第５１卷第１２期 ２０１３年１２月 上海涂料 ＳＨＡＮＧＨＡＩ Ｃ０ＡＴＩＮＧＳ Ｖ０１．５１ Ｎ０．１２ Ｄｅｃ．２０１３ 改进型耐高温防腐涂料的制备 黄晓蕾 （红山涂料有限公司，乌鲁木齐８３０００２） 摘 要：以一种市售重防腐涂料配方为基础配方，通过添加有机硅树脂、ＳｉＣ微粉、硅烷偶联剂 等组分，研制出一种改进型耐高温防腐涂料，并对添加的组分在耐高温防腐涂料中的作用机理以及 对涂层性能的影响进行了讨论。实验结果表明，有机硅树脂、ＳｉＣ微粉的加入，使原涂层的最高耐热 温度从２３０ｃＩ二上升到３９０ｃＩ二，大大提高了涂层的耐热性；ＳｉＣ微粉和硅烷偶联剂的加入量分别为７ ｇ和 ０．６ ｇ时，涂层的综合性能最佳。 关键词：改进型耐高温防腐涂料；有机硅树脂；ＳｉＣ微粉 中图分类号：ＴＱ ６３０．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—１６９６（２０１３）１２—００１４—０５ ０引言 石油、石化和化工行业生产中，腐蚀不仅造成 巨大的经济损失，同时给安全生产带来诸多隐患， 尤其是现代石油化工高温、高压和复杂的腐蚀介质， 设备腐蚀问题解决不好将影响正常生产，所以高温 产成本［２］。因此，制备无公害、低成本、综合性能较 好且能实现常温固化的新型耐高温防腐蚀涂料具有 广阔的市场发展空间。 本文的理论基础是利用有机硅树脂优良的热稳 定性、耐氧化性、耐候性、低温性能好、表面能低、 介电强度高等优点，通过添加硅烷偶联剂，对环氧树 防腐工作是现代工业迫在眉睫的问题，做好高温防 腐工作对促进新技术的发展，延长设备使用寿命， 节省资金，保证安全生产，减少环境污染具有重大 意义。 脂进行改性，提高成膜物质的耐热性，再与耐高温的 ＳｉＣ等填料复合，制得改进型耐高温防腐蚀涂料。所 制备的涂层既具有原涂层优越的防腐性，还提高了 耐热性和耐磨性，且可以实现常温固化，制备工艺简 单，无公害，有较好的市场发展前景。 国内外学者对耐高温防腐涂料进行了大量研究， 取得了不少显著成果，但仍存在一些问题有待解决： 如氟树脂涂层虽然防腐性能很好，但价格昂贵，而且 存在施工时对底材的处理要求严格、加工性能较差、 １实验部分 １．１原材料 熔融温度高和不溶于常用溶剂等缺点，从而了 它的应用；有机硅树脂涂层大多附着力较差，且不 ＥＰ重防腐涂料；有机硅树脂（固含量≥５０％）； ＳｉＣ微粉，６００目；二甲苯；丁醇；硅烷偶联剂；二 丁基二月桂酸锡；固化剂。 １．２仪器设备 能常温固化，不利于大面积施工；聚苯硫醚防腐涂 层的耐冲击性和柔韧性较差，有待改善；富锌底漆 的耐腐蚀性和耐热性能都很好，但其成膜性和干燥 性较差，施Ｔ性也不好，Ｈ益增长的环境压力，将使 富锌底漆的锌污染问题受到更大的挑战＿１ ；玻璃鳞 漆膜弹性实验器；漆膜冲击器；电动漆膜附着 力试验仪；涂层测厚仪；涂层耐磨性试验机；综合 热分析仪；箱式电炉。 片耐腐蚀涂层则由于制备工艺比较复杂而提高了生 ［收稿日期】２０１３—０９—１２ 第１２期 黄晓蕾：改进型耐高温防腐涂料的制备 １５ １．３实验配方 将涂料调至合适黏度后，在距马口铁约１５ ｃｍ处 由于提供的ＥＰ重防腐涂料是成品，本身的填料 体积浓度较大，实验中不再添加过多的填料。对于填 料的选择既要考虑它与涂料之间的相容性，也要考 进行空气喷涂。制备多组试样，以用于测定。喷几组 涂层厚度约２０ Ｉｘｍ的试样用于测定附着力、抗冲击 性、柔韧性等；厚度约５０ ｇｍ的试样用于测定耐磨 性；厚度≥１５０ ｇｍ的试样用于测定耐化学品性。 １．５漆膜性能测定 虑填料的加量不能超过填料临界体积浓度。经过大 量实验，确定了填料的种类和用量。为了便于进行性 能研究和分析，选用３组配方进行试验，见表ｌ。 表１ 涂料配方 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ 干膜厚度：选用磁性测厚仪进行测定。 干燥性能：测定涂膜表面干燥时间和实际干燥 时间。 柔韧性：按照ＧＢ １７３１一ｌ９７９进行测定。 硬度：按照日本ＪＩＳ Ｋ ５４００标准的铅笔硬度法 进行测定。 耐冲击性：采用冲击试验仪，按照ＧＢ １７３２— １９７９进行测定。 附着力：采用附着力测试仪按照划圈法进行测定。 耐化学品性：按照ＧＢ ｌ７６３—１９７９《漆膜耐化学 试剂测定法》测定漆膜的耐盐水性和耐酸碱性。 耐热性：涂层完全固化后，采用程序升温的方 注：配方１是ＥＰ重防腐涂料，在此进行性能对比和分析。 