环氧改性有机硅耐高温防腐涂料的研制

常彩彩，张爱黎，贾艳红

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，沈阳 110159)



环氧改性有机硅耐高温防腐涂料的研制

常彩彩，张爱黎，贾艳红

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，沈阳 110159)

以自制的环氧改性有机硅树脂为基料，添加耐高温颜料SiC微粉、钛白粉及玻璃鳞片、滑石粉等填料，进行了耐高温防腐涂料的制备研究。探讨了颜基比、固化剂用量、颜填料用量等因素对涂料性能的影响。结果表明，涂料的最优配方是颜基比为1.25，SiC微粉7%，玻璃鳞片7%，mSiO2∶(mTiO2+mSiO2)为23%，云母粉8%，滑石粉4%，偶联剂3.6%，固化剂聚酰胺(占树脂总量)6%，基料中有机硅树脂含量50%。优化配方下制备的耐高温防腐涂料综合性能得到了明显改善，400℃高温测试满足国标《漆膜耐热性测定法》(GB1735-2009)的要求，耐酸、碱、盐60d涂层无起层、开裂、脱落，耐盐雾性能优异。

耐高温防腐涂层；环氧改性有机硅树脂；SiC微粉；玻璃鳞片

随着工业的快速发展，高温设备在冶金、化工、能源、军工等领域得到广泛应用。高温设备表面的金属材料易与空气中的氧气发生氧化反应，产生锈蚀现象，成为各种化工厂事故的隐患[1-4]。采用耐高温防腐涂层，不仅能解决高温氧化腐蚀的问题，还能延长设备的使用年限，因此耐高温防腐涂料的需求与日俱增。

目前，环氧改性有机硅树脂因集有机硅树脂的耐热性与环氧树脂优良的附着力、防腐蚀性及耐化学介质性于一体[5]而在高温设备的涂装保护中得到广泛应用。刘广娟等[6]以自制的环氧改性有机硅树脂为基料，添加钛白粉、磷酸锌等颜填料，研制出一种耐高温耐蚀涂料，可在250℃下防止金属腐蚀。邓明山等[7]以环氧E-20改性甲基苯基有机硅树脂为成膜物，加入铝银浆制备的环氧改性有机硅耐高温防腐涂料，能在400℃下长期使用，同时也具有良好的耐酸、碱、盐，耐潮湿、耐水、耐油和耐化工大气腐蚀等性能。范名琦等[8]用环氧树脂对有机硅树脂进行改性，添加耐低介质性的鳞片状云母粉等颜填料，研制出新型合金用抗静电耐温涂料，具有优良的附着力、柔韧性、防腐蚀、抗静电等。

耐热颜填料大多采用石墨、石墨烯、刚玉粉等，而对于具有高温强度高、硬度高、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化和热稳定性好等优异综合性能的SiC材料，国内目前研究较少[9]。本研究以自制环氧改性有机硅树脂为基料，添加SiC微粉、玻璃鳞片、钛白粉及滑石粉等颜填料，研制出一种具有良好的耐热性和耐蚀性的功能涂料，且该涂料能够常温固化，施工方便，漆膜的机械性能、耐介质性能良好。

1 试验部分

1.1 原料与仪器

自制环氧改性有机硅树脂(固体分(50±2)%)，固化剂聚氨酯650；SiC微粉(600目)，国药集团化学试剂有限公司，纳米二氧化硅、二氧化钛、滑石粉、白色云母粉、玻璃鳞片均为工业级；KH-570、二甲苯，沈阳东兴试剂厂。CHI660E电化学工作站，上海辰华仪器有限公司；SX-8-16马弗炉，天津市中环试验电炉有限公司。

1.2 制备工艺及配方

基础配方见表1。

表1 基础配方 %

制备工艺：按配方量准确称取颜填料，球形磨机研磨30min；环氧改性有机硅树脂、溶剂及偶联剂按配方量准确称量，高速分散机搅拌均匀；加入研磨好的颜填料再高速分散均匀，再加入消泡剂、流平剂等助剂；二甲苯调至涂装黏度。

