李永崗，張 杰，王桂剛

(青島愛爾家佳新材料股份有限公司，山東 青島 266071)

有機(jī)硅耐高溫涂料是耐高溫涂料中耐溫性能好，品種最多的一類涂料，被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療、軍工、電子器械和航空等領(lǐng)域，作為保護(hù)涂層，防止金屬材料氧化燒蝕，從而延長設(shè)備的使用壽命。

但是，由于有機(jī)樹脂本身不能在高溫下持續(xù)使用，容易發(fā)生熱分解，對于一些特殊的高溫行業(yè)來說，普通有機(jī)硅樹脂涂料的耐熱性能已經(jīng)不能滿足實際使用的要求，需要對有機(jī)硅樹脂進(jìn)行改性，改善有機(jī)硅樹脂的耐溫性。因此利用一系列耐熱性能優(yōu)良的無機(jī)類顏填料提高有機(jī)硅樹脂的熱穩(wěn)定性逐漸成為了一個新的研究方向[1]。

美國道康寧公司通過在有機(jī)硅樹脂中添加鋁粉，成功研制出牌號為DC-805 的涂料，這種涂料可耐650℃高溫，現(xiàn)在主要應(yīng)用于飛機(jī)的熱交換器[2]。俄羅斯的系列有機(jī)硅樹脂中KO-08耐熱性較好，添加如白云母、滑石粉等顏填料，制備的涂料能耐 700 ℃、2500 h[3]。國內(nèi)某化工研究院采用甲基、苯基聚硅氧烷為基料，硼酸、云母粉、滑石粉為顏填料制成的隔熱燒蝕涂料，在 2300 ℃ 下使用 30 s 后，背面的非金屬材料保持完好。

本文以一種改性的有機(jī)樹脂為基料，通過試驗設(shè)計，主要探究了不同填料和助劑的種類以及添加量對涂層高溫性能以及其他性能的影響，為配方優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。

1 涂料的組成和制備工藝

1.1 試驗原料

有機(jī)硅樹脂，工業(yè)級，上?；蹌?chuàng)貿(mào)易有限公司；鈦白粉，工業(yè)級，中國攀鋼集團(tuán)鈦業(yè)有限責(zé)任公司；氫氧化鋁，工業(yè)級，合肥中科阻燃新材料有限公司；滑石粉，工業(yè)級，津博化工有限公司；流平劑，SN-9779；消泡劑，SB-520，上海深竹化工科技有限公司；云母粉，工業(yè)級，中山市永豐化工有限公司；二甲苯，工業(yè)級，天津大茂化學(xué)試劑廠。

1.2 試驗底板的制備

對 120 mm×52 mm×0.1 mm 的馬口鐵片進(jìn)行除油除銹處理。首先用10%氫氧化鈉溶液除油，再用10%鹽酸溶液除銹，用 0.090 mm 的砂紙進(jìn)行打磨，除去馬口鐵表面的氧化薄膜與鐵銹；然后用沾有無水乙醇的棉花對其表面進(jìn)行擦拭，等到金屬表面的無水乙醇揮發(fā)之后，才可進(jìn)行涂刷。

1.3 實驗步驟

高溫隔熱涂料的制備裝置如圖1所示。

在反應(yīng)器中加入一定量的有機(jī)硅樹脂、有機(jī)溶劑、云母粉、滑石粉、氫氧化鋁、鈦白粉、流平劑、潤濕劑、消泡劑，使用攪拌機(jī)進(jìn)行中速分散攪拌 20 min，轉(zhuǎn)速 500 r/min。充分?jǐn)嚢韬螅玫綕{料。將漆漿與一定量的固化劑按比例進(jìn)行混合攪拌分散 5 min，充分混合均勻，然后倒入研缽進(jìn)行研磨 10 min，達(dá)到所需的黏度和細(xì)度，所得即為高溫隔熱涂料成品。涂抹在提前處理好的馬口鐵上。

1.4 涂料性能檢測方法

按照GB/T 1732-1993測試沖擊性能；按照GB/T 6739-2006測試硬度；按照GB/T 9286-1998測試附著力；按照GB/T 1728-79測試涂層干燥時間；涂層耐熱性測試，將樣板放入馬弗爐，在 100 min 逐漸升溫到 600 ℃，恒溫 30 min 后，逐漸冷卻至室溫取出，觀察涂層表面情況，是否會出現(xiàn)其他狀況(例如起泡、剝落或龜裂等)。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 固化劑用量對涂膜性能的影響

