有机硅耐高温涂料的防腐蚀性能研究

耐高温涂料是指漆膜在200℃以上不变色、不脱落、仍能保持适当物理机械性能的涂料[1-2],它在现代工业、军事、航天领域有广阔的应用前景。例如高温蒸汽管道、热交换器、高温炉、石油裂解设备、发动机部位及排气管等经常处于高温和腐蚀介质中,高温腐蚀特别严重,增加了设备维修费用,并给安全生产带来很大隐患[3-8],需要采取诸如耐高温涂层等必要的保护措施。

　　常见的有机硅耐高温涂料虽然具有优异的耐高温性能,但存在物理机械性能和防腐蚀性能较差的问题,且由于耐高温涂料的技术评估及标准不一,耐高温涂层失效原因分析的偏差,导致耐高温涂料保护效果参差不齐的问题相当突出[9]。一些高温设施涂刷耐高温涂料后,并不会立即投入运行,另一些设备如汽车、摩托车排烟管等部件所涂的耐高温涂料,常处于常温、高温和水洗冲刷交替状态,这都对耐高温涂料的防腐性能要求十分苛刻[10-11]。因此,在设计有机硅耐高温涂料的配方时,需综合考虑漆膜的物理机械性能、耐热性能及防腐防锈性能要求。

　　本实验以有机硅树脂为耐高温涂料的成膜物,研制了一种可常温固化的耐高温防腐蚀涂料。该涂料具有良好的耐高温性,防腐蚀性及物理机械性能,在500℃高温下可长期使用。

　　1、实验部分

　　1.1主要原料及设备

　　有机硅树脂,固体质量分数为50%,自贡市凤翔贸易有限公司;云母粉,滑石粉,氧化铁红粉,复合磷酸锌粉,TiO2粉,325目,工业品;铬铁黑粉,325目,常州华珠颜料有限公司。马弗炉:SX2-8-16,天津市中环试验电炉有限公司;砂磨、分散、搅拌多用机:SFJ-400,上海现代环境工程技术有限公司。

　　1.2生产工艺

　　将有机硅树脂在溶剂中分散均匀后,加入云母粉、滑石粉、铬铁黑粉等颜填料,在砂磨机研磨2h,再加入助剂等,过滤,即得成品涂料。

　　1.3涂层的制备

　　涂层的制备包括基体的除油、除锈和底部预处理以及涂层的刷涂。

　　底部预处理:将有机溶剂涂覆于除油、除锈的马口铁板上,待其干燥。

　　涂层涂刷:将涂料搅拌充分后涂刷于马口铁片上,实干后再涂刷下一道。通常涂刷两道即可,涂膜厚度控制在50μm左右。

　　高温处理:将刷涂耐高温涂料的马口铁板置于马弗炉中,升温至一定温度,保留一定时间后取出,冷却至室温后,进行性能测试和分析。

　　1.4性能测试

　　耐热性能:在马口铁板上涂装耐高温涂料后,室温干燥7天,放入马弗炉中,调到500℃,试片经过1000h后取出,冷至室温,用放大镜观察涂层表面状况,如无龟裂、脱落现象,即说明涂层耐热性能良好[4];冷热交变性能:涂装后的试片经过持续500℃高温1000h后,取出,冷至室温(25℃)。重新放入马弗炉中,经过1h高温后,取出,冷至室温(25℃)。反复多个周期,如涂层完整(无龟裂、脱落现象),即说明涂层冷热交变性能良好[4];附着力:按GB/T1720-1979测试;柔韧性,按GB/T1731-1993测试;冲击强度:按GB/T1732-1993测试;干燥时间:按GB/T1728-1979测试。