漆膜制备：取一定量制得的涂料加入适量聚氨酯650，搅拌、混合均匀后在磷化好的铁片上涂膜，膜厚约为150～200μm，室温下干燥固化。

1.3 测试与表征

耐热性：按《漆膜耐热性测定法》(GB1735-2009)的要求，试样在恒温恒湿 [(25±2)℃，57%±2%]自然干燥48h，放入马弗炉中，调温至测定温度并保持恒温8h后取出，冷至室温，用放大镜观察涂层表面状况，如无龟裂、起泡、脱落现象，即说明涂层耐热性能良好。

防腐性能：采用CHI660E型电化学测试系统，三电极测试体系，以饱和Hg/Hg2Cl2电极为参比电极，铂电极作为助电极，以制备的样品为工作电极。将不同涂层涂敷的样品在3.5%的NaCl溶液中浸泡24h后进行阻抗测试。

其他指标按相应国标：涂膜制备参照GB/T 1727-92测试；涂膜颜色与外观按GB/T 1729-79测试；附着力按GB/T 9286-98测试；冲击强度按GB/T 1732-1993测试；干燥时间按GB/T 1728-1993测试；耐水性按GB/T 1733-1993测试；耐盐水性按GB/T 1763-1989测试；耐酸碱性按照GB/T 9274-1988测试。

2 结果与讨论

2.1 固化剂用量对涂料的影响

实验根据基础配方，通过改变固化剂聚酰胺的用量，研究不同固化剂用量对漆膜性能的影响，结果见表2。

表2 固化剂用量的确定

由表2可以看出，固化剂用量的增大可以提高漆膜固化速度。固化剂用量为6%和8%时，漆膜表干时间相差不大，但实干性能相差较大，且耐高温性能固化剂6%时更好。而且实验中发现，固化剂用量为4%和8%时涂膜实干后仍粘手、易沾灰，不仅影响美观，更不利于施工。故固化剂最佳用量为6%。

2.2 颜基比对涂料性能的影响

实验确定固化剂用量为6%，其他量不变，改变颜基比，研究不同颜基比对涂料性能影响，结果见表3。

表3 颜基比对涂料性能的影响

由表3可以看出，随着颜基比的增大，涂料的涂刷性能和涂层的耐高温性能呈先变好后变差。这是因为当颜基比为0.6时，基料起主要的耐热作用，耐高温性能较差。同时颜填料较少，涂料出现了分层、发花的问题，不利于涂装。当颜基比1.65时，树脂量较少，不能将颜填料完全包覆形成完全连续的涂膜，导致涂层的附着力下降。同时颜填料出现了团聚现象，耐高温测试时团聚的颜填料受热不均匀，涂膜表面出现裂纹。综上所述，当颜基比为1.25时涂料的综合性能最佳。

2.3 SiC用量对涂料性能的影响

实验确定固化剂用量为6%，颜基比为1.25，其它量不变，改变SiC微粉用量，研究不同SiC微粉用量对涂料性能的影响，结果见表4。

表4 SiC微粉用量对涂料性能影响

(1)对涂层硬度的影响

由表4可以看出，随着SiC微粉加入量的增加，涂层的硬度也在增加，最后趋于稳定，硬度达到5H。涂层硬度是涂层抵抗外力而引起表面塑性变形的能力。涂层硬度越大，抵抗外力的能力越强。

(2)对涂层耐热性的影响

SiC微粉有很好的导热性和抗氧化性，加入SiC微粉可以提高涂层的耐热性。如表4所示，随着SiC微粉加入量的增加，涂层耐热性增强。但加入10%的SiC微粉时涂层出现小气泡，耐热性下降，说明SiC微粉的加入量不是越多越好。原因可能是总的填料加入量已经超出了成膜物质的包裹能力，从而使涂层的综合性能下降。实验证明，加入7% SiC微粉涂层的性能达到最佳。

