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复合型有机硅耐高温涂料

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-->>复合型有机硅耐高温涂料

复合型有机硅耐高温涂料
杨文远 ( 兰州帝威制漆有限公司,甘肃兰州 730000)
刘金库 ( 华东理工大学化学与分子工程学院,上海 200237)


0 引言
有机硅耐高温涂料是以有机硅树脂为主要成膜物质制备的涂料,有机硅树脂是以Si—O—Si 主链为基本结构单元,侧链通过Si 原子与其它各种有机基团,如甲基、苯基等缩聚而成。因此,也可以把有机硅树脂的这种结构组成方式归属于半无机与半有机结构的聚合物,即兼具有机聚合物和无机聚合物的基本结构和功能特性。有机硅树脂的这种特殊结构,赋予有机硅涂料诸多优异的性能,比如憎水性、持久的耐候性和较强的耐腐蚀性,并且具有极佳的耐高温性和电气绝缘性。
常规的底漆加面漆复层涂料不能满足诸多领域的使用要求。本文阐述的复合型有机硅耐高温涂料不是常规的底漆和面漆的简单复配,而是通过特殊配方体系设计的底涂和面涂复合的方式,采用湿喷湿施工工艺,干燥成膜后,形成一种性能优良的复合型有机硅耐高温涂层,该复合涂料克服了传统有机硅涂料的不足,可广泛应用于汽车、摩托车的排气管,以及一些冷热交替环境和高温工业金属器件等领域。
 
1 有机硅耐高温涂料的特点
1.1 有机硅树脂的结构
有机硅树脂的结构如图1 所示。由于Si—O 键的键能很高(452 kJ/mol),远远高于C—C 键的键能(345.6 kJ/mol)和C—O 键的键能(357.7 kJ/mol),使Si—O—Si 主链非常稳定,具有良好的耐候性,且难以产生游离基和发生氧化反应。另外,由于有机硅树脂的侧链中含有甲基(憎水基团),这无疑进一步增强了有机硅涂料的耐水性。
有机硅树脂的结构
1.2 有机硅耐高温涂料耐高温的机理
有机硅涂料耐高温的主要因素,是因为Si—O—Si主链的键能高,随着温度的不断升高,有机硅树脂中的有机基团,如甲基、苯基将逐渐分解,在350℃以上,有机硅树脂的硅氧硅骨架会完全分解成无机硅氧交联结构,使有机硅耐高温涂料“二次成膜”,形成新的耐高温硅化层。
 
2 实验部分
2.1 复合型有机硅耐高温涂料配方
复合型有机硅耐高温涂料的底漆和面漆的配方分别见表1 和表2。
复合型有机硅耐高温涂料底漆配方
复合型有机硅耐高温涂料面漆配方
2.2 样板制作
将常规底加面型有机硅耐高温涂料和复合型有机硅耐高温涂料,分别喷涂施工,烘烤固化,控制干膜厚度约为50~60 μm。在同等条件下进行性能对比。
2.3 性能测试
漆膜厚度 :按GB/T 13452.2—1992 进行测定;漆膜硬度:按GB/T 6739—2006 进行测定;耐盐雾性:按GB/T 1771—1991 分别测定烘烤前、250℃、350℃、450℃、550℃烘烤5 h 后漆膜的耐盐雾性;500℃连续5 次冷热循环(常规);高温耐热性:按GB/T 1735—1989 进行测定。

3 结果与讨论
复合型有机硅耐高温涂料和常规底加面型有机硅耐高温涂料在同等条件下的性能测试结果见表3。
复合型有机硅耐高温涂料和常规底加面型有机硅耐高温涂料性能比较
由表3 可见:通过低熔点玻璃粉、特殊的添加剂以及综合的配方体系所研制的复合型有机硅耐高温涂料,在250℃、350℃、450℃高温烧烤5 h 后,耐盐雾性明显优于常规底加面型有机硅耐高温涂料,500℃冷热循环性能也明显强于常规底加面型有机硅耐高温涂料。这说明,复合型有机硅耐高温涂料在高温环境中,漆膜形成硅化层转化的过程中,能够形成良好的硅化釉衔接。
3.1 有机硅树脂的选择
如上所述,有机硅树脂是以Si—O—Si 主链为最基本的结构单元,Si 原子通过侧链与有机基团,如甲基、苯基等缩聚而成。由于苯基(Ph)和甲基(Me)相对含量的不同,有机硅树脂的性能差别较大。比如Me 含量较高,则有机硅树脂的固化速率就较快,力学性能、耐水性也较好,但是耐热性以及与其它树脂的匹配性则较差。当然Ph 含量较高,有机硅树脂的耐热性和混溶性则会显著提高。可见,根据配方需要,特别是在这种复合型有机硅耐高温涂料体系中,有机硅树脂的选择至关重要。
3.2 改性树脂的使用
有机硅树脂的化学结构决定了它的抗弯曲性、抗冲击性、耐刮擦性、耐溶剂性等都偏弱。另外,有机硅树脂体系对于表面无羟基等极性基团的底材(如不锈钢)附着力也较差,而一般的有机树脂,在上述方面则有着相对良好的性能。所以,通常根据配方的使用需求,添加一定比例的有机树脂对有机硅树脂进行改性。当采用物理混合很难达到改性目的时,可采用化学改性,在尽量保持有机树脂相关优异性能的同时,引入有机硅树脂的耐高温性。采用有机树脂改性,在满足相关性能的同时,可大幅度降低成本,提高产品的性价比。在该复合型有机硅涂料体系中,最主要的改性
有机树脂有环氧树脂、氨基树脂等。
3.3 低熔点玻璃粉的使用
根据熔融温度的不同,低熔点玻璃粉一般有400℃、500℃和600℃等多种型号。根据传统的高温成膜原理,通常认为,在达到玻璃粉熔点的高温环境下,玻璃粉可以融化,进行二次成膜,形成新的硅化层。在复合型有机硅耐高温涂料体系中,笔者选择了不同熔融温度的玻璃粉,主要是为了能在不同的高温区二次成膜的过程中,逐步形成硅化釉,以保持涂膜优异的性能。
 
4 结语
实验结果和实际应用效果均表明,复合型有机硅耐高温涂料从正常涂膜,到经过250℃、350℃、450℃、550℃等不同高温区的烘烤试验,再到涂膜向硅化层转化的过程中,漆膜所呈现的诸多性能明显优于常规底加面型有机硅耐高温涂料,可以广泛用于汽车、摩托车的排气管上,具有极高的性价比和推广应用价值。
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