CN105153933B - 一种高耐冲击改性碳纤维制备耐高温涂料的方法 - Google Patents

Abstract

一种高耐冲击改性碳纤维制备耐高温涂料的方法，包含两大过程，一是制备高耐冲击改性碳纤维的过程，二是制备耐高温涂料的过程，耐高温涂料按重量份的配比构成是：丙烯酸改性有机硅树脂10～30、异丁醚化氨基树脂8～25、羟基丙烯酸树脂2～8、有机膨润土1～2、偶联剂0.5～1、滑石粉10～20、云母氧化铁10～20、碳纤维1～2、二甲苯23～26，制备出的耐高温涂料除具有较高的附着力和耐热冲击性外，其柔韧性、耐冲击性、耐水性、耐汽油性、盐雾试验表现出优异的性能，可应用在炼油厂、发电厂、化工厂、海上钻井平台、采油平台以及各种管道的耐高温等方面。

Description

一种高耐冲击改性碳纤维制备耐高温涂料的方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，尤其涉及到一种高耐冲击改性碳纤维制备耐高温涂料的方法。

炼油厂、发电厂、化工厂等、海上钻井平台、采油平台，以及各种管道耐高温等方面。

背景技术

有机硅耐高温涂料一般由纯有机硅树脂或经过改性后的有机硅树脂为基料配以无机耐高温的填料、溶剂和助剂组成，国外已有大量的研究成果，如美国道康宁公司的DC-805有机硅树脂与铝粉配合具有良好的铝粉漂浮性和挠曲性，可耐650℃的高温，已在DC-9飞机的热交换器上使用。美国TempildDivision制造了用于航天飞机的有机硅涂料PyromarkSeries2500，由DC-805和DC-806两种有机硅树脂添加耐火颜填料组成，其耐热温度高达1371℃，该涂料同时也是热反射涂料，可用于保护登月舱合金外表面免受加热和磨蚀，能经受从室温到1093℃温度变化的考验，循环20次不被破坏。

尽管有机硅树脂具有许多优异性能，但也存在如下问题:

1)一般需高温即150～200℃的固化，固化时间长，大面积施工不方便；

2)对基材的附着力差，耐有机溶剂性差，温度较高时涂膜的机械强度不好，价格较贵等。

为克服这些缺点，有机硅树脂用其他树脂改性，使改性后的树脂具有良好的施工性能、干燥性能及涂膜物理化学性能，得到了广泛应用。改性后的涂料主要有冷混型有机硅涂料、化学改性有机硅涂料以及共缩聚冷混型有机硅涂料等，如专利CN102226057B公开了《自交联型有机硅耐热漆》，虽涂层具有良好的机械性能，但未体现出耐热冲击性能。

耐高温有机硅涂料的研究不仅仅局限在树脂基料的改性，改性有机硅耐高温涂料所用的颜料大多为金属氧化物，如钛白粉、铬铁黑等，它们的存在可以对这些反应起催化作用，能够在主链中形成金属硅氧烷结构；而填料大多为硅酸盐型的填料，如滑石粉、云母粉、高岭土等，它们的表面带有少量轻基，能与有机硅树脂的官能基反应.有机硅耐高温涂料一般在400-600℃发生较强烈的分解，此时侧链有机基及主链被破坏，在有机基及主链断裂的地方会形成活性中心，这种活性中心进一步与颜填料相互作用，形成新的耐高温涂层，从而提高其耐热性。有研究表明，颜基比越大，涂层的耐高温性能有提高的趋势，但涂层的柔韧性有下降的趋势，进而对涂层热冲击有较大的影响。如专利CN103113826A公开的《梯度有机硅耐热涂料》，虽然描述不同玻璃料在不同温度下形成梯度熔融形成的耐热涂层具有良好的耐热性，但未提及耐高温后的耐冲击性。

