CN103073979B - 一种耐高温二次烧结固化型粉末涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐高温二次烧结固化型粉末涂料，其原料构成组分及其重量份数分别为Silres605树脂400-500；B1530固化剂12-26；云母粉60-100；准球形硅微粉80-125；低熔点玻璃微粉60-120；硅烷偶联剂3-5；聚醚改性硅氧烷8.5-10；碳化硅粉24-60；铝磷酸锶40-70；超细铝粉25-40。本发明初次固化温度为160⁰C-250⁰C*30分钟,形成有机树脂涂层，在使用的高温环境中（300℃以上），环境温度使之发生二次烧结固化反应，形成坚固致密的无机烧结涂层(有机份裂解挥发)，不仅具有普通涂料的性能，而且还具有耐热性、耐腐蚀性、耐候性等特点。

Description

一种耐高温二次烧结固化型粉末涂料

技术领域

本发明属于涂料领域，涉及高温涂料，尤其是一种耐高温二次烧结固化型粉末涂料。

背景技术

在我国工业生产中，存在一些高温、高湿、高腐蚀生产设备，如冶金、石油、航空、化工、医药、食品等行业，他们的生产设备可能用到涡轮机叶片、燃气轮机、压缩机、发动机、生物燃料的加热系统、锅炉燃烧系统、过热管、焚烧炉管道和墙壁、烧烤架、暖风机、大功率灯饰外壳、暖气管道、热风炉、汽车消音器、汔车刹车片、烘箱、高温炉、摩托车排烟管、烟囱等多种耐高温设备，这些设备长期在高温高腐蚀环境下运行，腐蚀是非常严重而迅速的，需要一些特殊的材料才能满足这种工况要求，以前多采用液体普通涂料，刷上去一两个月就脱落，甚至个别高温环境使用马上就被损毁了，根本起不到涂层的保护作用。

此外，我国露天烟囱、风电叶片及管桩、汔车、工程机械、摩托车发动机壳体及排气管道工作温度非常高，一般涂层很难达到如此苛刻的环境要求，为此，开发出一些耐高温、高耐磨性、高表面硬度的涂料品种，是迫切需要的。

通过检索，尚未发现与本发明申请相同的公开专利文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有普通油漆、普通粉末涂料之技术不足，提供一种附着力强、耐温性能高的二次烧结固化型粉末涂料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种耐高温二次烧结固化型粉末涂料，其原料构成组分及其重量份数分别为：

而且，所述云母粉为国产片状，径厚比为5︰1；所述准球形硅微粉，超细型。

而且，所述硅烷偶联剂为KH560硅烷偶联剂。

而且，所述聚醚改性硅氧烷是聚醚改性硅氧烷流平剂安息香的混合物，其重量比例为流平剂：安息香＝9︰3。

而且，所述超细铝粉是鳞片状结构。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明所涉及的涂料能够长期耐受300℃以上乃至650℃高温环境，涂层不老化、不脱离、耐腐蚀，附着性能优异，可持久保护被涂基材。

2、本发明所涉及的涂料能够形成耐长期高温腐蚀环境的涂层，该涂料一次施工，适宜工厂化批量生产，而且二次绕结固化反应是在使用过程中自动进行，不额外增加生产成本，是一种实用性节能性极好的涂料品种。

附图说明

图1为本发明一次固化后初级涂层中各组份状态示意图；

图2为本发明二次烧结固化后涂层中各组份示意图；

图3为本发明的底材未喷砂与喷砂对涂层附着力的影响对比照片。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种耐高温二次绕结固化型粉末涂料，其原料构成组分及其重量份数分别为：

制备方法是：

1、将云母粉、准球形硅微粉、低熔点玻璃微粉、硅烷偶联剂、聚醚改性硅氧烷、高温颜料(碳化硅粉)、铝磷酸锶、超细铝粉，按重量配比称量，并加到混料机中预处理，低速搅拌混合30分钟，密封熟化48小时；

2、将Silres605(wacker、固化剂B1530按重量配比倒入混料机中，经高速干混搅拌8—10分钟，然后加到挤出机，在挤出温度80-120℃进行熔融、混炼、冷却、压片，再经粉碎机粉碎(粒度20--26μm)、分级、过筛、包装，成为粉末涂料产成品。