法将箱式电阻炉升温至预定的温度，放入涂有涂层 的马口铁，保温一定时间，取出，冷却至室温，用放 大镜观察涂层表面，若无开裂、粉化、起泡等现象， 则说明涂层在该温度下耐热性良好，继续升高温度， １．４实验步骤 １．４．１制漆 按表１配方混合甲组分的各种原材料，搅拌约 １ ｈ，让其分散均匀，并研磨，加入适量的混合溶剂， 调整至合适的黏度，再与乙组分的固化剂混合搅匀。 １．４．２制板 再将马口铁放入，保温，冷却，直至涂层破坏。 耐磨性：按照ＧＢ／Ｔ １７６Ｓ－－１９７９（（漆膜耐磨性测 定法》测定。 采用马口铁作为基材，尺寸为１２０ ｍｍ×５０ ｍｍ× ０－３ ｍｍ，使用前用１２０目的砂纸顺同一个方向打磨， ２结果与讨论 ２．１涂层性能测试结果 将马口铁上的氧化物打磨掉，最后用１０％的纤维素 液清洗干净，晾干，备用。 各组配方涂层性能的检测结果见表２。 表２各组配方涂层性能的检测结果 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ １６ 上海涂料 第５１卷 硬度 Ｈ ３Ｈ ４Ｈ 耐热性 ２３０￣Ｃ保温５ ｈ后涂层完好，２４０￣Ｃ保温２６０￣Ｃ保温５ ｈ后涂层完好，２７０￣Ｃ保温３９０％保温５ ｈ后涂层完好，４０ｏ 保温 ２ ｈ后涂层开始起泡 ２ ｈ后涂层开始起泡 ２ ｈ后涂层开始起泡 耐磨性（２５０ ｇ，２００ ｒ）／ｇ ０．０１５ １ 由表２可见：有机硅树脂、ＳｉＣ微粉等组分的加 入不仅没有降低ＥＰ重防腐涂层的综合性能，反而提 高了涂层的硬度、耐磨性以及耐热性，使涂层的耐热 性由原来的２３０￣Ｃ提高到３９０￣Ｃ，质量磨损由０．０１５ １ ｇ 减少到０．００６ １ ｇ，硬度则由Ｈ上升到４Ｈ。以配方３为 基准配方，分别研究有机硅树脂、ＳｉＣ微粉和硅烷偶 联剂对涂层性能的影响。 ２．２有机硅树脂及其用量对涂层性能的影响 由表２可见：配方２与配方３涂层的耐热性相 差较大。由这两个配方的热失重测试结果（图１）可 见：配方２涂层在约２６０℃时开始失重，并且失重得 很快；配方３涂层则比配方２涂层失重缓慢得多，在 ３５０ ４００￣Ｃ时失重才比较剧烈，这与表２耐热性的测 试结果是一致的。这两种配方中，填料、助剂的组成 和用量是相同的，而配方３仅仅多加了有机硅树脂， 因此可以判定，有机硅树脂可以较大幅度地提高涂 层的耐热性。有机硅改性环氧树脂在高温下形成立 体网络结构，生成类似于无机硅酸盐结构的硅氧键， 从而使改性后环氧树脂的耐热性得以提高 ３ ｊｏ ０ 萋一１０ 鑫一２０ ３０ 盖－４ｏ 惩一５０ １００ ２Ｏ０ ３００ ４００ ５００ ６００ 温度／℃ １一配方２：２一配方３ 图１ 配方２、配方３涂层的热失重曲线 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｗｅｉｇｈｔ ｌｏｓｓ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ ２，３ ｃｏａｔｉｎｇ 一般来说，在有机硅改性环氧树脂中，有机硅树 脂含量越高，树脂的耐热性越好，所制涂层的耐热性 也越好，但是随着有机硅树脂含量的增加，漆膜对基 材的附着力会逐渐变差，环氧树脂与有机硅树脂的 ０．０ｏ７ １ ０．００６ ｌ 相容性也随之下降，从而导致有机硅树脂对环氧树 脂的改性效果降低。考虑到有机硅树脂的价格远远 高于环氧树脂，所以实验配方中选择有机硅树脂的 用量为１～２ ｇ。 ２．３ ＳｉＣ微粉用量对涂层性能的影响 为了考察ＳｉＣ微粉用量对涂层性能的影响，按配 方３加入不同质量的ＳｉＣ微粉。 ２．３．１ ＳｉＣ微粉用量对涂层耐磨性的影响 ＳｉＣ微粉用量对涂层耐磨性的影响见图２。 赳 墩 絮 建 ＳｉＣ微粉用量／ｇ 图２ ＳｉＣ微粉用量对涂层耐磨性的影响 Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ＳｉＣ ｆｉｎｅ ｐｏｗｄｅｒ ａｍｏｕｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ａｂｒａｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ 由图２可见：随着ＳｉＣ微粉用量的增加，涂层的 磨损量逐渐减少。因为ＳｉＣ微粉具有很好的耐磨性， 当它作为耐磨剂加入涂料中并施工固化后，大部分 的ＳｉＣ微粉能突出于涂膜表面，并且均匀分布，当涂 膜承受摩擦行为时，其磨损部分首先是突出于涂膜 表面的最高部分，即耐磨剂部分，这样涂膜被保护免 遭或少遭摩擦，从而提高了涂层的耐磨性，延长了涂 层的使用周期。 ２．