目前市场中所销售的耐温涂料其耐热冲击性能均不佳，耐热冲击性能最高为30cm，对于涂层在耐温设备停产检修时涂层碰撞不脱落具有极大的考验。

发明内容

为解决耐高温涂料耐热后附着力差、冲击性能低的问题，本发明提供了一种高耐冲击改性碳纤维制备耐高温涂料的方法，制备出的耐高温涂料具有附着力强，耐高温后依然表现出优异的耐冲击性能。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高耐冲击改性碳纤维制备耐高温涂料的方法，耐高温涂料中含有丙烯酸改性有机硅树脂、异丁醚化氨基树脂、羟基丙烯酸树脂、有机膨润土、偶联剂、滑石粉、云母氧化铁、碳纤维及二甲苯，制备过程使用到分散釜，本发明的特征如下：

丙烯酸改性有机硅树脂采用SM1046；

异丁醚化氨基树脂采用585-1；

羟基丙烯酸树脂采用854；

有机膨润土是140^#易分散型钠基蒙脱土；

偶联剂是单烷氧基脂肪酸型、磷酸酯型、螯合型及配位体型中的任一种，所述配位体型采用钛酸酯；

碳纤维采用聚丙烯腈类短切纤维；

耐高温涂料按重量份的配比构成如下：

丙烯酸改性有机硅树脂10～30、异丁醚化氨基树脂8～25、羟基丙烯酸树脂2～8、有机膨润土1～2、偶联剂0.5～1、滑石粉10～20、云母氧化铁10～20、碳纤维1～2、二甲苯23～26；

根据上述配比构成，具体制备过程如下：

①先在分散釜中加入{23～26}/2即一半的二甲苯、异丁醚化氨基树脂和偶联剂，以500r/min的转速分散15min；

②之后以200r/min的转速加入碳纤维并分散30min制备出高耐冲击改性碳纤维浆；

③在另一分散釜中加入丙烯酸改性有机硅树脂、羟基丙烯酸树脂、另一半的二甲苯，以500r/min的转速分散10min；

④在1200r/min的转速下加入有机膨润土并分散15min；

⑤在1200r/min的转速下加入滑石粉、云母氧化铁并分散30min，此时检测另一分散釜中物料的细度是否小于50微米，大于50微米时要继续分散至细度小于50微米为止；

⑥在200r/min的转速下加入②中制备出的高耐冲击改性碳纤维浆，分散15min后出釜包装即可。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、本发明制成的耐高温涂料，具有优异的附着力、防腐性、耐冲击性，在高温环境下对耐温设备进行长期的有效的保护，即时高温设备停产检修也不会因为磕碰造成涂层的脱落开裂，杜绝因热氧对钢材的腐蚀形成的安全隐患，对安全生产具有极佳的保障。

2、本发明不额外添加稀释剂，可以达到省时省工，减少施工过程中对环境造成的污染。

具体实施方式

本发明是一种高耐冲击改性碳纤维制备耐高温涂料的方法，在耐高温涂料的构成中：丙烯酸改性有机硅树脂采用三木化工生产的SM1046，异丁醚化氨基树脂采用三木化工生产的585-1，羟基丙烯酸树脂采用阿科玛生产的854，有机膨润土采用的是140^#易分散型钠基蒙脱土，偶联剂采用的是单烷氧基脂肪酸型、磷酸酯型、螯合型及配位体型中的任一种，其中配位体型偶联剂采用钛酸酯，碳纤维采用的是聚丙烯腈类短切纤维，滑石粉、云母氧化铁和二甲苯均在化工市场采购可得。

本发明耐高温涂料按重量份的配比构成如下：丙烯酸改性有机硅树脂10～30、异丁醚化氨基树脂8～25、羟基丙烯酸树脂2～8、有机膨润土1～2、偶联剂0.5～1、滑石粉10～20、云母氧化铁10～20、碳纤维1～2、二甲苯23～26。

