CN104342017A - 一种耐高温复合涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种耐高温复合涂料的制备，该涂料采用以下组分及其配比：有机硅基料的质量百分比数为50％～70％、填料的质量百分比数为20％～40％、助剂的质量百分比数为3％～6％、溶剂的质量百分比数为20％～40％。所制备的耐高温有机硅复合涂料，具有双层保护层。克服了原来在高温，干烧条件下易烧熔，使用时间长易氧化等缺点。

Description

一种耐高温复合涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐高温复合涂料的制备方法，属精细化工领域。

背景技术

耐高温涂料一般是指在200℃以上，漆膜不变色，不脱落，并且能够保持一定的物理机械性能，使得被保护对象能够在高温环境下正常发挥作用的涂料。

耐高温节能涂料是多学科有机结合以及综合应用的成果。该类涂料可以广泛地应用于高温蒸汽管道、热交换器、冷凝器、高温炉、石油裂解设备、冶金行业的金属高温防护、排烟管、烤炉、马弗炉、高炉(燃烧室)、锅炉、烤肉架及器皿、喷气发动机零部件、排气管和其他发动机设备。通过对涂料配方的调整，能够使耐高温涂料具有许多良好的性能，如，耐高温性，耐候性，电绝缘性，能够广泛应用于各种高温场所。

耐高温涂料的研制将在许多产业设备的节能减排方面发挥巨大的作用，在高温环境下，随着温度的升高，辐射传热所起的作用会越来越大，在被保护物的表面喷涂一层耐高温涂膜，能够引起热平衡的重新分配，加大辐射表面的吸收率，降低结焦的生成，减少灰垢的厚度，增加受热面的热量传导，从而提高热效率。耐高温涂料在中国具有相当大的市场，对耐高温涂料的研究具有非常重大的社会和经济效益。

近几十年来，随着多个行业对耐高温涂料需求量的不断增长，国内外关于耐高温涂料的研究也越来越多，关于新的耐高温涂料的报道不断出现。Morton国际公司提出将带羟基的硅树脂与含羧基的丙烯酸树脂共混，以异氰酸三缩水甘油酯作为固化剂，在较低的温度下，丙烯酸树脂首先固化，形成良好的膜表面。在高温下硅树脂继续发生自身的交联，形成互穿网络结构；最终涂层被赋予了较好的耐高温性能和防腐蚀性能，在650℃下无可见的膜表面损坏。德国Salmen.H研制出的酚醛树脂/环氧树脂/有机硅为基料，填料为25％～40％细分散云母，具有优良的耐腐蚀、耐蒸气、耐渗透、耐热性能。Kuminiue用聚酰亚胺改性硅树脂制成涂料，涂层厚度均匀、表面光滑、硬度高、热膨胀系数低；加热到700℃时，热失重率仅为8.3％。美国的Dow Coming公司把环氧树脂和有机硅树脂按照3∶1的比例混合，以均苯四酸二酐为固化剂，固化后所得涂层附着力、耐冲击性能良好，同时也显示出了很好的耐高温性能，在250℃的温度下空气氧化100h，失重率仅为7.6％；由改性有机硅树脂和耐高温填料组成，在250℃固化1h，制成的有机硅涂料在400℃的温度条件下发生玻璃化反应，制得粘接力强的耐火涂层，可用于登月舱等太空体系的外层防热。

邓明山等采用环氧改性的有机硅树脂作为基料，添加铝银浆，触变剂和适合的助剂，合成一种能够在常温固化的耐高温防腐涂料，该涂料具有良好的耐酸碱性，耐潮湿性，耐腐蚀性，已经在冶炼厂闪速炉，铜加工厂的高温管道等领域得到应用。孙京丹等人采用有机硅树脂作为基料，添加白云母粉，硅酸铝，钛白粉等，合成了一种具有良好的耐高温的涂料，该涂料主要应用于电烘缸的内表面的隔热保温。陈雪梅等人以环氧改性有机硅树脂为主要原料、铝粉为颜料、无机硅酸盐为填料，制成耐高温防腐蚀涂料。该涂层的耐温性高达400℃，防腐性好，价格比纯有机硅树脂涂料低。张翠梅等采用自制的梯形聚甲基倍半硅氧烷I和梯形聚苯基倍半硅氧烷II，按比例加入钛白粉，滑石粉，石英砂，聚四氟乙烯树脂，分散剂LD-124A和环氧树脂E-44，制成一种可在650℃恒温10h，涂膜不脱落，并且具有良好的耐化学品性的涂料。李志强将有机硅树脂引入丙烯酸树脂的主链或对侧链进行改性，使得改性后的树脂既具有有机硅树脂的耐高温性，又具有丙烯酸树脂的耐候性，保光性，常温固化等优点，并且以此树脂作为基料，加入体质颜料，滑石粉，石墨粉及其他助剂，制成可以耐850℃高温，并且具有良好耐湿热，耐盐雾性的涂料。王飞等针对飞行器中的气动热防护，采用环氧改性的有机硅树脂作为基料，辅以相应的填料和颜料研制了一种高热辐射率的耐高温涂料，在对该涂料的性能测试中发现，该涂料在300℃以上的热辐射系数大于0.9，并且可以在500℃的高温下连续使用。

