CN101351517A - 耐热涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涂层组合物，其包含聚硅氧烷、钛酸烷基酯、滑石和/或云母、铝片、和非必要的原硅酸烷基酯或其缩合产物。本发明还涉及用这些涂层组合物涂布的钢基底。

Description

耐热涂层
本发明涉及可以用于在基底上制备耐热和/或防腐蚀涂层的涂层组合物。所述涂层组合物可以在低温下固化，并且可以用少量有机溶剂进行配制。
US 3,412,063涉及一种低温可固化的基于水解的原硅酸四乙酯和氧化铝的耐热涂层组合物。JP 1988-90577描述了包含硅酸烷基酯或其缩合产物、钛酸烷基酯或其螯合化合物、和有机树脂的耐热涂层。US 3,846,359公开了可通过在空气中干燥固化的涂层组合物，其包含硅酸烷基酯和/或多聚硅酸烷基酯、钛酸烷基酯和/或多聚钛酸烷基酯、成膜树脂例如硅氧烷树脂、和常规的有机溶剂。
本发明的目的是提供一种涂层组合物，该涂层组合物可以被配制而使得其具有足够低的粘度在不必预热的情况下被喷涂到基底上，并且其可以被配制而符合挥发性有机物(VOC)的现行法规。目的是提供高固体VOC的柔性涂层，该涂层可在环境温度固化。应当可以通过喷涂、刷具和/或辊筒将该涂层涂布到在环境温度的基底上和涂布到被加热的基底例如在150℃温度的基底上。
从所述涂层组合物制备的涂层应该提供耐腐蚀性，不仅在低温下而且在高温下，例如在-30℃～+400℃范围内，或者例如在低温环境下，-196℃到环境温度。具体而言，所述涂层在-4℃～+150℃温度下应该具有对碳钢(正常钢)的耐腐蚀性，或者在+50℃～+150℃温度下具有对不锈钢的耐腐蚀性。
所述涂层组合物应该耐热和耐裂化，即使在在高温下或通过循环温度操作时。优选地，所述涂层在具有非常快的加热和/或冷却速率的周期中表现出耐热性和耐裂化性。优选地，所述涂层应该能够经受以下测试，在该测试中，被涂布的基底被加热到400℃的温度，然后被放入在室温下的一桶水中。另外地，或者作为选择，所述涂层还应该能够经受20℃/min的加热速率，或者被直接放入被加热的炉中。优选地，当涂布到管上时，所述涂层应该能够经受住蒸汽突然通过该管。
优选地，为了获得良好的耐腐蚀性固化所述涂层不需要加热。当在室温下固化时，所述涂层应该具有耐腐蚀性。
当设备在120℃以上、特别是150℃以上的温度操作时，腐蚀通常不是问题。不过，有时需要降低设备的温度，例如因为维护或者因为重建，。当冷却时，腐蚀会成为问题。当设备变湿、例如由于冷凝而变湿时，尤其是这种情况。当存在盐时，腐蚀问题更严重。盐可以存在于空气中，例如，特别是靠近海水时，盐可以来自海水喷雾，以及来自冷却塔的蒸气可以含有盐。当所述绝缘中存在渗漏时，水和/或盐甚至可以到达被绝缘的管的表面。因此，另一个目的是制备可以经受所述热和另外提供耐腐蚀性的涂层。
另一目的是可以对(热)绝缘下的钢提供防腐性的涂层组合物。这是因为湿分进入常规的绝缘材料中通常会导致下面的钢表面加速腐蚀。
优选地，当通过仅使用一层或两层高成膜性涂层，将所述涂层直接施涂到金属上时，应当可以达到所要求的性质。作为选择，当所述涂层被施涂到以富含锌的底涂层作为所述金属的底涂层时，应当可以达到所要求的性质。当所述涂层被直接涂布到金属上和然后被绝缘时，也应当可以获得所要求的性质。
根据本发明的环境温度可固化的涂层组合物包含：
·具有下式的线型或支化的聚硅氧烷：
Figure A20068005030200051
其中每个R1独立地选自具有至多八个碳原子的烷基、芳基、烷氧基、和OSi(OR3)3基团，其中每个R3独立地具有与R1相同的含义，每个R2选自氢和具有至多八个碳原子的烷基和芳基，其中选择n以使得所述聚硅氧烷的数均分子量Mn为约200～约6000，
·一种或多种钛酸烷基酯，
·一种或多种填料或颜料，例如滑石和/或云母，
