環(huán)氧改性有機(jī)硅耐高溫涂料的研究

環(huán)氧改性有機(jī)硅耐高溫涂料的研究

耐寒涂料通常指在溫度超過200c的情況下，覆蓋范圍不變，也不會(huì)脫落，仍然可以保持適當(dāng)?shù)奈锢頇C(jī)械。耐高溫涂料廣泛地應(yīng)用于煙囪、高溫蒸氣管道、熱交換器、高溫爐、石油裂解設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)部位及排氣管等方面。隨著航空、宇航事業(yè)的發(fā)展,耐高溫涂料的重要作用已引起世界各國(guó)的關(guān)注。在高溫涂料的研究中,高分子材料一直引起眾多的關(guān)注,出現(xiàn)了許多耐熱性的聚合物,其中有機(jī)硅樹脂由于具有較好的耐熱性、耐水性、電絕緣性而一直占有非常重要的地位。但有機(jī)硅樹脂也存在附著力較差等諸多缺點(diǎn),而環(huán)氧樹脂以其優(yōu)異的機(jī)械性能和粘接性能等優(yōu)點(diǎn)著稱,因此,環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂是改性有機(jī)硅研究領(lǐng)域中較為重要的一類。它通過引入環(huán)氧基、烴基等改性基團(tuán),提高有機(jī)硅樹脂的綜合性能。本研究從提高環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂的耐熱性入手,研究顏填料、偶聯(lián)劑和固化劑等因素對(duì)涂料耐溫性能的影響,從而確定具有優(yōu)良耐高溫性能涂料的最佳配方。1實(shí)驗(yàn)部分1.1樹脂、固化劑和溶劑基材:馬口鐵片,工業(yè);碳鋼板,工業(yè)?；?FJN-9802自干型有機(jī)硅樹脂,常州市嘉諾有機(jī)硅有限公司;E-44環(huán)氧樹脂,三木公司。填料:六方氮化硼,工業(yè)級(jí);硅酸鈉,分析純;固化劑:低分子量聚酰胺,江陰惠峰合成材料有限公司;溶劑:二甲苯,分析純;助劑:防沉劑,偶聯(lián)劑,分散劑為工業(yè)級(jí)。1.2試驗(yàn)板及涂層附著力:GB1720-89(79)(劃圈法);柔韌性:GB/T1731-93;沖擊強(qiáng)度:GB/T1732-93;表干時(shí)間、實(shí)干時(shí)間:GB1728-79(88)。耐高溫:涂料涂刷在碳鋼板上,于室溫固化。將固化后的碳鋼實(shí)驗(yàn)板置于馬弗爐中,從300℃開始,每升高50℃,恒溫1h,冷卻后觀察試驗(yàn)板上涂層的情況,耐溫終點(diǎn)為涂層開始出現(xiàn)開裂或剝落的溫度減去50℃,即涂層完好的最后承受溫度。每個(gè)樣品平行制備3個(gè)實(shí)驗(yàn)板,實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值。1.3工藝1.3.1環(huán)氧樹脂的有機(jī)改性稱取一定質(zhì)量的環(huán)氧樹脂,用其2倍質(zhì)量的二甲苯在一定溫度下完全溶解,然后向其中加入一定質(zhì)量的有機(jī)硅樹脂和偶聯(lián)劑,充分混勻,待用。1.3.2雙磨法制備結(jié)構(gòu)涂層稱取一定質(zhì)量的環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂和顏填料,并添加一定量的助劑,用錐形磨進(jìn)行充分研磨。然后添加固化劑,并進(jìn)行攪拌,使涂料盡可能分散均勻,制成環(huán)氧改性有機(jī)硅耐高溫涂料。將涂料涂覆在經(jīng)過表面處理的碳鋼板和馬口鐵片上,待其實(shí)干后,進(jìn)行附著力、沖擊性能和耐高溫性能的測(cè)試。2結(jié)果與討論2.1影響環(huán)氧樹脂反應(yīng)的有機(jī)硅涂料抗溫性的因素2.1.1顏基比和顏填料比(以下文中所指顏填料比為六方氮化硼∶硅酸鈉)2.1.1.耐溫涂料用化硼為了提高涂料的耐高溫性能,本研究采用向基料中添加耐高溫顏填料六方氮化硼和硅酸鈉的方法。六方氮化硼具有良好的耐熱耐侵蝕性,常溫下幾乎對(duì)所有的腐蝕性化學(xué)物質(zhì)以及有機(jī)溶劑都是穩(wěn)定的,同時(shí),它還具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性、電絕緣性和抗震性,有著廣泛的用途。但將六方氮化硼用于耐溫涂料還未見文獻(xiàn)報(bào)道。