耐高温红外辐射涂料以其良好的节能效果和便利的施工特点在工业炉窑中得到推广应用，但是，涂覆在金属表面的耐高温红外辐射涂料在使用过程中容易出现严重的涂层脱落现象。目前大多数耐高温红外辐射涂料仅能用于由耐火材料构筑的炉衬上，而能用于像金属电阻带、罩式退火炉金属内罩等金属表面的红外辐射涂料还不多，之所以如此，其中原因很多，如涂层与金属基体之间结合力不强，抗热震性能较差；在高温，尤其是在1000℃以上的高温环境中磨损保护显得不充分，目前尚未研制出可以长期用在1000℃以上磨损环境的成熟产品；耐冷热循环性差；自修复性不足等。

目前，由于许多的仪器，设备等的工作环境越来越复杂，许多的领域对耐高温涂料的要求，除了能够长时间在高温环境下，保持涂膜的完整及适合的机械强度，往往还要求涂料具有其他的功能，如耐腐蚀，耐辐射，耐氧化等。现有的耐高温涂料，性能优越的价格太高，价格低的性能又太差。如何优化配方，获得高性价比的耐高温涂料是适应市场需求的关键。随着经济的飞速发展，对于能够在高温环境下，确保设备，设施能够正常工作的涂膜的需求量将会越来越大。

发明内容

本发明是为了解决现有的隔热涂料中耐热温度低，耐辐射和耐氧化性能差的特点，提供一种高温条件下不易变色、不易脱落，柔韧性及耐性好，同时具备优良耐候性的高温隔热涂料。

本发明首先选择对人和环境达到极低危害程度的有机硅系列树脂，根据具体应用场合，选用不同的有机硅树脂或环氧有机硅树脂，合成耐高温复合涂料基料。

功能填料是影响耐高温涂料性能的关键原料。为了使涂料具有优越的隔热保温性能，本发明选择云母粉，对材料表面进行特殊改性处理。功能填料的筛选主要是对不同制备方法得到的云母粉的内部微观结构，表面光洁度，微粒大小均匀度，导热系数，热屏障性的综合研究。选择具有良好热性能的材料。

助剂是涂料不可缺少的组成部分，能改善涂料的相关性能。需要对涂料的成膜助剂、分散剂、润滑剂、消泡剂、增稠流变剂等多种助剂的类型配方用量和添加顺序进行选择研究，保证涂料体系的匹配性和施工稳定性。耐高温涂料是外用涂料，保持外观清洁，对隔热保温和装饰性来说十分重要，为提高涂膜的耐沾污性。

同时，本发明研究了反应条件对成膜性能的影响。并进行生产工艺及柔性配方的调整。并在电发热盘喷上后，增设复合层。

如上所述方法，本发明特征在于选用有机硅树脂或环氧有机硅树脂合成的耐高温复合涂料基料，具有优异性价比。

如上所述方法，其特征在于用于对材料表面进行特殊改性处理的云母粉，具有质轻、低导热、较高强度及良好化学稳定性。

如上所述方法，其特征在于在配方设计时引入有机硅助剂，降低涂膜表面张力而提高憎水性，涂层具有显著的荷叶疏水效果。

本发明的有益效果是：

所制备的耐高温有机硅复合涂料，具有双层保护层。克服了原来在高温，干烧条件下易烧熔，使用时间长易氧化等缺点，并使发热盘比原来耐用100倍。

实施方式

本发明提供具备优良耐高温、耐候及防腐性涂料。本发明选用不同的有机硅树脂及环氧有机硅树脂合成复合涂料基料，选择质轻、低导热、较高强度及良好化学稳定性的云母粉作为功能填料，同时在配方中引入有机硅助剂，主要实施方式如下：