·铝片，和
·非必要的原硅酸烷基酯或其缩合产物。
本发明的涂层组合物表现出希望实现的优点。它们可以在环境温度固化。为了获得良好的耐腐蚀性而固化所述涂层不需要加热。所述涂层将提供在室温固化水平下的耐腐蚀性。不过，加热所述涂层、例如直到200℃确实增强其性质，例如其耐腐蚀性。此外，加热时机械性质得到增强。这种加热可能导致进一步固化。加热可能导致更多的交联。
本发明的涂层组合物可以用少量有机溶剂配制，然而它们仍具有足够低的粘度用于喷涂而无需被预加热。所述涂层易于涂布，因为它们可以例如通过无空气喷涂、空气喷涂、刷具和辊进行涂布。所述涂层组合物的附加优点是它们适合于原位涂布到在最高可达150℃的温度下操作的钢基底上。
使用根据本发明的涂层组合物制得的涂层是耐用的，并且可以经受机械破坏。所述涂层可为钢提供防腐作用并且是耐热的。它们可以为钢在大气使用情况中和在于-30℃和400℃之间的连续操作温度操作的热绝缘下均提供防腐作用。它们也可以为钢在大气使用情况中和在-30℃直至400℃之间的热循环条件中操作的热绝缘下均提供防腐作用而无需在使用之前进行附加的热固化。它们也可以为钢在低温情形下提供防腐作用。甚至可以配制为在60～150℃的临界温度范围内于循环条件下操作的钢制件提供有效保护的根据本发明的涂层组合物。由于其高的耐裂化性，根据本发明的涂层在从低温环境到室温环境的温度周期内可提供优异的防腐作用。
根据本发明的涂层适合于为钢制件在大气使用中和在热绝缘下均提供防腐作用。另外，其还适合作为在基底上的抗腐蚀层，所述基底将经历循环的潮湿和干燥条件并且可能处于大气使用中和热绝缘下这两种情况。所述涂层还耐受在快速温度循环期间经历的热冲击。
根据本发明的涂层组合物理想地适合用于化学工艺、近海生产、石化和电力工业、特别是精炼厂、处理单元和低温单元、管件、烟囱、容器、放空烟囱、排放装置、炉具、反应器的外部、发电厂、通风口和其它结构。绝缘和未绝缘的钢制件的重要部分可以以单一规格涂布，从而降低工作计划的复杂性和保持维修计划的顺利进行。
用根据本发明的涂层组合物制得的涂层的断裂伸长率低于100％，优选低于20％，更优选低于5％。用根据本发明的涂层组合物制得的固化膜的玻璃化转变温度Tg高于0℃，优选高于10℃，更优选高于25℃。固化的涂层的玻璃化转变温度(Tg)可以例如根据ASTM方法E1356-98测量，该方法是通过用于差热分析的差示扫描量热法来测定玻璃化转变温度的标准测试方法。测试仪器的校准可以根据例如ASTM方法E967-03进行，该方法是用于差示扫描量热计的温度校准的标准测试方法。
本发明的涂层组合物优选具有低于650克/升、更优选低于430克/升的挥发性有机物(VOC)。甚至更优选地，所述涂层组合物包含低于340克/升的VOC、更优选低于250克/升的VOC。在固化所述涂层组合物的过程中可能释放的有机溶剂对VOC有贡献。
根据本发明的组合物的固含量优选高于60重量％，更优选高于70重量％，更优选80重量％，基于所述总涂层组合物。
在根据本发明的涂层组合物中存在的聚硅氧烷可以是线型或支化的。所述聚硅氧烷可以包含甲基和/或苯基、和烷氧基。任选地，所述聚硅氧烷包含甲基(复数)、苯基(复数)、和烷氧基(复数)，以及不含有R1、R2、或R3基团的其它类型。
如上所述，所述聚硅氧烷的每个R1独立地选自具有至多八个碳原子的烷基、芳基、烷氧基、和OSi(OR3)3基团，其中每个R3独立地具有与R1相同的含义，每个R2选自氢和具有至多八个碳原子的烷基和芳基。在一种实施方式中，在所述涂层组合物中存在的聚硅氧烷包含甲基和苯基。
对于所述聚硅氧烷，选择n以使得聚硅氧烷的数均分子量Mn高于约200、优选高于约500并且低于约6000、优选低于约5000。所述聚硅氧烷优选不包含环氧基或酸基团。所述聚硅氧烷可以通过使用氯硅烷而制得，例如从环状物和单体的混合物制得。