下面分别叙述各个原料的构成及功用：

1、本发明采用德国瓦克公司silres605有机硅树脂，在初次高温(160℃--250℃*30分钟)下，硅树脂发生自身的交联反应，并同时与其他固化剂及助剂反应，形成互穿网络结构，具备初级有机涂层的优异耐温性能，附着力强，防腐性优异。当使用过程中，环境温度可能高于300℃以上时，涂层中部分有机成分开始分解并挥发出来，当使用环境温度继续上升到450℃时以上时，本发明涂料则在此时发生奇妙的烧结化学反应，形成新的高能化学—Si—O—键，生成一种类陶瓷结构涂层。

为了验证本发明涂料的耐温性优势，申请人进行了“热失重测试”，结果不同配方的涂料在800℃以上质量损失变化差异较大，只有本发明耐温涂料很稳定,失重最少,剩余质量分数为86.15％。普通涂料在450℃以下就已经完全分解，涂层粉化并彻底破坏。

2、本发明采用聚异氰酸酯固化剂，是因为silres605自交联，不用固化剂，但是自交联有大量水气产生，而聚异氰酸酯可以和水气反应，防止产生表面粗糙、针孔、失光等漆病，主要是用来维持初级固化性能，当处于高温使用环境时，这部分物质会分解并挥发掉。

3、本发明的所采用的填料有五种：分别是云母粉、准球形硅微粉、低熔点玻璃微珠、超细铝粉、铝磷酸锶粉，它们有两大共同点：要么是能提供硅氧键结构，要么微粒本身是鳞片结构，在形成致密涂层时，错落有致，有效阻碍氧气、水汽、其他有害物质腐蚀基材，从而保护被涂物不被腐蚀损坏。同时这些组份在高温使用环境中，又是反应物的主体成份，具备与硅树脂绕结反应的能力，或者与基材在高温下形成过渡性合金层的能力。

因为本发明涂料最终耐温性能不是由硅树脂单独决定，为减少二次固化时的挥发物质，在设计初始固化成膜物中，有机成份较少(一般不超过50％)，这往往不利于设计出平整光滑的表面，所以为弥补这方面的缺憾，采用硅氧烷偶联剂(常温液态)将这些固体填料微粒先润湿，表面处理一下，以利于挤出与分散，提高与其他物质的相溶性，做出较为滑爽细致的表面效果。采用的方法是：将它们与硅烷偶联剂按适当比例称量并加到混料机中预处理，低速搅拌混合30分钟，密封熟化48小时，然后再用效果十分理想。

4、需要特别说明的一点，由于色彩艳丽的颜料无论是有机还是无机颜料，一般难以耐受长期高温。而石墨和铝粉等耐温颜料又都是黑色并有银灰相，故此耐温涂层一般只做成银灰色，因为超细铝粉为片层结构,在高温环境下,增加了氧气传质的路径长度；并且,铝粉对热有辐射作用,它可以起到一定的隔热作用。随着铝粉用量的增加,涂层的耐高温性能提高。而且,随温度的上升,铝粉可能向钢铁基材中扩散形成合金层。合金层的形成大大提高了涂层与基材的结合能力,不仅热、氧不易侵入,而且涂层的附着力提高较多,耐高温性能实现了飞跃。此外,铝作为阴极与钢铁形成电化学电池,提高了钢铁的耐腐蚀性能。

5、将以上配方中所列各种物料，按比例称量，按上述(3中)方法处理后，加入高速混料机中，干混搅拌8—10分钟，然后加到挤出机，在挤出温度80-120℃进行熔融、混炼、冷却、压片，再经粉碎机粉碎(粒度20--26μm)、分级、过筛、包装，成为粉末涂料产成品。粒度控制在此显得尤其重要，如此高固体含量的涂料，难以做到光滑细致。为改善表面状态，超细粉碎是主要改善方法。我们通过“激光镭射粒径分析仪”，准确测量及时监控，将其控制在20--26μm，即使薄涂也能达到致密的效果。