2.4 玻璃鳞片对涂料性能的影响

实验确定固化剂用量为6%，颜基比为1.25， SiC用量为7%，其他量不变，改变玻璃鳞片的用量，研究不同玻璃鳞片加入量对涂料性能的影响，结果见表5。

由表5可以看出，玻璃鳞片的用量对涂层的常规性能和耐高温性能影响不大，当玻璃鳞片用量超过7%后，涂刷时有刷痕，流平性不好。

玻璃鳞片的添加主要是用来提高涂料的防腐性能，实验进一步研究了不同玻璃鳞片用量对涂层的交流阻抗的影响，结果见图1。

表5 玻璃鳞片对涂料性能的影响

图1 交流阻抗图

从图1可以看出，玻璃鳞片含量为7%时阻抗最大，防腐性能最好。这是因为玻璃鳞片在树脂中呈平行重叠排列的宫式结构，从而形成致密的防渗层结构。腐蚀介质在固化后的树脂中的渗透必须经过无数条曲折的途径，因此在一定厚度的耐腐蚀层中，腐蚀渗透的距离大大延长，相当于有效地增加了玻璃鳞片防腐层的厚度。当玻璃鳞片用量超过7%后，玻璃鳞片在基料中分布不均匀，使其防腐性能降低。故玻璃鳞片的最佳用量为7%。

2.5 SiO2与TiO2用量比对涂料性能的影响

实验确定固化剂6%，颜基比1.25， SiC用量7%，玻璃鳞片用量7%，其他量不变，改变TiO2与SiO2用量，研究不同SiO2与TiO2用量比对涂料性能的影响，结果见表 6。

从表6可以看出，当mSiO2∶(mTiO2+mSiO2)为23%时，漆膜机械性能比其它四组要好。mSiO2∶(mTiO2+mSiO2)为17%时，涂刷性能和23%一样性能良好，但在 400℃下受热后漆膜开裂；mSiO2∶(mTiO2+mSiO2)为10%时，涂料的涂刷效果差，在 400℃下受热后边缘处鼓泡，表明其耐热效果不如用量比为23%的效果。这是因为SiO2超细化效应使得其在基料中出现了团聚现象，用量的减少会使涂料具有较好的涂刷性能。但用量过少使涂料漆膜的耐热性有所降低。作为一种主要的耐热填料，SiO2的用量不宜过少。因此，选择mSiO2∶(mTiO2+mSiO2)为23%时为较好的实验结果。

表6 SiO2与TiO2用量比对涂料性能的影响

2.6 有机硅含量对涂膜性能的影响

有机硅树脂具有很好的热稳定性，不同有机硅含量的环氧改性有机硅树脂对涂料的耐高温性能有一定影响。在以上优化基础上，研究不同有机硅含量的环氧改性有机硅树脂对漆膜性能的影响，结果见表7。

表7 不同的有机硅含量对涂膜性能的影响

从表7可以看出，随着有机硅在改性反应中加入比例的提高，改性树脂的耐温性能先提高后下降，当有机硅含量为50%时耐高温性能最佳。耐沸水腐蚀性能有所下降，这是因为有机硅低聚物的主链为硅氧键，硅原子和氧原子形成的d-pπ键增加了高聚物的键能及其热稳定性，有机硅高聚物中硅原子所连接的羟基受热氧化后，高度交联且更加稳定[10]。但这同时也使有机硅耐热涂料通气性良好，使其防腐性有所下降。为了同时满足耐高温和防腐性能，应当选择有机硅含量为50%的环氧改性有机硅树脂为基料。

2.7 涂料优化配方及性能测试

实验优化配方见表8。按优化配方制备的涂料具有较好的耐热防腐性能和力学性能，具体性能指标见表9。

表8 优化配方

表9 评价标准及检测结果

由表9可知，优化合成的环氧改性有机硅涂料具有较好的涂刷性、附着力、机械性能，耐高温400℃涂层无起层、开裂，耐液体介质60d涂层无起层、开裂、脱落，符合耐高温防腐涂料的使用要求。