當(dāng)基材為環(huán)氧改性樹脂時，選用四乙烯五胺為固化劑，經(jīng)過反復(fù)測試后可知最佳固化劑用量為環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂用量的3%，在常溫固化 5 h 后，將濾紙用重物壓在涂板上，濾紙仍可以有部分粘連，可知涂膜表干，在常溫固化 24 h 后；當(dāng)基材為有機(jī)硅樹脂時，選用固化劑為正硅酸四乙酯和二月桂酸二丁基錫，最佳固化劑的用量比為m(有機(jī)硅樹脂)∶m(正硅酸四乙酯)∶m(二月桂酸二丁基錫)=100∶5∶1。

2.2 溶劑對涂膜性能的影響

溶劑的選擇對產(chǎn)品性能有很大影響，若選擇不當(dāng)，不但影響涂膜表面狀態(tài)(如針孔點、結(jié)皮、麻點等缺陷)，造成表面光潔度降低，而且影響涂膜的耐磨等性能。選擇溶劑的沸點應(yīng)在70～130 ℃ 較好，若沸點太低，會造成溶劑從涂膜中揮發(fā)過快，導(dǎo)致涂膜微觀結(jié)構(gòu)上的缺陷，表面機(jī)械性能降低；若沸點太高，溶劑難于揮發(fā)，會造成表面干燥時間過長，不利于成膜。

2.3 不同樹脂對涂料性能的影響

根據(jù)表1中配方用量，采用不同的樹脂作為基材，考察不同樹脂對涂料性能的影響。熱處理后樣品表面外觀和性能測試結(jié)果如圖2和表2所示。

表1 耐高溫涂料初步設(shè)計方案

表2 各種不同基材的涂膜的性能測試表

黏度2400的樹脂 黏度3900的樹脂 黏度5300的樹脂環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂圖2 熱處理后不同樹脂表面狀態(tài)

由上述結(jié)果可知，樣品板在 600 ℃ 條件下，經(jīng)過 30 min 熱處理之后，黏度為2400、3900和5300的樹脂均發(fā)生了不同程度的起泡和龜裂、脫落現(xiàn)象。而以環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂為基材的涂料耐溫性能最好，沒有發(fā)生起泡、脫落和龜裂等情況。從表面硬度、附著力和耐沖擊性上來看，以環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂為基材的涂膜在固化后的各方面性能都優(yōu)于其他基材的涂膜。

2.4 氫氧化鋁的量對涂料性能的影響

高溫下氫氧化鋁會分解出結(jié)晶水吸收大量熱，降低涂料表面溫度，延緩其分解時間。選用環(huán)氧改性樹脂為基材，配方中其他物料不變，考察不同氫氧化鋁的量對涂料性能的影響，在 600 ℃ 下 30 min 熱處理后樣品表面狀態(tài)和性能測試結(jié)果如圖3和表3所示。

表3 不同氫氧化鋁添加量的涂膜的性能測試表

4%氫氧化鋁樣品熱處理后 6%氫氧化鋁樣品熱處理后 8%氫氧化鋁樣品熱處理后 10%氫氧化鋁樣品熱處理后

從上述結(jié)果可知，涂料的物理性能測試結(jié)果差別不大。隨著氫氧化鋁的量的增加，涂料開裂和剝落情況逐漸減少，含有8%氫氧化鋁的涂料效果最好，繼續(xù)添加，10%氫氧化鋁時的涂料表面出現(xiàn)了剝落，開裂。因此氫氧化鋁的添加量控制在8%為宜。

2.5 鈦白粉的量對涂料耐熱性能的影響

鈦白粉的熔點在 1850 ℃ 左右，具有良好的著色力與化學(xué)穩(wěn)定性，能增強(qiáng)漆膜的機(jī)械強(qiáng)度和附著力，防止裂紋，防止紫外線和水分透過，延長漆膜壽命。

本實驗以鈦白粉為主要的耐高溫顏填料，考察鈦白粉添加量對涂料耐高溫性能的影響。鈦白粉添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6%、8%、10%，經(jīng)過 600 ℃ 的熱處理后，測試樣品的外觀和性能，結(jié)果如圖4和表4所示。

表4 不同鈦白粉添加量的樣品性能測試表

6%鈦白粉 8%鈦白粉 10%鈦白粉圖4 添加不同鈦白粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的樣品熱處理后表面狀態(tài)

由圖4可看出,隨著鈦白粉的量增加,龜裂起皮現(xiàn)象明顯改善,說明涂料的耐熱性能提高,當(dāng)鈦白粉的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時,涂料表面完好無損,達(dá)到了耐熱性能指標(biāo)的要求。因此選擇添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%為宜。

3 結(jié)論

1)相對于黏度為2400、3900和5300的樹脂,以環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂為基材制備的涂料固化后具有優(yōu)良的耐沖擊性、表面硬度、附著力和耐熱性能。

2)涂料中氫氧化鋁的比例并不是越高越好,就該配方來說,氫氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以8%為宜。

3)提高鈦白粉的比例可以明顯提高涂料的耐熱性能,本試驗中鈦白粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以10%為宜。