耐高溫涂料是指漆膜在200℃以上不變色、不脫落、仍能保持適當物理機械性能的涂料[1-2],它在現代工業、軍事、航天領域有廣闊的應用前景。例如高溫蒸汽管道、熱交換器、高溫爐、石油裂解設備、發動機部位及排氣管等經常處于高溫和腐蝕介質中,高溫腐蝕特別嚴重,增加了設備維修費用,并給安全生產帶來很大隱患[3-8],需要采取諸如耐高溫涂層等必要的保護措施。

　　常見的有機硅耐高溫涂料雖然具有優異的耐高溫性能,但存在物理機械性能和防腐蝕性能較差的問題,且由于耐高溫涂料的技術評估及標準不一,耐高溫涂層失效原因分析的偏差,導致耐高溫涂料保護效果參差不齊的問題相當突出[9]。一些高溫設施涂刷耐高溫涂料后,并不會立即投入運行,另一些設備如汽車、摩托車排煙管等部件所涂的耐高溫涂料,常處于常溫、高溫和水洗沖刷交替狀態,這都對耐高溫涂料的防腐性能要求十分苛刻[10-11]。因此,在設計有機硅耐高溫涂料的配方時,需綜合考慮漆膜的物理機械性能、耐熱性能及防腐防銹性能要求。

　　本實驗以有機硅樹脂為耐高溫涂料的成膜物,研制了一種可常溫固化的耐高溫防腐蝕涂料。該涂料具有良好的耐高溫性,防腐蝕性及物理機械性能,在500℃高溫下可長期使用。

　　1、實驗部分

　　1.1主要原料及設備

　　有機硅樹脂,固體質量分數為50%,自貢市鳳翔貿易有限公司;云母粉,滑石粉,氧化鐵紅粉,復合磷酸鋅粉,TiO2粉,325目,工業品;鉻鐵黑粉,325目,常州華珠顏料有限公司。馬弗爐:SX2-8-16,天津市中環試驗電爐有限公司;砂磨、分散、攪拌多用機:SFJ-400,上?，F代環境工程技術有限公司。

　　1.2生產工藝

　　將有機硅樹脂在溶劑中分散均勻后,加入云母粉、滑石粉、鉻鐵黑粉等顏填料,在砂磨機研磨2h,再加入助劑等,過濾,即得成品涂料。

　　1.3涂層的制備

　　涂層的制備包括基體的除油、除銹和底部預處理以及涂層的刷涂。

　　底部預處理:將有機溶劑涂覆于除油、除銹的馬口鐵板上,待其干燥。

　　涂層涂刷:將涂料攪拌充分后涂刷于馬口鐵片上,實干后再涂刷第二道。通常涂刷兩道即可,涂膜厚度控制在50μm左右。

　　高溫處理:將刷涂耐高溫涂料的馬口鐵板置于馬弗爐中,升溫至一定溫度,保留一定時間后取出,冷卻至室溫后,進行性能測試和分析。

　　1.4性能測試

　　耐熱性能:在馬口鐵板上涂裝耐高溫涂料后,室溫干燥7天,放入馬弗爐中,調到500℃,試片經過1000h后取出,冷至室溫,用放大鏡觀察涂層表面狀況,如無龜裂、脫落現象,即說明涂層耐熱性能良好[4];冷熱交變性能:涂裝后的試片經過持續500℃高溫1000h后,取出,冷至室溫(25℃)。重新放入馬弗爐中,經過1h高溫后,取出,冷至室溫(25℃)。反復多個周期,如涂層完整(無龜裂、脫落現象),即說明涂層冷熱交變性能良好[4];附著力:按GB/T1720-1979測試;柔韌性,按GB/T1731-1993測試;沖擊強度:按GB/T1732-1993測試;干燥時間:按GB/T1728-1979測試。

