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      復合型有機硅耐高溫涂料

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      復合型有機硅耐高溫涂料
      楊文遠 ( 蘭州帝威制漆有限公司,甘肅蘭州 730000)
      劉金庫 ( 華東理工大學化學與分子工程學院,上海 200237)


      0 引言
      有機硅耐高溫涂料是以有機硅樹脂為主要成膜物質制備的涂料,有機硅樹脂是以Si—O—Si 主鏈為基本結構單元,側鏈通過Si 原子與其它各種有機基團,如甲基、苯基等縮聚而成。因此,也可以把有機硅樹脂的這種結構組成方式歸屬于半無機與半有機結構的聚合物,即兼具有機聚合物和無機聚合物的基本結構和功能特性。有機硅樹脂的這種特殊結構,賦予有機硅涂料諸多優異的性能,比如憎水性、持久的耐候性和較強的耐腐蝕性,并且具有極佳的耐高溫性和電氣絕緣性。
      常規的底漆加面漆復層涂料不能滿足諸多領域的使用要求。本文闡述的復合型有機硅耐高溫涂料不是常規的底漆和面漆的簡單復配,而是通過特殊配方體系設計的底涂和面涂復合的方式,采用濕噴濕施工工藝,干燥成膜后,形成一種性能優良的復合型有機硅耐高溫涂層,該復合涂料克服了傳統有機硅涂料的不足,可廣泛應用于汽車、摩托車的排氣管,以及一些冷熱交替環境和高溫工業金屬器件等領域。
       
      1 有機硅耐高溫涂料的特點
      1.1 有機硅樹脂的結構
      有機硅樹脂的結構如圖1 所示。由于Si—O 鍵的鍵能很高(452 kJ/mol),遠遠高于C—C 鍵的鍵能(345.6 kJ/mol)和C—O 鍵的鍵能(357.7 kJ/mol),使Si—O—Si 主鏈非常穩定,具有良好的耐候性,且難以產生游離基和發生氧化反應。另外,由于有機硅樹脂的側鏈中含有甲基(憎水基團),這無疑進一步增強了有機硅涂料的耐水性。
      有機硅樹脂的結構
      1.2 有機硅耐高溫涂料耐高溫的機理
      有機硅涂料耐高溫的主要因素,是因為Si—O—Si主鏈的鍵能高,隨著溫度的不斷升高,有機硅樹脂中的有機基團,如甲基、苯基將逐漸分解,在350℃以上,有機硅樹脂的硅氧硅骨架會完全分解成無機硅氧交聯結構,使有機硅耐高溫涂料“二次成膜”,形成新的耐高溫硅化層。
       
      2 實驗部分
      2.1 復合型有機硅耐高溫涂料配方
      復合型有機硅耐高溫涂料的底漆和面漆的配方分別見表1 和表2。
      復合型有機硅耐高溫涂料底漆配方
      復合型有機硅耐高溫涂料面漆配方
      2.2 樣板制作
      將常規底加面型有機硅耐高溫涂料和復合型有機硅耐高溫涂料,分別噴涂施工,烘烤固化,控制干膜厚度約為50~60 μm。在同等條件下進行性能對比。
      2.3 性能測試
      漆膜厚度 :按GB/T 13452.2—1992 進行測定;漆膜硬度:按GB/T 6739—2006 進行測定;耐鹽霧性:按GB/T 1771—1991 分別測定烘烤前、250℃、350℃、450℃、550℃烘烤5 h 后漆膜的耐鹽霧性;500℃連續5 次冷熱循環(常規);高溫耐熱性:按GB/T 1735—1989 進行測定。

      3 結果與討論
      復合型有機硅耐高溫涂料和常規底加面型有機硅耐高溫涂料在同等條件下的性能測試結果見表3。
      復合型有機硅耐高溫涂料和常規底加面型有機硅耐高溫涂料性能比較
      由表3 可見:通過低熔點玻璃粉、特殊的添加劑以及綜合的配方體系所研制的復合型有機硅耐高溫涂料,在250℃、350℃、450℃高溫燒烤5 h 后,耐鹽霧性明顯優于常規底加面型有機硅耐高溫涂料,500℃冷熱循環性能也明顯強于常規底加面型有機硅耐高溫涂料。這說明,復合型有機硅耐高溫涂料在高溫環境中,漆膜形成硅化層轉化的過程中,能夠形成良好的硅化釉銜接。
      3.1 有機硅樹脂的選擇
      如上所述,有機硅樹脂是以Si—O—Si 主鏈為最基本的結構單元,Si 原子通過側鏈與有機基團,如甲基、苯基等縮聚而成。由于苯基(Ph)和甲基(Me)相對含量的不同,有機硅樹脂的性能差別較大。比如Me 含量較高,則有機硅樹脂的固化速率就較快,力學性能、耐水性也較好,但是耐熱性以及與其它樹脂的匹配性則較差。當然Ph 含量較高,有機硅樹脂的耐熱性和混溶性則會顯著提高?梢,根據配方需要,特別是在這種復合型有機硅耐高溫涂料體系中,有機硅樹脂的選擇至關重要。
      3.2 改性樹脂的使用
      有機硅樹脂的化學結構決定了它的抗彎曲性、抗沖擊性、耐刮擦性、耐溶劑性等都偏弱。另外,有機硅樹脂體系對于表面無羥基等極性基團的底材(如不銹鋼)附著力也較差,而一般的有機樹脂,在上述方面則有著相對良好的性能。所以,通常根據配方的使用需求,添加一定比例的有機樹脂對有機硅樹脂進行改性。當采用物理混合很難達到改性目的時,可采用化學改性,在盡量保持有機樹脂相關優異性能的同時,引入有機硅樹脂的耐高溫性。采用有機樹脂改性,在滿足相關性能的同時,可大幅度降低成本,提高產品的性價比。在該復合型有機硅涂料體系中,最主要的改性
      有機樹脂有環氧樹脂、氨基樹脂等。
      3.3 低熔點玻璃粉的使用
      根據熔融溫度的不同,低熔點玻璃粉一般有400℃、500℃和600℃等多種型號。根據傳統的高溫成膜原理,通常認為,在達到玻璃粉熔點的高溫環境下,玻璃粉可以融化,進行二次成膜,形成新的硅化層。在復合型有機硅耐高溫涂料體系中,筆者選擇了不同熔融溫度的玻璃粉,主要是為了能在不同的高溫區二次成膜的過程中,逐步形成硅化釉,以保持涂膜優異的性能。
       
      4 結語
      實驗結果和實際應用效果均表明,復合型有機硅耐高溫涂料從正常涂膜,到經過250℃、350℃、450℃、550℃等不同高溫區的烘烤試驗,再到涂膜向硅化層轉化的過程中,漆膜所呈現的諸多性能明顯優于常規底加面型有機硅耐高溫涂料,可以廣泛用于汽車、摩托車的排氣管上,具有極高的性價比和推廣應用價值。
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