本发明所采用的各种原料均为市售产品。

本发明保证了涂层的耐高温、高硬度、抗氧化、防腐性能良好，施工工艺采用高压静电喷涂。但有以下两点需要特别说明：

1、涂装前对被涂物的表面喷砂除锈是非常必要的，使被涂物表面有适当的粗糙度会更利于涂层的附着。一般不建议采用磷化处理的方式。被涂物喷砂与不喷砂处理，二者区别非常大，不喷砂附着力一段时间后会差很多，要施工中要引起重视，下面图示5中有效果比较。

2、以前在设计耐温涂料配方时，有些加入抗氧剂。抗氧剂主要以亚磷酸酯和受阻酚类为主，亚磷酸酯类的主要功能是防止涂层在烘烤过程中黄变；受阻酚类的主要功能是长期防止聚合物的氧化。亚磷酸酯和受阻酚,类抗氧剂复合使用方能达到最佳的防老化效果。但是当将使用温度提高到400℃以上时则发现，抗氧剂所起作用已不明显，这可能是400℃以上时，抗氧剂自身已经分解不存在了，在耐温粉中起不到太大作用，故设计此类产品时没有添加。

本发明的形成机理是：

1、本发明采用德国瓦克公司silres605有机硅树脂----一种含羟基功能性官能团的甲基苯基聚硅氧烷树脂，在初次高温(160℃--250℃*30分钟)下，硅树脂发生自身的交联反应，并同时与其他固化剂及助剂反应，形成互穿网络结构(见图1)。

自交联反应方程式：

～Si-OH+HO-Si～------～Si-O-Si～+H₂O

～Si-OR+HO-Si～------～Si-O-Si～+ROH

该涂层具备初级有机涂层的优异耐温性能，附着力强，不开裂，不剥离，防腐性优异。当使用过程中，环境温度可能高于300℃以上时，涂层中部分有机成分开始分解并挥发出来；当使用环境温度继续上升到450℃时以上时，普通涂料就不能承受，有机组份基本上全部裂解，涂层被破坏。

而本发明涂料则在此时发生奇妙的烧结化学反应，形成新的高能化学—Si—O—键，一种新的无机涂层诞生，类烧陶瓷结构(见图2)。为了验证本发明涂料的耐温性优势，我们进行了“热失重测试”，结果不同配方的涂料在800℃以上质量损失变化差异较大，只有本发明耐温涂料很稳定,失重最少,剩余质量分数为86.15％。一般有机涂层在450℃以下能完全分解，涂层粉化并彻底破坏。

2、本发明采用VestagonB1530----德国Degussa公司聚异氰酸酯固化剂，silres605自交联，不用固化剂，自交联有大量水气产生，可以和B1530反应，B1530占配方量的5％左右即可，主要是用来维持初级固化性能，当处于高温使用环境时，这部分物质会分解并挥发掉。

3、本发明的所采用的填料有五种：分别是云母粉、准球形硅微粉、低熔点玻璃微珠、超细铝粉、铝磷酸锶粉。这些填料多为硅填料，--OCH3—在500度以上时分解与硅填料共同作用转化成SiO₂键，并进行二次固化，这个过程是在使用环境中进行的。

现将各组份功能分别表述如下：

云母粉：作为耐热填料较好，选用径厚比1:5的细鳞片状结构，在涂层中能够形成良好的层间结构，从而有效的阻止氧的渗入，减缓涂层树脂基料的老化，达到延长涂层寿命的保护作用。

准球形硅微粉：本身即是耐温填料，又能在二次固化阶段提供有益的硅氧键。

低熔点玻璃粉：中空、薄壁、坚硬、轻质的球体，具有最小的表面积和体积比，且吸油量低，降低粘度，增加流动性。在初级固化过程中，能提高涂层平滑度、光泽度、致密度。当有机硅树脂的受热分解温度在400℃～500℃,低熔点玻璃粉在这个温度范围内熔解,替代有机硅树脂在高温下起到粘结剂的作用,从而将无机填料与有机硅树脂分解后形成的SiO₂粘结在一起,使得涂层致密。玻璃粉在高温下与分解后的有机硅树脂发生了化学反应,被牢固的键结在被涂物上。我们对不同质量数的低熔点硼玻璃粉加入涂料中进行了研究，利用显微镜对不添加玻璃粉和添加玻璃粉的涂料在500℃情况下加热1h后的表观形貌进行了观察，当涂料中不含有玻璃粉的时候,涂层在500℃烘烤1h后会开裂。