　　2、结果与讨论

　　2.1颜填料的选择

　　2.1.1黑色颜料的选择

　　选用铬铁黑作为耐高温涂料的颜料。它是一种由氧化铁、氧化铬、二氧化锰混烧而拼合的颜料,耐高温性好,在800℃无变化,是耐高温涂料中较好的黑色颜料。

　　2.1.2耐高温填料的选择

　　选用硅酸盐型的滑石粉、云母粉作为耐高温涂料的填料。除了具有优异的耐高温性能外,滑石粉在耐高温涂料中可以提高热弹性及抗龟裂性,云母粉在耐高温涂料中能提高漆膜强度及抗粉化性。

　　2.1.3防腐蚀填料的选择

　　有机硅清漆的防腐蚀性较差,难以满足实际使用需要。为了提高耐高温涂料的防腐蚀性,在涂料中分别加入氧化铁红粉、复合磷酸锌粉、TiO2粉对涂料进行改性。

　　2.2涂料配方设计

　　在有机硅耐高温防腐蚀涂料配方的研发过程中,经过前期的一系列试验后,确定的涂料配方如表1所示。

　　由涂料性能测试结果可知,当涂料中不加入防腐蚀填料时(配方0),虽然涂层具有优异的物理机械性能及耐高温性能,但涂层的耐水性尤其是耐盐水性较差,在3%盐水中浸泡3天后即发生腐蚀。

　　与不加防腐蚀填料的配方0相比,当配方中加入防腐蚀填料后(配方1~3),涂层的物理机械性能及耐高温性能并未受到影响,而涂层的耐水性及耐盐水性得到了提高。这说明,3种防腐蚀填料对涂层的耐热性影响不大,可以在保证耐热性的情况下,提高涂层的耐蚀性。

　　当3种防腐蚀填料的加入量相同时,配方3的防腐蚀效果较为明显。它是云母粉和复合磷酸锌粉综合作用的结果。在腐蚀前期,主要是依靠片状云母粉的屏蔽作用;而在腐蚀后期,主要是依靠复合磷酸锌粉,它的防腐蚀机理可能如下[12-13]:腐蚀前期在金属表面产生局部的阳极和阴极,使溶解的亚铁盐和铁盐发生水解而释放出质子,与复合磷酸锌盐发生反应,生成不溶性的磷酸亚铁,从而形成Me(金属)-Zn-P2O5致密钝化膜。该钝化膜沉积在腐蚀位置上,把腐蚀区封住形成了隔离层,阻止了腐蚀的进一步发生,从而保护金属基底不被腐蚀。

　　当进一步加大复合磷酸锌粉的用量时,涂层的耐高温性能及物理机械性能没有发生变化,而它对涂层耐水性及耐盐水性的影响如图1所示。

　　加入复合磷酸锌粉后,涂层的耐水性及耐盐水性有了一定的提高,且耐水性及耐盐水性随着磷酸锌粉加入量的增加而加大。当磷酸锌粉的加入量达到15%时,耐水性从7天增加到45天,耐盐水性从3天增加到30天。继续增加磷酸锌粉加入量时,对涂层的防腐蚀性提高并不明显。同时涂层的粘度急剧变大,不利于涂料施工。因此,复合磷酸锌粉的加入量以15%为宜。

　　3、结论

　　(1)采用铬铁黑粉为黑色颜料,云母粉、滑石粉为耐高温填料制备了一种黑色有机硅耐高温防腐蚀涂料。该涂料具有优异的耐高温性、防腐蚀性和物理机械性能,在500℃下可长期使用。

　　(2)选用的3种防腐蚀填料均具有较好的防腐蚀能力,且对涂层的物理机械性能及耐高温性能没有影响。其中,复合磷酸锌粉的防腐蚀效果优良。随着磷酸锌粉加入量的增加,涂层的耐水性和耐盐水性得到进一步提高,选择它作为耐高温涂料的防腐蚀填料。

　　(3)将复合磷酸锌粉的使用量控制在15%为宜。当进一步提高其用量时,对涂层防腐蚀性提高不大。同时由于涂料的黏度急剧变大,不利于涂料施工。