３．２ ＳｉＣ微粉用量对涂层硬度的影响 ＳｉＣ微粉用量对涂层硬度的影响见表３。 表３ ＳｉＣ微粉用量对涂层硬度的影响 Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ＳｉＣ ｆｉｎｅ ｐｏｗｄｅｒ ａｍｏｕｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｈａｒｄｎｅｓｓ ＳｉＣ微粉用量，ｇ ０ １ ２ ５ ７ 铅笔硬度Ｈ ２Ｈ ３Ｈ ４Ｈ ４Ｈ 第１２期 黄晓蕾：改进型耐高温防腐涂料的制备 Ｏ 、繇奄忸帆 壤 恕 Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ １７ 由表３可见：随着ＳｉＣ微粉用量的增加，涂层的 缓慢的，说明此时涂层耐热性最好，而在ＳｉＣ微粉用 硬度增加，最后趋于稳定，达到４Ｈ。 ２．３．３ ＳｉＣ微粉用量对涂层耐热性的影响 量为９ ｇ时，涂层耐热性下降，说明ＳｉＣ微粉的用量 不是越多越好。在实验中也发现：当ＳｉＣ微粉的用 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。ＳｉＣ微粉用量对涂层耐 量超过一定量时，涂层的柔韧性、弹性、附着力等性 能都会下降，原因可能是总的填料用量已经超出了 成膜物质的包覆能力，从而使涂层的综合性能下降。 实验表明，ＳｉＣ微粉用量为７ ｇ时，涂层的综合性能 最佳。 热性的影响见表４和图３。 由图３可见：随着ＳｉＣ微粉用量的增加，热失重 速率减缓，ＳｉＣ微粉用量为７ ｇ时，热失重变化是最 表４ ＳｉＣ微粉用量对涂层耐热性的影响 Ｔａｂｌｅ ４ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ＳｉＣ ｆｉｎｅ ｐｏｗｄｅｒ ａｍｏｕｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ 合成树脂等）化学结合的基团。通过使用硅烷偶联 剂，可在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子 桥”，把两种性质悬殊的材料结合在一起，起到提高 涂层的性能和增强附着力的作用。 硅烷偶联剂的用量对涂层在常温、高温下的附 １ｏｏ ２００ ３００ ４【ｘＪ ５Ｕｏ ６００ ７００ 着力的影响如表５所示。 表５硅烷偶联剂用置对涂层附着力的影响 Ｔａｂｌｅ ５ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｓｉｌａｎｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ ａｍｏｕｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ａｄｈｅｓｉｏｎ 温度／℃ １一Ｏ；２—３ ｇ；３—５ ｇ；４—９ ｇ；５—７ ｇ 图３ ＳｉＣ微粉不同用量的热失重曲线 Ｆｉｇｕｒｅ ３ Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｗｅｉｇｈｔ ｌｏｓｓ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｍｏｕｎｔｓ ｏｆ ＳｉＣ ｆｉｎｅ ｐｏｗｄｅｒ 硅烷偶联剂 质量／ｇ Ｏ．１ 涂层附着力，级 室温 １８０＂Ｃ烘烤后 ２．４硅烷偶联剂对涂层性能的影响 ２．４．１改善环氧树脂和有机硅树脂的相容性 ０．３ ０．５ 有机硅树脂的ｓｉ一０键使其具有很高的耐化学 ０．７ 品性和热稳定性，侧链的有机基团使有机硅树脂具 有柔韧性和高弹性，但其相对分子质量较大，链上 基团不活泼，与环氧树脂上的活性基团几乎不反应， 两者的相容性较差。若通过简单的共混，两相界面 １．０ 由表５可见：随着硅烷偶联剂用量的增加，涂膜 在常温和高温下与基材的附着力提高，硅烷偶联剂的 用量一般为０．３～０．７ ｇ，最佳用量为０．５ ｇ，超过此用量 会影响涂膜的附着力。 张力较大，改性效果较差。而硅烷偶联剂具有与有 机硅树脂和环氧树脂相似的结构，它可以在共混体 系中降低两相的界面张力，提高相容性，起到增容 剂的作用。 ２．４．２提高涂层与基材的附着力＿４ｊ 硅烷偶联剂分子兼有能与无机材料（如玻璃、硅 ３结语 （１）ＥＰ重防腐涂层的最高耐热温度为２３０ ｏＣ。 本实验以该涂料配方为基础配方，通过添加有机硅 砂、金属等）化学结合的反应基团及与有机材料（如