一种耐高温复合涂料具有以下的组分及其配比：

有机硅基料的质量百分比数为50％～70％、功能填料的质量百分比数为20％～40％、助剂的质量百分比数为3％～6％、溶剂(软化水)的质量百分比数为20％～40％。

其制备方法包括如下步骤：

A、在球磨机中加入所需份量的水以及有机硅树脂，制得浆料；

B、加入功能填料以及助剂(包括成膜助剂、分散剂和消泡剂)，进行高速球磨并充分分散，使其混合均匀；

C、加入增稠剂，低速搅拌，过筛并稠化形成涂料成品。

配方中的功能填料为云母粉，其粒度为500～1250目。

助剂为成膜助剂十二碳醇酯、分散剂聚醚改性硅氧烷以及有机硅改性聚醚酰胺聚合物、消泡剂聚硅氧烷溶液、增稠剂气相二氧化硅。

高速球磨速度为250～350r/min，低速搅拌速度为50～70r/min。

具体实施方式

结合具体实例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实例用以解释本发明，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。

实施例1

耐高温复合涂料配料重量百分比为：有机硅树脂50％、功能填料云母粉20％、溶剂27％、助剂3％。其中：

功能填料为云母粉，选用规格为500目。

有机硅树脂为：聚甲基硅树脂和聚芳基有机硅树脂，重量比为3∶1。

溶剂为软化水。

助剂为十二碳醇酯0.8％、聚醚改性硅氧烷0.7％、聚硅氧烷溶液0.3％、气相二氧化硅1.2％。

在球磨机中加入有机硅树脂、功能填料、溶剂、十二碳醇酯、聚醚改性硅氧烷，高速球磨，速度为250r/min，球磨时间20小时，加入气相二氧化硅，低速搅拌，速度为60r/min，搅拌时间2小时，过筛，出料。

涂料性能的测试按相应的国家标准进行测定。

采用喷涂的方式在基体上制备涂层，待涂层固化后，测定结果为：

①涂膜颜色及外观，符合标准漆膜平整光滑。

②粘度，S，≤25。

③干燥时间，300℃，30分钟。

④固体含量，60％。

⑤附着力，1级。

⑥柔韧性，mm，1。

⑦冲击强度，kg.cm，50。

⑧耐高温，500℃，3小时不变色，不脱落。

⑨光泽，％≥56％。

⑩耐侯性，常温，室外放置800小时不变色，不失光。

实施例2

耐高温复合涂料配料重量百分比为：有机硅树脂50％、功能填料云母粉25％、溶剂22％、助剂3％。其中：

功能填料为云母粉，选用规格为800目。

有机硅树脂为：环氧改性有机硅树脂。

溶剂为软化水。

助剂为十二碳醇酯0.8％、有机硅改性聚醚酰胺聚合物0.7％、聚硅氧烷溶液0.3％、气相二氧化硅1.2％。

在球磨机中加入有机硅树脂、功能填料、溶剂、十二碳醇酯、聚醚改性硅氧烷，高速球磨，速度为350r/min，球磨时间15小时，加入气相二氧化硅，低速搅拌，速度为50r/min，搅拌时间2小时，过筛，出料。

涂料性能的测试采用实施例1所用方法。

采用刷涂的方式在基体上制备涂层，待涂层固化后，测定结果为：

①涂膜颜色及外观，符合标准漆膜平整光滑。

②粘度，S，≤25。

③干燥时间，300℃，25分钟。

④固体含量，66％。

⑤附着力，1级。

⑥柔韧性，mm，1。

⑦冲击强度，kg.cm，50。

⑧耐高温，500℃，3小时不变色，不脱落。

⑨光泽，％≥56％。

⑩耐侯性，室温，室外放置800小时不变色，不失光。

实施例3

耐高温复合涂料配料重量百分比为：有机硅树脂55％、功能填料云母粉20％、溶剂21％、助剂4％。其中：

功能填料为云母粉，选用规格为1000目。

有机硅树脂为：聚甲基硅树脂和聚芳基有机硅树脂，重量比为2∶1。

溶剂为软化水。

助剂为十二碳醇酯1.2％、聚醚改性硅氧烷0.8％、聚硅氧烷溶液0.4％、气相二氧化硅1.6％。

在球磨机中加入有机硅树脂、功能填料、溶剂、十二碳醇酯、聚醚改性硅氧烷，高速球磨，速度为300r/min，球磨时间18小时，加入气相二氧化硅，低速搅拌，速度为70r/min，搅拌时间2小时，过筛，出料。