在根据本发明的涂层组合物中存在的钛酸烷基酯可以是单体的钛酸酯、聚(钛酸烷基酯)，或者单体的钛酸酯和/或聚钛酸烷基酯的混合物。所述钛酸烷基酯上的烷基优选含有三到八个碳原子，最优选三到四个碳原子。适用于本发明的聚(钛酸烷基酯)可以是线型或支化的。合适的实例包括钛酸丁基酯、钛酸异丙基酯或它们的混合物。
可以在根据本发明的涂层组合物中存在的滑石通常是粉末。其是包含3MgO·4SiO2·H2O的镁硅酸盐。其通常是单斜的水合镁硅酸盐，MgSi8O20(OH)4。其通常是大的和片状的，并且是一种常见的矿物。优选使用片状滑石粉(platy talc)。
在一种实施方式中，使用具有以下粒径分布的微尺寸的滑石：top cut为约10～20微米，优选为约12～16微米，中值粒径为约2～8微米，优选为约3～5微米，并且20～30重量％的颗粒的尺寸小于2微米。
在根据本发明的涂层组合物中存在的铝片可以例如具有较长尺寸为约1～100微米(μm)和厚度为0.05～2微米(μm)的粒径。通常而言，通过在溶剂中研磨粒状或球状铝颗粒而制造铝片。合适的溶剂例如是甲氧基丙醇、石油溶剂、高芳族溶剂、或者溶剂的混合物。通常在研磨之前或研磨过程中还将润滑剂加入所述铝颗粒中。所述润滑剂可以例如是含有脂族烃和芳族烃的脂肪酸。所获得的产物通常是糊状物。所述糊状物通常包含润滑剂涂布的铝片和溶剂。
研磨润滑剂的选择导致产生漂浮型或非漂浮型的铝片。例如，硬脂酸可以用于获得漂浮型铝片，油酸可以用于获得非漂浮型片状物。当在涂层组合物中存在时，漂浮型片状物倾向于以大体平整的取向排列；它们可以形成层，其中所述重叠的片平行于所述涂层的表面取向。在根据本发明的一个涂层组合物中，优选存在漂浮型片状物。
在一种实施方式中，所使用的铝片的平均粒径为10～30微米，如根据ISO 1247所分析。在此情况下，平均粒径优选为10～25微米。
可以在所述涂层组合物中存在的原硅酸烷基酯或其缩合产物可以例如含有具有一到八个碳原子的烷基。如果使用原硅酸烷基酯，任选地使用原硅酸烷基酯的缩合产物。
在一种实施方式中，水解的原硅酸乙基酯存在于所述涂层组合物中。所述缩合产物是混合物，其可以含有原硅酸乙基酯的单体的和多种低聚的和环状的缩聚物。所述缩合产物优选含有35-50重量％、更优选40-45重量％的硅；换句话说，所述缩合产物优选含有35-50重量％、更优选40-45重量％的SiO2，基于缩合产物的总重量。如果使用水解的原硅酸乙基酯，则优选使用原硅酸四乙酯的缩合产物。
根据本发明的涂层组合物优选包含10～50重量％、更优选10～40重量％、更优选20～40重量％、最优选15～30重量％的聚硅氧烷或聚硅氧烷的混合物，基于未固化的涂层组合物的总重量。钛酸烷基酯或钛酸烷基酯的混合物的存在量可以例如为0.5～5重量％，例如1～2重量％，基于未固化的涂层组合物的总重量。滑石和/或云母的存在量可以例如为5～35重量％，例如15～25重量％，基于未固化的涂层组合物的总重量。铝片的存在量可以例如为3～23重量％，例如10～17重量％，基于未固化的涂层组合物的总重量。如果使用包含(涂布的)铝片和30～40重量％溶剂的一种或多种糊状物来制备所述涂层组合物，则可以例如使用约5～35重量％的糊状物，例如15～25重量％，基于未固化的涂层组合物的总重量。所述涂层组合物可以含有一种或多种原硅酸烷基酯和/或原硅酸烷基酯的一种或多种缩合产物。原硅酸烷基酯和/或水解的原硅酸烷基酯的用量的任选范围为：0～20重量％、0～10重量％、5～20重量％、和5～10重量％，基于未固化的涂层组合物的总重量。
在一种实施方式中，本发明的涂层组合物包含：
·具有下式的一种或多种支化的聚硅氧烷：
Figure A20068005030200101