　　2、結果與討論

　　2.1顏填料的選擇

　　2.1.1黑色顏料的選擇

　　選用鉻鐵黑作為耐高溫涂料的顏料。它是一種由氧化鐵、氧化鉻、二氧化錳混燒而拼合的顏料,耐高溫性好,在800℃無變化,是耐高溫涂料中較好的黑色顏料。

　　2.1.2耐高溫填料的選擇

　　選用硅酸鹽型的滑石粉、云母粉作為耐高溫涂料的填料。除了具有優異的耐高溫性能外,滑石粉在耐高溫涂料中可以提高熱彈性及抗龜裂性,云母粉在耐高溫涂料中能提高漆膜強度及抗粉化性。

　　2.1.3防腐蝕填料的選擇

　　有機硅清漆的防腐蝕性較差,難以滿足實際使用需要。為了提高耐高溫涂料的防腐蝕性,在涂料中分別加入氧化鐵紅粉、復合磷酸鋅粉、TiO2粉對涂料進行改性。

　　2.2涂料配方設計

　　在有機硅耐高溫防腐蝕涂料配方的研發過程中,經過前期的一系列試驗后,確定的涂料配方如表1所示。

　　由涂料性能測試結果可知,當涂料中不加入防腐蝕填料時(配方0),雖然涂層具有優異的物理機械性能及耐高溫性能,但涂層的耐水性尤其是耐鹽水性較差,在3%鹽水中浸泡3天后即發生腐蝕。

　　與不加防腐蝕填料的配方0相比,當配方中加入防腐蝕填料后(配方1~3),涂層的物理機械性能及耐高溫性能并未受到影響,而涂層的耐水性及耐鹽水性得到了提高。這說明,3種防腐蝕填料對涂層的耐熱性影響不大,可以在保證耐熱性的情況下,提高涂層的耐蝕性。

　　當3種防腐蝕填料的加入量相同時,配方3的防腐蝕效果最為明顯。它是云母粉和復合磷酸鋅粉綜合作用的結果。在腐蝕前期,主要是依靠片狀云母粉的屏蔽作用;而在腐蝕后期,主要是依靠復合磷酸鋅粉,它的防腐蝕機理可能如下[12-13]:腐蝕前期在金屬表面產生局部的陽極和陰極,使溶解的亞鐵鹽和鐵鹽發生水解而釋放出質子,與復合磷酸鋅鹽發生反應,最終生成不溶性的磷酸亞鐵,從而形成Me(金屬)-Zn-P2O5致密鈍化膜。該鈍化膜沉積在腐蝕位置上,把腐蝕區封住形成了隔離層,阻止了腐蝕的進一步發生,從而保護金屬基底不被腐蝕。

　　當進一步加大復合磷酸鋅粉的用量時,涂層的耐高溫性能及物理機械性能沒有發生變化,而它對涂層耐水性及耐鹽水性的影響如圖1所示。

　　加入復合磷酸鋅粉后,涂層的耐水性及耐鹽水性有了一定的提高,且耐水性及耐鹽水性隨著磷酸鋅粉加入量的增加而增大。當磷酸鋅粉的加入量達到15%時,耐水性從7天增加到45天,耐鹽水性從3天增加到30天。繼續增加磷酸鋅粉加入量時,對涂層的防腐蝕性提高并不明顯。同時涂層的粘度急劇變大,不利于涂料施工。因此,復合磷酸鋅粉的加入量以15%為宜。

　　3、結論

　　(1)采用鉻鐵黑粉為黑色顏料,云母粉、滑石粉為耐高溫填料制備了一種黑色有機硅耐高溫防腐蝕涂料。該涂料具有優異的耐高溫性、防腐蝕性和物理機械性能,在500℃下可長期使用。

　　(2)選用的3種防腐蝕填料均具有較好的防腐蝕能力,且對涂層的物理機械性能及耐高溫性能沒有影響。其中,復合磷酸鋅粉的防腐蝕效果最佳。隨著磷酸鋅粉加入量的增加,涂層的耐水性和耐鹽水性得到進一步提高,選擇它作為耐高溫涂料的防腐蝕填料。

　　(3)將復合磷酸鋅粉的使用量控制在15%為宜。當進一步提高其用量時,對涂層防腐蝕性提高不大。同時由于涂料的黏度急劇變大,不利于涂料施工。