超细铝粉：为片层结构,在高温环境下,增加了氧气传质的路径长度；并且,铝粉对热有辐射作用,它可以起到一定的隔热作用。随着铝粉用量的增加,涂层的耐高温性能提高。而且,随温度的上升,铝粉可能向钢铁基材中扩散形成合金层。合金层的形成大大提高了涂层与基材的结合能力,不仅热、氧不易侵入,而且涂层的附着力提高较多,耐高温性能实现了飞跃。此外,铝作为阴极与钢铁形成电化学电池,提高了钢铁的耐腐蚀性能。

铝磷酸锶粉：作用主要是防锈、提高耐盐雾性能。也可用环氧富锌填料代替。同时具有一定的配色功能，也是一种耐温颜料。

4、本发明所选择的颜料为：碳化硅微粉或石墨粉，二者耐温性均在3600℃以上，不变色。

碳化硅微粉：主要为黑碳化硅微粉和绿碳化硅微粉，硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。1500目的碳化硅微粉是较好的耐温颜料。

石墨：是最佳的黑色颜料，不仅具有良好的抗高温变色性，而且也不影响涂层的机械性能，其用量较大(可以占到树脂总量的5％--20％)。在耐热型粉末涂料中颜填料的总量对于涂层的耐热性能有较为明显的影响，一般填料越多涂层耐热性能越好，但是涂层的机械性能变差，通过实验最终确定其最佳的用量范围。

需要指出的是：碳黑不适合作耐温颜料，高温下不稳定，易氧化成二氧化碳，一般用石墨黑和铝粉调灰度比较好。即使是杜邦的钛白粉，300度以内勉强可以，300度以上基本都会变色。浅色系耐高温涂层是难以实现的。

5、本发明所采用的偶联剂为：硅烷偶联剂，使用硅烷偶联剂对颜料和填料进行预处理，可以提高涂层的附着力、柔韧性及抗冲击性等物理机械性能。在其他条件相同的情况下，用偶联剂处理过的涂层附着力从3级变为1级；柔韧性从Φ2.5mm开裂提升到Φ2mm通过。当粉末涂料内存在少量硅烷偶联剂时，在粉末涂覆熔融后，硅烷会迁移到涂层和底材的界面，进而与底材的表面形成氢键或缩合成—Si—M共价键(M为无机表面),氢键和共价键远比界面的范德华力强，因此呈现出很强的对底材界面的初始附着力。另外，由于硅烷偶联剂的存在，使颜料填料颗粒在粉末熔融流平过程中分布更加均匀、致密，这样可以提高涂层的流平性和光泽。少量有机硅烷偶联剂也能在有机树脂与有机硅树脂之间起连接作用。

6、本发明所采用的流平剂为：聚醚改性硅氧烷流平剂，使涂料与被涂物具有良好的润湿性，且不至于引起与缩孔的物质之间形成表面张力梯度。这类产品在世界影响力较大、品质较好的，当数美国TROY公司的EXF486系列了。

实际应用效果及试验情况：

一、涂料热失重实验

二、耐热性能：300℃—800℃特殊烘箱；

三、耐冲击性：GB/T1732—1993

四、光泽度：GB/T9754--2007

五、附着力：GB/T9286-1998(划格法)

满足国内防静电设备生产企业涂覆要求，并进行了批量生产实践。

本粉末涂料的各种试验性能参数：

本粉末涂料所形成的涂层性能参数

Claims (5)

1.一种耐高温二次烧结固化型粉末涂料，其特征在于：其原料构成组分及其重量份数分别为：

2.根据权利要求1所述的耐高温二次烧结固化型粉末涂料，其特征在于：所述云母粉为国产片状，径厚比为5︰1；所述准球形硅微粉，超细型。

3.根据权利要求1所述的耐高温二次烧结固化型粉末涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH560硅烷偶联剂。

4.根据权利要求1所述的耐高温二次烧结固化型粉末涂料，其特征在于：所述聚醚改性硅氧烷是聚醚改性硅氧烷流平剂安息香的混合物，其重量比例为流平剂：安息香＝9︰3。

5.根据权利要求1所述的耐高温二次烧结固化型粉末涂料，其特征在于：所述超细铝粉是鳞片状结构。