其中每个R1独立地选自具有至多八个碳原子的烷基，芳基，烷氧基，和OSi(OR3)3基团，其中每个R3独立地具有与R1相同的含义，每个R2选自氢和具有至多八个碳原子的烷基和芳基，其中选择n以使得聚硅氧烷的数均分子量Mn为200～约6000，优选500～4000，所述聚硅氧烷包含甲基和苯基，
·一种或多种钛酸烷基酯，
·滑石和/或云母，
·漂浮型铝片，和
·非必要的一种或多种水解的原硅酸乙基酯。
这些成分可以例如以上文列举的量存在。
本发明的涂层组合物可以含有一种或多种其它成分。它们可以含有例如一种或多种其它填料和/或颜料。所述组合物可以含有例如硅灰石、炭黑、云母铁矿、触变剂、溶剂。
典型地，根据本发明的涂层组合物除了所述钛酸酯上的烷基和聚硅氧烷上的R1、R2和R3基团外，不包含任何有机材料。所述涂层组合物不必包含有机加合物或有机树脂。不过，所述组合物可以包含多达5wt％的有机加合物或有机树脂、或者更多，如果需要的话。
本发明的涂层组合物通常在环境温度、例如5到30或者甚至40℃的温度下固化，因此适合于涂布到其中热固化是不实用的大结构上。本发明的涂层组合物作为选择还可以在升高的温度、例如高达100或150℃或者甚至200℃的温度下固化。
所述涂层组合物的一个优点是，其适合于原位涂布到在高达150℃的温度下操作的钢基底上。
所述涂层组合物可以通过常规涂布方法，例如无空气喷涂、空气喷涂、刷涂和辊涂。
本发明的涂层组合物通常可以用作修饰涂层和/或底涂层。它们可以涂布到所有种类的基底上，并且非常适合于涂布到金属基底，特别是钢基底上。所述涂层组合物可以作为底涂层/修饰层直接涂布到所制得的钢上，即，它们可以用作基底上唯一类型的保护涂层。也可以将该组合物涂布在底涂层、例如含锌的底涂层上。本发明的涂层组合物可以作为单层或作为多层涂布。它们也可以被涂刷有其它高温涂层。
根据本发明的涂层组合物可以用作不太完美的表面上的维护和修复涂层，所述表面例如老化的经喷砂的钢或″姜黄色的″钢(已被喷砂并且开始在小点处生锈的钢)、电动工具制得的风化钢、经水力处理的钢、和老化的涂层。
所述涂层组合物还可以用作涂布基底顶上的密封物。例如，如果基底被涂布有其它类型的防腐蚀涂层，例如热喷铝涂层，则其可以外涂布根据本发明的涂层组合物。在此情况下，本发明的涂层可以充当密封物层。其可以形成对抗侵蚀性大气的附加阻挡层。
根据本发明的涂层组合物的成分例如可以作为所谓的两组分分装组合物进行包装。在此情况下，一包装例如可以包含聚硅氧烷，而另一包装包含钛酸酯。

Claims (4)

1.涂层组合物，其包含：
·具有下式的线型或支化的聚硅氧烷：
其中每个R1独立地选自具有至多八个碳原子的烷基、芳基、烷氧基、和OSi(OR3)3基团，其中每个R3独立地具有与R1相同的含义，每个R2选自氢和具有至多八个碳原子的烷基和芳基，其中选择n以使得所述聚硅氧烷的数均分子量Mn为约200～约6000、优选500～4000，
·一种或多种钛酸烷基酯，
·填料和/或颜料，例如滑石，
·铝片，和
·非必要的原硅酸烷基酯或其缩合产物。
2.涂层组合物，其包含：
·具有下式的一种或多种支化的聚硅氧烷：
Figure A2006800503020002C2
其中每个R1独立地选自具有至多八个碳原子的烷基，芳基，烷氧基，和OSi(OR3)3基团，其中每个R3独立地具有与R1相同的含义，每个R2选自氢和具有至多八个碳原子的烷基和芳基，其中选择n以使得所述聚硅氧烷的数均分子量Mn为200～约6000、优选500～4000，所述聚硅氧烷包含甲基和苯基，
·一种或多种钛酸烷基酯，
·填料和/或颜料，例如滑石，
·漂浮型铝片，和
·非必要的一种或多种水解的原硅酸乙基酯。
3.涂布有根据权利要求1或2的涂层组合物的基底。
4.根据权利要求3的基底，其特征在于，所述基底选自碳钢、不锈钢、和涂布有金属的钢，例如以热喷射的铝或锌涂布的钢。
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