3 结论

(1)SiC微粉有很好的热稳定性，作为耐热颜填料SiC微粉的加入有效提高了涂膜的耐热性能。片状结构的玻璃鳞片能提高涂层的防腐性能，交流阻抗测试表明，玻璃鳞片能有效地提高涂层的电阻，防腐性能较佳。

(2)涂料的最优配方是颜基比为1.25，SiC微粉7%，玻璃鳞片7%，mSiO2∶(mTiO2+mSiO2)为23%，云母粉8%，滑石粉4%，偶联剂3.6%，固化剂聚酰胺(占树脂总量)6%，基料中有机硅树脂含量50%。

(3)优化配方下制得的涂料具有较好的涂刷性、附着力、机械性能，400℃高温测试满足国标《漆膜耐热性测定法》(GB1735-2009)的要求，耐液体介质60d涂层无起层、开裂、脱落。该涂料附着力、耐高温、防腐性能优异。

[1]刘成楼,刘昊天.环氧改性有机硅耐高温防腐隔热涂料的研制[J].上海涂料,2014,52(5):6-10.

[2]李静.换热器用耐高温防腐蚀导热涂料的研究[D].广州：华南理工大学,2013.

[3]李华明,周晓红,魏芳,等.W61-39有机硅耐高温涂料制备及其性能研究[J].上海涂料,2013,51(3):19-22.

[4]Mathivanan L,Radhakrishna S.Heat-resistant Anti-corrosive Paint from Epoxy-Silicone Vehicles[J].Anti-corrosion Methods and Materials,1997,44(6):400-406.

[5]冯海猛.环氧-有机硅涂料的制备与耐热性能的研究[D].济南：山东科技大学,2011.

[6]刘广娟,左禹,赵景茂.环氧改性有机硅涂料耐热耐蚀性研究[J].腐蚀与防护,2004,25(6):238-241.

[7]邓明山,金双喜,黄海.环氧改性有机硅耐高温涂料的研制[J].安徽化工,2000(103):27-28.

[8]范名琦,李海燕,张世珍.镁合金用抗静电耐温涂料研究[J].现代涂料与涂装,2012(9):28-30.

[9]胡继林,胡传跃,刘鑫,等.SiC粉末制备技术及其烧结助剂的研究进展[J].硅酸盐通报,2014,33(9):2280-2284.

[10]张春华,李克军,李安学,等.高温防腐涂料与热障防腐涂层技术的研究进展[J].化学与粘合,2011,33(6):60-63.

(责任编辑：马金发)

The Preparation of Epoxy-silicone Resin High Temperature Resistant Anticorrosive Coatings

CHANG Caicai,ZHANG Aili,JIA Yanhong

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

Using the epoxy modified silicone as the parent metal,developed a kind of thermostable anticorrosion coating by adding High temperature resistant paint SiC fine powder,titanium dioxide,glass flake,talcum powder,and so on.The effects of pigment binder ratio and different proportion of pigment and fillers on the performance of the coating were discussed.The results show that the coating of the optimal formula was pigment binder ratio 1.25,SiC fine powder 7%,glass flake 7%,mSiO2∶(mTiO2+mSiO2) 23%,mica powder 8%,talcum powder 4%,coupling agent 3.6% and curing agent 6%,organic silicon resin content of the parent metal is 50%.High temperature resistant anticorrosive coating was synthesized under the optimal formula,and the comprehensive performance had dramatically improved.It can meet the needs of GB1735-2009 under the temperature of 400℃,the coating layer does not have peeling,the dehiscence,falls off in Acid,alkali,salt for 60d,excellent resistance to salt mist.

high temperature resistant anticorrosive coatings;epoxy-silicone resin;SiC fine powder;glass flake.

2015-11-09

常彩彩(1990—)，女，硕士研究生；通讯作者：张爱黎(1964—)，女，副教授，博士，研究方向：功能材料。

1003-1251(2016)05-0106-05

TQ637.6

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