硅酸鈉是無(wú)機(jī)涂料中常用的成膜物質(zhì),用于耐高溫涂料的配制,而且其來(lái)源易得、價(jià)格低廉、無(wú)毒害。2.1.1.基料環(huán)氧樹脂用量對(duì)涂料耐久性和沖擊強(qiáng)度的影響考慮顏基比和顏填料比對(duì)漆膜耐高溫性能、附著力和耐沖擊強(qiáng)度的影響,設(shè)計(jì)不同顏基比和顏填料比,配制涂料,進(jìn)行性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可以看出,隨著顏基比的增大,涂料的耐高溫性能略有提高,且六方氮化硼含量的增大有助于耐溫性能的提高。但在實(shí)驗(yàn)條件下,改變顏基比和顏填料比對(duì)漆膜附著力和沖擊強(qiáng)度影響不大。這主要是由于實(shí)驗(yàn)所選擇的基料環(huán)氧樹脂對(duì)基材有著優(yōu)良的附著力,盡管顏基比和顏填料比不斷變化,但漆膜仍能保持優(yōu)良的附著力和耐沖擊強(qiáng)度。綜合比較表1中各組數(shù)據(jù),確定顏基配比為1∶1,顏填料配比為1∶1。2.1.2偶聯(lián)劑對(duì)漆膜綜合性能的影響采用向涂料中添加硅烷偶聯(lián)劑的方法以提高基料樹脂與顏填料的復(fù)合性,同時(shí)提高涂料對(duì)基材的附著力,改善漆膜綜合性能。本研究選用的偶聯(lián)劑分別為南大-42、KH550、KH792和KH902,加入量為顏填料質(zhì)量的1%,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。比較表2中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),使用偶聯(lián)劑南大-42既可以提高漆膜附著力,又可以提高漆膜耐高溫性能。因此,本實(shí)驗(yàn)選擇南大-42作為助劑。2.1.3固結(jié)劑和劑量2.1.3.不同固化劑對(duì)有機(jī)硅樹脂固化效果的比較因?yàn)榄h(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂碳鏈中含有環(huán)氧基團(tuán),決定了多種的胺類、酸酐及具有某些活性基團(tuán)的樹脂都能使其交聯(lián)固化。乙二胺、二乙烯三胺、聚酰胺均為可以使環(huán)氧樹脂常溫固化的固化劑,本實(shí)驗(yàn)通過比較這3種固化劑對(duì)環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂的固化速度和漆膜固化后的綜合性能,選擇出固化性能最好的固化劑。比較表3中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),使用聚酰胺作為固化劑性能最好,而且聚酰胺還可以提高漆膜的耐高溫性能。同時(shí),由于固化成膜過程中聚酰胺無(wú)毒有利于人工操作,固化條件受環(huán)境(如水分、濕氣)影響較小,故本實(shí)驗(yàn)采用聚酰胺作為固化劑。2.1.3.固化劑用量對(duì)漆膜性能的影響在確定選用聚酰胺為固化劑的基礎(chǔ)上,本實(shí)驗(yàn)通過比較不同固化劑用量下的漆膜性能,確定固化劑的最佳用量。由表4可以發(fā)現(xiàn),聚酰胺用量的增大可以提高漆膜固化速度,但差別不是很大。聚酰胺用量為100%和120%時(shí),漆膜綜合性能最好?？紤]到成本問題,本實(shí)驗(yàn)選擇聚酰胺用量為配制環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂時(shí)環(huán)氧樹脂用量的100%。2.2環(huán)氧樹脂的制備綜合以上實(shí)驗(yàn),最終確定涂料顏基比為1∶1,顏填料比為1∶1,偶聯(lián)劑選用南大-42,用量為顏填料質(zhì)量的1%,固化劑選擇聚酰胺,用量為配制環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂時(shí)環(huán)氧樹脂用量的100%。按照以上配方制備涂料,測(cè)得涂料綜合性能見表5。3涂料固化劑的選擇(1)在本體系中六方氮化硼含量的增大有助于涂料耐溫性能的提高。(2)相對(duì)于KH550、KH792和KH902等3種偶聯(lián)劑,南大-42更有利于提高涂料的耐溫性,并使其保持良好的附著力、柔韌性和耐沖擊強(qiáng)度。(3)以聚酰胺作為固化劑,涂料