环氧改性有机硅耐高温涂料的研究

环氧改性有机硅耐高温涂料的研究

耐寒涂料通常指在温度超过200c的情况下，覆盖范围不变，也不会脱落，仍然可以保持适当的物理机械。耐高温涂料广泛地应用于烟囱、高温蒸气管道、热交换器、高温炉、石油裂解设备、发动机部位及排气管等方面。随着航空、宇航事业的发展,耐高温涂料的重要作用已引起世界各国的关注。在高温涂料的研究中,高分子材料一直引起众多的关注,出现了许多耐热性的聚合物,其中有机硅树脂由于具有较好的耐热性、耐水性、电绝缘性而一直占有非常重要的地位。但有机硅树脂也存在附着力较差等诸多缺点,而环氧树脂以其优异的机械性能和粘接性能等优点著称,因此,环氧改性有机硅树脂是改性有机硅研究领域中较为重要的一类。它通过引入环氧基、烃基等改性基团,提高有机硅树脂的综合性能。本研究从提高环氧改性有机硅树脂的耐热性入手,研究颜填料、偶联剂和固化剂等因素对涂料耐温性能的影响,从而确定具有优良耐高温性能涂料的最佳配方。1实验部分1.1树脂、固化剂和溶剂基材:马口铁片,工业;碳钢板,工业。基料:FJN-9802自干型有机硅树脂,常州市嘉诺有机硅有限公司;E-44环氧树脂,三木公司。填料:六方氮化硼,工业级;硅酸钠,分析纯;固化剂:低分子量聚酰胺,江阴惠峰合成材料有限公司;溶剂:二甲苯,分析纯;助剂:防沉剂,偶联剂,分散剂为工业级。1.2试验板及涂层附着力:GB1720-89(79)(划圈法);柔韧性:GB/T1731-93;冲击强度:GB/T1732-93;表干时间、实干时间:GB1728-79(88)。耐高温:涂料涂刷在碳钢板上,于室温固化。将固化后的碳钢实验板置于马弗炉中,从300℃开始,每升高50℃,恒温1h,冷却后观察试验板上涂层的情况,耐温终点为涂层开始出现开裂或剥落的温度减去50℃,即涂层完好的最后承受温度。每个样品平行制备3个实验板,实验结果取平均值。1.3工艺1.3.1环氧树脂的有机改性称取一定质量的环氧树脂,用其2倍质量的二甲苯在一定温度下完全溶解,然后向其中加入一定质量的有机硅树脂和偶联剂,充分混匀,待用。1.3.2双磨法制备结构涂层称取一定质量的环氧改性有机硅树脂和颜填料,并添加一定量的助剂,用锥形磨进行充分研磨。然后添加固化剂,并进行搅拌,使涂料尽可能分散均匀,制成环氧改性有机硅耐高温涂料。将涂料涂覆在经过表面处理的碳钢板和马口铁片上,待其实干后,进行附着力、冲击性能和耐高温性能的测试。2结果与讨论2.1影响环氧树脂反应的有机硅涂料抗温性的因素2.1.1颜基比和颜填料比(以下文中所指颜填料比为六方氮化硼∶硅酸钠)2.1.1.耐温涂料用化硼为了提高涂料的耐高温性能,本研究采用向基料中添加耐高温颜填料六方氮化硼和硅酸钠的方法。六方氮化硼具有良好的耐热耐侵蚀性,常温下几乎对所有的腐蚀性化学物质以及有机溶剂都是稳定的,同时,它还具有优良的润滑性、电绝缘性和抗震性,有着广泛的用途。但将六方氮化硼用于耐温涂料还未见文献报道。硅酸钠是无机涂料中常用的成膜物质,用于耐高温涂料的配制,而且其来源易得、价格低廉、无毒害。2.1.1.基料环氧树脂用量对涂料耐久性和冲击强度的影响考虑颜基比和颜填料比对漆膜耐高温性能、附着力和耐冲击强度的影响,设计不同颜基比和颜填料比,配制涂料,进行性能测试。实验结果如表1所示。由表1可以看出,随着颜基比的增大,涂料的耐高温性能略有提高,且六方氮化硼含量的增大有助于耐温性能的提高。但在实验条件下,改变颜基比和颜填料比对漆膜附着力和冲击强度影响不大。这主要是由于实验所选择的基料环氧树脂对基材有着优良的附着力,尽管颜基比和颜填料比不断变化,但漆膜仍能保持优良的附着力和耐冲击强度。综合比较表1中各组数据,确定颜基配比为1∶1,颜填料配比为1∶1。2.1.2偶联剂对漆膜综合性能的影响采用向涂料中添加硅烷偶联剂的方法以提高基料树脂与颜填料的复合性,同时提高涂料对基材的附着力,改善漆膜综合性能。本研究选用的偶联剂分别为南大-42、KH550、KH792和KH902,加入量为颜填料质量的1%,实验结果见表2。比较表2中数据可以发现,使用偶联剂南大-42既可以提高漆膜附着力,又可以提高漆膜耐高温性能。因此,本实验选择南大-42作为助剂。2.1.3固结剂和剂量2.1.3.不同固化剂对有机硅树脂固化效果的比较因为环氧改性有机硅树脂碳链中含有环氧基团,决定了多种的胺类、酸酐及具有某些活性基团的树脂都能使其交联固化。乙二胺、二乙烯三胺、聚酰胺均为可以使环氧树脂常温固化的固化剂,本实验通过比较这3种固化剂对环氧改性有机硅树脂的固化速度和漆膜固化后的综合性能,选择出固化性能最好的固化剂。比较表3中的实验结果可以发现,使用聚酰胺作为固化剂性能最好,而且聚酰胺还可以提高漆膜的耐高温性能。同时,由于固化成膜过程中聚酰胺无毒有利于人工操作,固化条件受环境(如水分、湿气)影响较小,故本实验采用聚酰胺作为固化剂。2.1.3.固化剂用量对漆膜性能的影响在确定选用聚酰胺为固化剂的基础上,本实验通过比较不同固化剂用量下的漆膜性能,确定固化剂的最佳用量。由表4可以发现,聚酰胺用量的增大可以提高漆膜固化速度,但差别不是很大。聚酰胺用量为100%和120%时,漆膜综合性能最好。考虑到成本问题,本实验选择聚酰胺用量为配制环氧改性有机硅树脂时环氧树脂用量的100%。2.2环氧树脂的制备综合以上实验,最终确定涂料颜基比为1∶1,颜填料比为1∶1,偶联剂选用南大-42,用量为颜填料质量的1%,固化剂选择聚酰胺,用量为配制环氧改性有机硅树脂时环氧树脂用量的100%。按照以上配方制备涂料,测得涂料综合性能见表5。3涂料固化剂的选择(1)在本体系中六方氮化硼含量的增大有助于涂料耐温性能的提高。(2)相对于KH550、KH792和KH902等3种偶联剂,南大-42更有利于提高涂料的耐温性,并使其保持良好的附着力、柔韧性和耐冲击强度。(3)以聚酰胺作为固化剂,涂料