環氧改性有機硅樹脂復合涂層的制備及耐堿性能研究

隨著現代工業的快速發展，越來越多的設備需要在高溫下使用，這對高溫下設備的保護非常重要。相比使用鋁、鈦等高溫合金進行熱防護,使用耐高溫涂料進行防護的成本更低,施工更加方便有機硅樹脂具有良好的耐高溫性能,但純有機硅樹脂本身存在的缺陷限制了其用途1實驗部分1.1原料實驗環氧改性有機硅樹脂,固含量為50%;酚醛胺類固化劑(上海康衢化工有限公司);SiO1.2基礎配置和制造工藝涂料基礎配方:自制的環氧改性有機硅樹脂(50%)質量分數為40%～60%,SiC為6%～10%,SiO按配方準確稱取SiO1.3漆膜耐水性能按GB/T1727-92《漆膜一般制備法》制備漆膜;GB/T1728-1979《漆膜、膩子漆干燥時間測定法》測定干燥性能;按GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》測試附著力;GB/T1733-93《漆膜耐水性測定法》測定耐水性。耐酸/堿性能:按GB/T9274-1988測試漆膜耐酸、堿性能。將樣式的2/3分別浸入5%鹽酸和5%NaOH溶液中,48h后取出,放置在空氣中自然干燥,觀察其表面是否均勻致密,有無起層、發泡、脫落現象。要求3個試樣中至少有2個合格。耐高溫性能:按《漆膜耐熱性測定法》(GB1735-2009)的要求,將養護后的試片放入馬弗爐中,程序升溫至測定溫度并保持恒溫2h,自然冷卻至室溫后取出,用放大鏡觀察涂層表面狀況。2結果與討論實驗研究顏填料細度對涂料性能的影響,確定研磨時間和分散時間,通過探究顏基比等對涂料性能的影響優化涂料的配方。2.1大顆粒對漆膜膨脹系數的影響從漆膜附著力、硬度和耐熱性等方面對研磨時間不同的顏填料制造的漆膜進行測試,表1為研磨時間對漆膜性能的影響。由表1可知,顏填料研磨時間較短時,存在較大顆粒,高溫作用下,漆膜受熱膨脹過程中,大顆粒存在會導致漆膜局部膨脹系數存在差異,從而使得漆膜在大顆粒存在部位發生開裂。而在研磨時間太長時,漆膜表面的顏填料出現輕微團聚,這是因為細小的顏填料粒子的表面能大,容易吸附聚集形成大顆粒,最終也會導致漆膜的耐高溫性能下降。綜合考慮下,最終選擇的研磨時間為50min。2.2分散時間的影響顏填料分散時間對涂料性能的影響見表2。由表2可知,增加顏填料的分散時間,使得粒子分散效果增強,分散度增大,顆粒均勻排列,涂膜致密性良好。分散時間過短,會使得顏填料未能充分潤濕、出現團聚現象;分散時間長,又會增加涂料生產的成本。研究表明,分散60min時漆膜的耐高溫性能明顯提高,而繼續增加分散時間耐高溫性能并未得到提升,反而使得漆膜附著力有所降低。故分散時間為60min最好。2.3固化劑的用量固化劑用量對涂料性能的影響見表3。從表3可以看出,當固化劑用量為10%時,漆膜的固化周期太長,而且漆膜的附著力和硬度較差,不滿足耐高溫的要求。增加固化劑的用量明顯提高了漆膜的固化性能,縮短了漆膜的固化周期,更有利于實際的生產應用。而當固化劑用量繼續增加達到20%時,漆膜的固化周期并未進一步縮短,反而有所下降,更重要的是由于酚醛胺類固化劑使用量過多導致漆膜變脆,進而使漆膜的耐高溫性能變差。故固化劑用量為15%最好。2.4漆膜耐久性分析漆膜厚度對漆膜性能影響見表4。從表4中可以看出,漆膜厚度在100μm時的耐高溫性能較差,將漆膜厚度提高到200μm時漆膜耐高溫性能得到明顯改善,這是因為涂料的耐高溫性能主要受耐高溫的顏填料影響,提高漆膜厚度使得漆膜對基材的保護能力增強。但是當漆膜厚度達到400μm時,漆膜卻出現了嚴重的開裂現象,這是因為涂膜厚度的增加,涂料中的小分子揮發難度增加,漆膜中殘留的小分子量增多。在高溫條件下,殘留的小分子由于快速揮發,而導致漆膜易產生開裂。綜合考慮,最終選擇的膜厚為300μm。2.5損失率及融入比只改變涂料顏基比,研究顏基比對涂料性能的影響,實驗結果見表5。從表5中可以看出,隨著顏基比的增大,涂膜的耐熱溫度先提高后減弱。這是因為當顏基比為2.5時顏填料不足,基料起主要的耐熱作用,增大顏基比使得顏填料的量增多,涂膜耐熱溫度更高。但當顏基比為3.5時,涂膜的耐熱溫度明顯下降,由于顏填料的增多導致基料不能完全包裹住顏填料,無法形成完全連續的涂膜,使得耐熱溫度下降。因此,選擇顏基比為3.0較為合適。2.6SiOSiO從表6可以看出,當SiO2.7涂料的優化和性能測試選擇以上單因素實驗中的最優結果為涂料優化配方:環氧改性有機硅樹脂(50%)質量分數為34%,SiC為12%,SiO2.7.1溫度對涂料熱穩定性的影響依據優化后的配方制備涂料,并對其進行性能檢測,檢測結果見表7。高溫測試中發現,在350℃燒結后漆膜還可以保持表面完整,增加測試溫度測漆膜的最大承受溫度。高溫燒結后漆膜的性能測試如表8所示。由表8可知,優化后的涂料耐高溫性能可達600℃,符合耐高溫涂料的使用要求。圖1為漆膜在不同溫度下的失重率。從圖1中看到,300℃時涂料的失重率為7.7%,這是由于漆膜中殘存的有機溶劑揮發及小分子有機物的分解所致,350℃時涂料的失重率為9.4%,失重率變化并不顯著,由此可以推斷改性的有機硅樹脂仍然能夠起到很好的耐熱性能。圖2和圖3分別是在不同溫度下漆膜燒結后的耐酸性和耐堿性。圖2與圖3對比可知,當溫度從350℃上升至400℃涂料失重率明顯增加,結合涂料的耐酸堿性曲線,有機成分在不斷分解;當溫度從400℃升至500℃時,涂料的熱失重率曲線趨于平緩,這是由于涂料中耐高溫顏填料的功能開始顯現,結合這一溫度區間內涂料的耐酸堿曲線可知,有機膜的作用逐漸減弱,無機膜的作用開始增強,這一溫度過程也是有機膜向無機膜轉化的過程;當溫度從500℃升至550℃時,涂料的失重率再次明顯增大,而漆膜的耐酸堿性能卻有所增強,這是由于高溫下有機成分進一步的被燒蝕、分解,無極膜進一步形成引起;溫度從550℃升至600℃時,涂料的失重率不再明顯變化,這是因為有機成分不再損耗,有機涂層向無機涂層的轉化結束。2.7.2耐寒涂料燃燒前后的紅外光譜檢