力過(guò)小，漆液霧化不良，表面會(huì)形成麻點(diǎn)；壓力過(guò)大易流掛。

（3）噴嘴與地面的距離一般為300～400毫米為宜，過(guò)近易流掛；過(guò)遠(yuǎn)漆霧不均勻，易出麻點(diǎn)，且噴嘴距物面遠(yuǎn)漆霧在途中飛散造成浪費(fèi)。

（4）噴槍可做上下、左右移動(dòng)，最好以10～12米/分的速度均勻運(yùn)作，噴嘴要平直于物面噴涂，盡量減少傾向噴涂。當(dāng)噴到物面兩端時(shí)，扣噴槍扳機(jī)的手要迅速的松一下，使漆霧減少，因?yàn)槲锩娴膬啥?，往往要接受兩次以上的噴涂，是最容易造成流掛的地方。噴涂時(shí)要下一道壓住上一道的1/3或1/4，這樣才不會(huì)出現(xiàn)漏噴現(xiàn)象。

（5）噴涂的順序是：先難后易，先里后外。先高處后低處，先小面積后大面積。這樣就不會(huì)造成后噴的漆霧飛濺到已噴好的漆膜上，破壞已噴好的漆膜。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在有機(jī)硅樹(shù)脂中加入環(huán)氧樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂合成了耐熱性和機(jī)械性能優(yōu)異的有機(jī)硅樹(shù)脂成膜基料。通過(guò)填料及助劑的選擇試驗(yàn)，加入耐高溫顏填料能夠使有機(jī)硅涂料具有優(yōu)異的耐高溫性能和防腐蝕性能。該涂料主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣管及其它高溫作業(yè)下設(shè)備的耐熱、防腐底漆，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。