涂料性能的测试采用实施例1所用方法。

采用喷涂的方式在基体上制备涂层，待涂层固化后，测定结果为：

①涂膜颜色及外观，符合标准漆膜平整光滑。

②粘度，S，≤25。

③干燥时间，300℃，20分钟。

④固体含量，55％。

⑤附着力，1级。

⑥柔韧性，mm，1。

⑦冲击强度，kg.cm，50。

⑧耐高温，400℃，2小时不变色，不脱落。

⑨光泽，％≥56％。

⑩耐侯性，室温，室外放置800小时不变色，不失光。

实施例4

耐高温复合涂料配料重量百分比为：有机硅树脂50％、功能填料云母粉23％、溶剂24％、助剂3％。其中：

功能填料为云母粉，选用规格为800目。

有机硅树脂为：环氧改性有机硅树脂。

溶剂为软化水。

助剂为十二碳醇酯0.8％、有机硅改性聚醚酰胺聚合物0.7％、聚硅氧烷溶液0.3％、气相二氧化硅1.2％。

在球磨机中加入有机硅树脂、功能填料、溶剂、十二碳醇酯、聚醚改性硅氧烷，高速球磨，速度为250r/min，球磨时间20小时，加入气相二氧化硅，低速搅拌，速度为50r/min，搅拌时间2小时，过筛，出料。

涂料性能的测试采用实施例1所用方法。

采用刷涂的方式在基体上制备涂层，待涂层固化后，测定结果为：

①涂膜颜色及外观，符合标准漆膜平整光滑。

②粘度，S，≤25。

③干燥时间，300℃，30分钟。

④固体含量，60％。

⑤附着力，1级。

⑥柔韧性，mm，1。

⑦冲击强度，kg.cm，50。

⑧耐高温，500℃，2小时不变色，不脱落。

⑨光泽，％≥56％。

⑩耐侯性，室温，室外放置700小时不变色，不失光。

实施例5

耐高温复合涂料配料重量百分比为：有机硅树脂52％、功能填料云母粉20％、溶剂22％、助剂6％。其中：

功能填料为云母粉，选用规格为1250目。

有机硅树脂为：聚甲基硅树脂和聚芳基有机硅树脂，重量比为1∶1。

溶剂为软化水。

助剂为十二碳醇酯1.6％、聚醚改性硅氧烷1.0％、聚硅氧烷溶液1.5％、气相二氧化硅1.9％。

在球磨机中加入有机硅树脂、功能填料、溶剂、十二碳醇酯、聚醚改性硅氧烷，高速球磨，速度为300r/min，球磨时间18小时，加入气相二氧化硅，低速搅拌，速度为50r/min，搅拌时间2小时，过筛，出料。

涂料性能的测试采用实施例1所用方法。

采用喷涂的方式在基体上制备涂层，待涂层固化后，测定结果为：

①涂膜颜色及外观，符合标准漆膜平整光滑。

②粘度，S，≤25。

③干燥时间，300℃，20分钟。

④固体含量，66％。

⑤附着力，1级。

⑥柔韧性，mm，1。

⑦冲击强度，kg.cm，50。

⑧耐高温，500℃，2小时不变色，不脱落。

⑨光泽，％≥56％。

⑩耐侯性，室温，室外放置800小时不变色，不失光。

Claims (6)

1.一种耐高温复合涂料，其特征在于采用以下的组分及其配比： 

有机硅基料的质量百分比数为50％～70％、功能填料的质量百分比数为20％～40％、助剂的质量百分比数为3％～6％、溶剂(软化水)的质量百分比数为20％～40％。 

2.一种用于制备权利要求1的高温复合涂料的方法，其特征在于，其制备方法包括如下步骤： 

A、在球磨机中加入所需份量的水以及有机硅树脂，制得浆料； 

B、加入功能填料以及助剂(包括成膜助剂、分散剂和消泡剂)，进行高速球磨并充分分散，使其混合均匀； 

C、加入增稠剂，低速搅拌，过筛并稠化形成涂料成品。 

3.根据权利要求1所述，其特征在于功能填料为云母粉，其粒度为500～1250目。 

4.根据权利要求1所述，其特征在于，所述助剂为成膜助剂十二碳醇酯、分散剂聚醚改性硅氧烷以及有机硅改性聚醚酰胺聚合物、消泡剂聚硅氧烷溶液、增稠剂气相二氧化硅。 

5.根据权利要求2所述的制备高温复合涂料，其特征在于，高速球磨速度为250～350r/min，低速搅拌速度为50～70r/min。 

6.根据权利要求2所述的制备高温复合涂料，其特征在于，低速搅拌速度为50～70r/min。