W61-39 有机硅耐高温涂料的制备及其性能研究
李华明 周晓红 魏 芳 任智慧 （ 西北永新涂料有限公司，甘肃兰州 730046）
1 试验部分
0 引言
随着国民经济持续不断地快速发展，一些高温环境下使用的设备，如烟囱、壁炉、锅炉、热风炉内外壁、摩托车的排气管、火电厂锅炉、发动机排气系统等，大多长期处于高温状态，而解决这些设备表面的高温氧化防腐蚀问题，行之有效的方法就是采用耐高温抗氧化保护涂层，因而耐高温涂料的需求与日俱增。本研究以改性有机硅树脂为成膜物，添加云母粉、陶瓷粉、滑石粉等填料，耐高温颜料、助剂及溶剂等，制备出一种具有良好的耐热性和耐蚀性，能在200~400℃的环境中长期使用的耐高温涂料，并通过添加特殊助剂及对颜基比的调整，解决了系列改性有机硅耐高温涂料辊涂起泡的问题。
1 试验部分
1.1 原材料
改性有机硅树脂，固体分（50±2）%，常州市嘉诺有机硅有限公司，工业品；钛白粉、铁红、氧化铁黑，云母粉、陶瓷粉、滑石粉、石棉粉，防沉剂、分散剂，溶剂，均为工业品。
1.2 涂料配方
各色有机硅耐高温涂料的建议配方见表1。
表1 W61-39 各色有机硅耐高温涂料建议配方
表1 W61-39 各色有机硅耐高温涂料建议配方
1.3 制备工艺
将改性有机硅树脂、丙烯酸树脂及分散剂、防沉剂、助溶剂按配方量准确称量，用GFJ-0.4 高速分散机搅拌均匀后，再按照先轻后重、先少后多的原则加入颜填料，高速（1 200~1 500 r/min）分散均匀，用砂磨机研磨至细度50 μm 以下，再加入消泡剂、流平剂等助剂，用专用稀释剂调整黏度，检测合格后过滤，包装。
1.4 技术指标及检测结果
耐高温有机硅涂料的性能指标及检测结果见表2。
1.5 W61-39 各色有机硅耐高温涂料施工性的验证
对表1 配方配制的涂料进行施工性验证，验证结果见表3。
对表1 配方配制的涂料进行施工性验证，验证结果见表3。
2 结果与讨论
2.1 涂料组成及配方设计原则
有机硅耐高温涂料一般由有机硅树脂、耐高温颜料、填料和相关助剂组成。所用的耐高温颜料大多为金属氧化物，填料大多为硅酸盐型的填料，这些填料的加入除对有机硅涂层起到补强作用外，其自身在研磨过程中极高温下也会产生一定的化学反应。如云母粉、石棉粉、滑石粉，其表面带有少量羟基，能与有机硅树脂的官能基反应。金属氧化物的存在可以对这些反应起催化促进作用，以及在主链中形成金属硅氧烷结构。硅酸盐填料的细度越高，其表面活性越大。有机硅耐高温涂料一般在400~600℃发生较激烈的热分解，有机硅树脂的侧链有机基及主链被破坏，在有机基及硅氧烷断裂的地方形成活化中心，进一步与硅酸盐和金属氧化物相互作用。这种作用不会导致有机硅耐高温涂料的破坏，相反会起到增强作用。W61-39 各色有机硅耐高温涂料能在200~400℃的环境中长期使用，并通过选择特殊助剂和适当的颜基比，解决了系列改性有机硅耐高温涂料辊涂起泡的问题。
2.2 涂料主要成分的筛选
2.2.1 成膜树脂的选择
一般来说，有机基团的苯基含量越低，生成的漆膜越软，缩合越快；苯基含量越高，生成的漆膜越硬，越具有热塑性。苯基含量在30%~60%，漆膜的抗弯曲性和耐热性好。本实验选用常州市嘉诺有机硅有限公司的FJN-9801 改性有机硅树脂，同时，为了提高有机硅耐高温涂料的交联速度及加快干性，拼用少量的丙烯酸树脂。
2.2.2 耐高温颜料的选择
高温下使用的颜料通常是无机矿物类或金属颜料，在耐高温有机硅涂料中，选用的颜料一般有氧化铁黑、石墨粉、氧化铁红、钛白粉、铝粉，选择的原则是高温漆的着色颜料必须在其预期的温度范围内有着很好的稳定性。耐热涂料中使用的碳元素，如灯黑和氧化铁黑，或金属颜料，如铝、锌、不锈钢等，在接近其熔点时仍能维持其原色。各种颜料在不同温度下的色相变化见表4。和普通色漆不同，耐高温涂料中颜料的选择不仅影响着涂膜的颜色，也是影响耐热性的主要因素之一。特别是在400℃时，有机硅耐高温涂料发生激烈的热分解，聚有机硅氧烷的侧链、有机基及主链被破坏，在链节断裂的地方形成活化中心，进一步与硅酸盐、氧化物相互作用。这种热物理- 化学反应的结果使有机硅和硅酸盐等无机组分联系起来，从而保证了耐高温涂料的优异性能。
表4 各种颜料在不同温度下的色相变化
2.2.3 耐高温填料的选择
填料主要为硅酸盐型，如云母粉、石棉粉、滑石粉、陶瓷粉等。云母粉能显著提高漆膜强度和抗粉化性；石棉粉热稳定性高，并能提高漆膜高温下的抗龟裂性；滑石粉主要成分为水和硅酸镁，化学性质不活泼，在加热至900℃高温时仍稳定，可以降低裂纹敏感性，用于防腐涂料时，可延长腐蚀物质的扩散路径，提高防腐蚀性。在W61-39 有机硅耐高温涂料中添加适量的滑石粉，既可保证耐热性，又能提高防腐蚀性。有机硅树脂和低熔点的陶瓷粉拼用，在高温下，低熔点陶瓷粉与主要成分是二氧化硅的石棉粉及有机硅树脂分解残留的二氧化硅熔合，形成致密的陶瓷结构防护层，可以耐700℃以上高温。
2.2.4 助剂的选择
2.2.4 助剂的选择
W61-39 各色有机硅耐高温涂料使用的主要助剂为分散剂、防沉剂、消泡剂和流平剂。由于配方中颜填料含量在50% 以上，故防沉剂选用气相二氧化硅和有机膨润土拼用，解决了涂料贮存稳定性的问题。又由于W61-39 各色有机硅耐高温涂料要适用于多种施工方式，在配方中添加了特殊消泡剂，很好地解决了有机硅耐高温涂料辊涂起泡的问题。
2.2.5 颜基比的选择
W61-39 各色有机硅耐高温涂料中颜基比的选择对施工性的影响见表5。
由表5 可见：颜基比为2∶1 时，施工性较好，漆膜不起泡。
3 结语
通过对成膜物、耐高温颜填料及各类助剂的选择，并确定佳颜基比为2∶1，制备的W61-39 各色有机硅耐高温涂料不仅具有优异的耐高温性能，而且还有优良的耐盐雾性、耐水性、耐盐水性、耐老化性等防腐性能，还能适应不同的施工方式，是理想的耐热防腐涂料，可广泛用于各类高温设备，如高炉、壁炉、锅炉、热风炉内外壁、烟囱、排气管、热交换器、炼钢设备及管道等，市场前景广阔。