本发明制备耐高温涂料的方法实际包含了两大过程，一是制备高耐冲击改性碳纤维的过程，二是制备耐高温涂料的过程，制备出的耐高温涂料其作用机理如下：

1、高温下利用异丁醚化氨基树脂分子链上的氨基基团与羟基丙烯酸树脂及丙烯酸改性有机硅树脂分子链上的羟基进行固化交联，固化交联过程中丙烯酸改性有机硅树脂耐热分解后的Si-O-Fe分子结构形成互穿网状结构，进一步提升涂层在高温环境中的附着力；

2、选用偶联剂对碳纤维进行改性，利用反应基团与碳纤维表面的羟基官能团进行键合形成单分子层，从而起化学偶联作用。同时偶联剂分子中的长链部分与聚合物分子的缠结作用和混溶性，提高了耐高温涂料的热耐冲击性能；

3、利用氨基基团与碳纤维表面的羟基形成稳定的氢键作用，碳纤维在异丁醚化氨基树脂中进行润湿分散，进而更好的分散于耐高温涂料体系中；

4、有机膨润土作为流变助剂，可以提高耐高温涂料低粘度高抗沉淀的效果。

下表是根据本发明重量份的配比构成而举的三个实施例，本发明并不局限于三个实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。

材料名称	实施例1	实施例2	实施例3
				丙烯酸改性有机硅树脂	10	20	30
异丁醚化氨基树脂	25	15	8
				丙烯酸树脂	8	5	2
有机膨润土	1	1.5	2
				偶联剂	1	0.5	0.5
滑石粉	20	15	10
				云母氧化铁	10	15	20
碳纤维	2	1.5	1
				二甲苯	23	26	26

由上表对应的试验性能参考数据见下表。

通过上表所述参考数据可知：本发明制备出的耐高温涂料除具有较高的附着力和耐热冲击性外，其柔韧性、耐冲击性、耐水性、耐汽油性、盐雾试验都表现出优异的性能，可应用在炼油厂、发电厂、化工厂、海上钻井平台、采油平台以及各种管道的耐高温等方面。

Claims (1)

1.一种高耐冲击改性碳纤维制备耐高温涂料的方法，耐高温涂料中含有丙烯酸改性有机硅树脂、异丁醚化氨基树脂、羟基丙烯酸树脂、有机膨润土、偶联剂、滑石粉、云母氧化铁、碳纤维及二甲苯，制备过程使用到分散釜，其特征是：

丙烯酸改性有机硅树脂采用SM1046；

异丁醚化氨基树脂采用585-1；

羟基丙烯酸树脂采用854；

有机膨润土是140#易分散型钠基蒙脱土；

偶联剂是单烷氧基脂肪酸型、磷酸酯型、螯合型及配位体型中的任一种，所述配位体型采用钛酸酯；

碳纤维采用聚丙烯腈类短切纤维，所述碳纤维表面含有羟基官能团；

耐高温涂料按重量份的配比构成如下：

丙烯酸改性有机硅树脂10～30、异丁醚化氨基树脂8～25、羟基丙烯酸树脂2～8、有机膨润土1～2、偶联剂0.5～1、滑石粉10～20、云母氧化铁10～20、碳纤维1～2、二甲苯23～26；

根据上述配比构成，具体制备过程如下：

①先在分散釜中加入{23～26}/2即一半的二甲苯、异丁醚化氨基树脂和偶联剂，以500r/min的转速分散15min；

②之后以200r/min的转速加入碳纤维并分散30min制备出高耐冲击改性碳纤维浆；

③在另一分散釜中加入丙烯酸改性有机硅树脂、羟基丙烯酸树脂、另一半的二甲苯，以500r/min的转速分散10min；

④在1200r/min的转速下加入有机膨润土并分散15min；

⑤在1200r/min的转速下加入滑石粉、云母氧化铁并分散30min，此时检测另一分散釜中物料的细度是否小于50微米，大于50微米时要继续分散至细度小于50微米为止；

⑥在200r/min的转速下加入②中制备出的高耐冲击改性碳纤维浆，分散15min后出釜包装即可。