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無機高溫防護涂料的研究進展

發布時間:2015-11-23 16:26:02

隨著科學技術的迅速發展,工業水平的不斷提高,對金屬材料的使用性能要求越來越高。如在火箭、導彈、航天飛機、原子能設備、噴氣機、兵器工業等領域使用的金屬材料,均要求使用耐高溫、輕質、無污染、滿足特殊用途的材料進行保護。由于上述領域的特殊性,通常是在800℃以上溫度及強腐蝕介質條件下使用,普通的有機耐高溫材料難以滿足要求。無機涂層在高溫下可發生陶瓷化轉變,耐高溫防腐蝕性能優越。

近年來,隨著高溫材料的應用范疇不斷擴大,無機高溫防護涂料得到迅速發展,這對高溫涂層的研究提出了更高的要求。其研究的方向主要包括以下幾點:針對不同的高溫基體材料的需求,改善涂層與基體間的結合力,進一步提高涂層的抗高溫氧化性;充分利用新型材料優異的性能,研制具有特色的高溫涂層。

根據目前無機高溫防護涂料的發展狀況,按耐熱聚合物性質的不同將無機高溫防護涂料分為無機硅酸鹽類、磷酸鹽類以及陶瓷涂料等幾類。

硅酸乙酯類

硅酸乙酯涂料是無機耐熱涂料中發展最為迅速、產量最大的品種,具有可常溫固化、干燥迅速、施工方便、毒性小等特點。以正硅酸乙酯水解液作為主要原料的涂料具有耐高溫、防腐性能優異,硬度高、附著力好、不粘等優點,贏得了廣泛的重視,在耐高溫、透明、高硬度耐磨涂料等領域得到了廣泛的應用。并形成了不粘鍋涂料、無機富鋅涂料、耐火涂料、高硬度電泳等涂料產品。在配方中添加耐高溫顏填料和玻璃料,可以生產耐200600℃甚至更高溫度的涂料,其中以耐400℃高溫的富鋅底漆產量最大。據研究,該涂料對鋼鐵的陰極保護能力大大優于環氧富鋅底漆,廣泛用于重防腐和耐高溫涂料的配套底漆。

盡管硅酸乙酯高溫防護涂料具有以上諸多的優點,但也存在著涂膜脆、易龜裂,與金屬基體的附著力較差等無機涂料的通病,而且在儲存的過程中容易凝膠,限制了涂料的應用。導致上述缺點的原因是正硅酸乙酯在水解過程中形成的納米級二氧化硅膠粒具有較高的表面能,屬于熱力學不穩定體系,因此易發生團聚,導致涂料凝膠,在一定程度上制約了該涂料的發展?;诙趸枘z粒表面含有大量活性的硅羥基(Si-OH),易與有機樹脂或單體發生水解縮合反應,選擇具有特殊官能團的有機硅單體,對二氧化硅表面進行化學改性,可提高水解液的儲存穩定性,改善涂層的柔韌性和耐熱性。

改進方法如下:通過在硅酸乙酯水解物中加入10%~30%醇溶性聚乙烯縮丁醛或乙基纖維素,能顯著提高涂料的成膜性和柔韌性;用硅酸乙酯水解物與多元酸進行酯交換生成聚醚硅酸酯,能顯著提高涂膜對底材的附著力;硅酸乙酯水解物和烷氧基硅單體等共水解縮合,能提高涂膜柔韌性和保持較高的耐熱性;以醇溶性酚醛樹脂進行改性,改性后的基體可用于耐高溫、耐燒蝕涂料。

硅酸鹽類

硅酸鹽耐高溫涂料是指以水溶性硅酸鹽為基料的耐熱涂料,也可以稱為水玻璃耐熱涂料。它是已硅酸鉀和硅酸鈉為基料的一類涂料。硅酸鹽溶液中的晶核群隨著水分的揮發,逐漸長大,最終形成網狀結構,因此,具有很好的成膜性和良好的熱穩定性。硅酸鹽涂料不僅耐高溫優異、同時還具有防紫外線、耐堿抗酸、不燃、不起泡、不剝落、自潔等優良性能,是一種生態環保高溫材料,廣泛應用于高溫防護涂料領域。國內已有200700℃的涂料品種,也有耐1000℃高溫涂料的報道。美、英、俄羅斯等國家在硅酸鹽材料領域研究的較為深入,先后開發出了耐1500℃及以上溫度的涂料品種。

盡管硅酸鹽涂料具有很好的耐高溫性,但柔韌性、附著力、耐水性不是很好,并且需要在150℃溫度烘烤才能完全固化,限制了應用范圍。隨著研究的深入,現已發展到采用以下方法,達到提高涂料綜合性能的目的。如:在體系中引入粉末有機硅樹脂、聚酯樹脂及氟硅化合物、縮合磷酸鹽固化劑等綜合技術,極大地提高了水性硅酸鹽耐高溫涂料的綜合性能;在水性硅酸鹽涂料中引入具有耐熱性優異稀土化合物,與硅酸鹽生成復雜絡合物,進一步提高涂料的耐高溫;通過在水性硅酸鹽溶液中引入硅溶膠,提高基料的模數,即二氧化硅含量,改善涂料耐水性和耐熱性。




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