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【探讨】无机高温防护涂料的研究进展(1)

浏览次数: 日期:2015-9-23 11:58

随 着科学技术的迅速发展,工业水平的不断提高,对金属材料的使用性能要求越来越高。如在火箭、导弹、航天飞机、原子能设备、喷气机、兵器工业等领域使用的金 属材料,均要求使用耐高温、轻质、无污染、满足特殊用途的材料进行保护。由于上述领域的特殊性,通常是在800℃以上温度及强腐蚀介质条件下使用,普通的 有机耐高温材料难以满足要求。无机涂层在高温下可发生陶瓷化转变,耐高温防腐蚀性能优越。

近年来,随着高温材料的应用范畴不断扩大,无机高温防护涂料得到迅速发展,这对高温涂层的研究提出了更高的要求。其研究的方向主要包括以下几点:针对不同的高温基体材料的需求,改善涂层与基体间的结合力,进一步提高涂层的抗高温氧化性;充分利用新型材料优异的性能,研制具有特色的高温涂层。

根据目前无机高温防护涂料的发展状况,按耐热聚合物性质的不同将无机高温防护涂料分为无机硅酸盐类、磷酸盐类以及陶瓷涂料等几类。

硅酸乙酯类

硅 酸乙酯涂料是无机耐热涂料中发展最为迅速、产量最大的品种,具有可常温固化、干燥迅速、施工方便、毒性小等特点。以正硅酸乙酯水解液作为主要原料的涂料具 有耐高温、防腐性能优异,硬度高、附着力好、不粘等优点,赢得了广泛的重视,在耐高温、透明、高硬度耐磨涂料等领域得到了广泛的应用。并形成了不粘锅涂 料、无机富锌涂料、耐火涂料、高硬度电泳等涂料产品。在配方中添加耐高温颜填料和玻璃料,可以生产耐200~600℃甚至更高温度的涂料,其中以耐 400℃高温的富锌底漆产量最大。据研究,该涂料对钢铁的阴极保护能力大大优于环氧富锌底漆,广泛用于重防腐和耐高温涂料的配套底漆。

尽 管硅酸乙酯高温防护涂料具有以上诸多的优点,但也存在着涂膜脆、易龟裂,与金属基体的附着力较差等无机涂料的通病,而且在储存的过程中容易凝胶,限制了涂 料的应用。导致上述缺点的原因是正硅酸乙酯在水解过程中形成的纳米级二氧化硅胶粒具有较高的表面能,属于热力学不稳定体系,因此易发生团聚,导致涂料凝 胶,在一定程度上制约了该涂料的发展。基于二氧化硅胶粒表面含有大量活性的硅羟基(Si-OH),易与有机树脂或单体发生水解缩合反应,选择具有特殊官能 团的有机硅单体,对二氧化硅表面进行化学改性,可提高水解液的储存稳定性,改善涂层的柔韧性和耐热性。

改 进方法如下:通过在硅酸乙酯水解物中加入10%~30%醇溶性聚乙烯缩丁醛或乙基纤维素,能显著提高涂料的成膜性和柔韧性;用硅酸乙酯水解物与多元酸进行 酯交换生成聚醚硅酸酯,能显著提高涂膜对底材的附着力;硅酸乙酯水解物和烷氧基硅单体等共水解缩合,能提高涂膜柔韧性和保持较高的耐热性;以醇溶性酚醛树 脂进行改性,改性后的基体可用于耐高温、耐烧蚀涂料。

硅酸盐类

硅 酸盐耐高温涂料是指以水溶性硅酸盐为基料的耐热涂料,也可以称为水玻璃耐热涂料。它是已硅酸钾和硅酸钠为基料的一类涂料。硅酸盐溶液中的晶核群随着水分的 挥发,逐渐长大,最终形成网状结构,因此,具有很好的成膜性和良好的热稳定性。硅酸盐涂料不仅耐高温优异、同时还具有防紫外线、耐碱抗酸、不燃、不起泡、 不剥落、自洁等优良性能,是一种生态环保高温材料,广泛应用于高温防护涂料领域。国内已有200~700℃的涂料品种,也有耐1000℃高温涂料的报道。 美、英、俄罗斯等国家在硅酸盐材料领域研究的较为深入,先后开发出了耐1500℃及以上温度的涂料品种。

尽 管硅酸盐涂料具有很好的耐高温性,但柔韧性、附着力、耐水性不是很好,并且需要在150℃温度烘烤才能完全固化,限制了应用范围。随着研究的深入,现已发 展到采用以下方法,达到提高涂料综合性能的目的。如:在体系中引入粉末有机硅树脂、聚酯树脂及氟硅化合物、缩合磷酸盐固化剂等综合技术,极大地提高了水性 硅酸盐耐高温涂料的综合性能;在水性硅酸盐涂料中引入具有耐热性优异稀土化合物,与硅酸盐生成复杂络合物,进一步提高涂料的耐高温;通过在水性硅酸盐溶液 中引入硅溶胶,提高基料的模数,即二氧化硅含量,改善涂料耐水性和耐热性。

本文节选自《中国防火和耐高温技术年会(2014)论文集》,未完待续。

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