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無機高溫防護塗料的研究進展

鸿运来彩票: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、無汙染、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。無機塗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範疇不斷擴大,無機高溫防護塗料得到迅速發展,這對高溫塗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,改善塗層與基體間的結合力,進一步提高塗層的抗高溫氧化性;充分利用新型材料優異的性能,研制具有特色的高溫塗層。

根據目前無機高溫防護塗料的發展狀況,按耐熱聚合物性質的不同將無機高溫防護塗料分爲無機矽酸鹽類、磷酸鹽類以及陶瓷塗料等幾類。

矽酸乙酯類

矽酸乙酯塗料是無機耐熱塗料中發展最爲迅速、産量最大的品種,具有可常溫固化、幹燥迅速、施工方便、毒性小等特點。以正矽酸乙酯水解液作爲主要原料的塗料具有耐高溫、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、高硬度耐磨塗料等領域得到了廣泛的應用。並形成了不粘鍋塗料、無機富鋅塗料、耐火塗料、高硬度電泳等塗料産品。在配方中添加耐高溫顔填料和玻璃料,可以生産耐200600℃甚至更高溫度的塗料,其中以耐400℃高溫的富鋅底漆产量最大。据研究,该涂料对钢铁的阴极保护能力大大优于環氧富鋅底漆,广泛用于重防腐和耐高溫塗料的配套底漆。

盡管矽酸乙酯高溫防護塗料具有以上諸多的優點,但也存在著塗膜脆、易龜裂,與金屬基體的附著力較差等無機塗料的通病,而且在儲存的過程中容易凝膠,限制了塗料的應用。導致上述缺點的原因是正矽酸乙酯在水解過程中形成的納米級二氧化矽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,導致塗料凝膠,在一定程度上制約了該塗料的發展。基于二氧化矽膠粒表面含有大量活性的矽羟基(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矽單體,對二氧化矽表面進行化學改性,可提高水解液的儲存穩定性,改善塗層的柔韌性和耐熱性。

改進方法如下:通過在矽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,能顯著提高塗料的成膜性和柔韌性;用矽酸乙酯水解物與多元酸進行酯交換生成聚醚矽酸酯,能顯著提高塗膜對底材的附著力;矽酸乙酯水解物和烷氧基矽單體等共水解縮合,能提高塗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,改性後的基體可用于耐高溫、耐燒蝕塗料。

矽酸鹽類

硅酸盐耐高溫塗料是指以水溶性硅酸盐为基料的耐热涂料,也可以称为水玻璃耐热涂料。它是已硅酸钾和硅酸钠为基料的一类涂料。硅酸盐溶液中的晶核群随着水分的挥发,逐渐长大,最终形成网状结构,因此,具有很好的成膜性和良好的热稳定性。硅酸盐涂料不仅耐高温优异、同时还具有防紫外线、耐碱抗酸、不燃、不起泡、不剥落、自洁等优良性能,是一种生态環保高溫材料,廣泛應用于高溫防護塗料領域。國內已有200700℃的塗料品種,也有耐1000℃高溫塗料的報道。美、英、俄羅斯等國家在矽酸鹽材料領域研究的較爲深入,先後開發出了耐1500℃及以上溫度的塗料品種。

盡管矽酸鹽塗料具有很好的耐高溫性,但柔韌性、附著力、耐水性不是很好,並且需要在150℃温度烘烤才能完全固化,限制了应用范围。随着研究的深入,现已发展到采用以下方法,达到提高涂料综合性能的目的。如:在体系中引入粉末有机硅树脂、聚酯树脂及氟硅化合物、缩合磷酸盐固化剂等综合技术,极大地提高了水性硅酸盐耐高溫塗料的综合性能;在水性硅酸盐涂料中引入具有耐热性优异稀土化合物,与硅酸盐生成复杂络合物,进一步提高涂料的耐高温;通过在水性硅酸盐溶液中引入硅溶胶,提高基料的模数,即二氧化硅含量,改善涂料耐水性和耐热性。




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