CN106700917B - 一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料及其制备方法。该高辐射率耐高温防腐蚀涂料包括以下重量份数的原料组分：甲基苯基有机硅20～25份、甲基有机硅10～15份、钛酸四丁酯0.5～1.0份、四甲基胍0.5～1.0份、锌粉2～4份、铝粉4～6份、铁锰黑8～10份、铜铬黑2～4份。本发明的涂料得到的涂层具有耐高温、防腐蚀及高辐射率的优点。

Description

一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工涂料技术领域，具体而言，涉及一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料及其制备方法。

背景技术

高辐射率涂料是一类有着良好热辐射的新型节能涂料，用在加热器、热交换管道等场合可以提高热辐射效率、强化传热的作用。

现有的高辐射率涂料为实现耐高温性能，一般采用无机胶粘剂体系，如采用无水硅酸、硅酸钠作或无机磷酸盐等作为粘结剂。而现有的高辐射率涂料在加热器、热交换管道等场合实际应用过程中，在温度变化剧烈或高湿环境中自然干燥得到的涂层强度不高，抗腐蚀性能差，涂层容易产生裂纹甚至脱落，进而使得高温高湿环境下极易造成加热器、热交换管道等基材材料的腐蚀加剧，从而造成加热器、热交换管道等热交换效率大幅降低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料及其制备方法，更好的克服了上述现有技术存在的问题和缺陷，该涂料得到的涂层具有耐高温、防腐蚀及高辐射率的优点。

一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料，包括以下重量份数的原料组分：甲基苯基有机硅20～25份、甲基有机硅10～15份、钛酸四丁酯0.5～1.0份，四甲基胍0.5～1.0份、锌粉2～4份、铝粉4～6份、铁锰黑8～10份、铜铬黑2～4份。

进一步地，所述甲基苯基有机硅的甲氧基含量为15％～18％，粘度值为120～130mPa.s。

进一步地，所述甲基有机硅的甲氧基含量为30％～35％，粘度值为8～11mPa.s。

进一步地，所述涂料还包括以下重量份数的原料组分：碳化硅2～4份、氧化铁黑5～8份、钛白粉5～8份。

进一步地，所述涂料还包括以下重量份数的原料组分：炭黑0.5～1.0份、氧化铝3～5份、聚磷酸铝3～5份。

进一步地，所述涂料还包括以下重量份数的原料组分：低熔点玻璃粉8～12份、绢云母5～8份、滑石粉5～7份。

进一步地，所述涂料还包括以下重量份数的原料组分：醋酸乙酯4～6份、环己酮2～4份、硫酸钡4～6份。

进一步地，所述涂料还包括以下重量份数的原料组分：气相二氧化硅0.5～1.0份、润湿剂0.5～1.0份、流平剂0.5～1份。

进一步地，所述润湿剂为低分子聚醚改性硅氧烷或脂肪酸衍生物；所述流平剂为改性聚丙烯酸酯或聚甲基硅氧烷。

本发明还提供了一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将甲基苯基有机硅、甲基有机硅、锌粉、铝粉、铁锰黑、铜铬黑混合、搅拌、研磨；

(2)将研磨后的涂料加入钛酸四丁酯和四甲基胍，并搅拌均匀。

与现有技术相比，本发明的高辐射率耐高温防腐蚀涂料及其制备方法的有益效果是：

(1)、本发明的高辐射率耐高温防腐蚀涂料可实现室温干燥，得到的涂层具有良好的柔韧性，与金属基体的结合力强；能够在600℃高温到常温范围保持涂层良好附着性，并能经受冷热温变；而且能够在高温高湿环境下，保持涂层对金属基材的高耐腐蚀性能。

(2)、本发明的高辐射率耐高温防腐蚀涂料，具有较高的辐射率，其法向辐射率达到0.88～0.92，从而实现利用热辐射提高热交换效率，减少热量损失，以达到提高热利用率以及节约能源的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合实施例的方式对本发明的技术方案做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。

但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用之术语：

“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量分数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)；

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，井且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

本发明提供了一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料，包括以下重量份数的原料组分：甲基苯基有机硅20～25份、甲基有机硅10～15份、钛酸四丁酯0.5～1.0份、四甲基胍0.5～1.0份、锌粉2～4份、铝粉4～6份、铁锰黑8～10份、铜铬黑2～4份。

本发明的原料组份中，选用甲基苯基有机硅、甲基有机硅、钛酸四丁酯及四甲基胍用于固化成膜；选用锌粉和铝粉用于提高成膜力学性能，同时金属粉可形成致密层，能有效阻隔腐蚀介质渗透；选用铁锰黑和铜铬黑用于提高涂料的辐射率。

需要说明的是，甲基苯基有机硅及甲基有机硅树脂体系主链为无机Si-O键，其键能为452KJ/mol，比普通的有机高聚物中C-C键的键能大；在有机硅高聚物中硅原子和氧原子形成d-pπ键增加了高聚物的稳定性及其键能，也增加了其热稳定性；另外在受热氧化时，有机硅高聚物表面生成了富含Si-O-Si链段的稳定保护层减轻了对高聚物内部的影响。因此有机硅树脂具有高的热分解温度，性能较为稳定。

需要说明的是，甲基苯基有机硅采用如下方法制备得到：先将二甲苯、丙酮、二甲基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷加入烧瓶中，搅拌混合均匀。将烧瓶放入冰水浴中保持0.5～1h，在8～10h内分批加入水和丙酮，继续在冰水浴反应条件下搅拌10～14h；然后逐步升温至50℃后继续反应12h,将反应物静止直至完全分层，取出上层反应物，用蒸馏水洗至pH＝7.0后置于蒸馏烧瓶中，加入催化剂甲基氢氧化铵，升温至100～105℃，反应12～18h。最后对反应物进行水洗至中性，在100℃下抽空进行溶剂脱除至无溶剂流出。

需要说明的是，甲基有机硅采用如下方法制备得到：将二甲苯、丙酮、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷加入烧瓶中，搅拌混合均匀。将烧瓶放入冰水浴中保持0.5～1h，在4～5h内分批加入水和丙酮，继续在冰水浴反应条件下搅拌12～16h；然后逐步升温至50～80℃后继续反应8～10h,将反应物静止直至完全分层，取出上层反应物，用蒸馏水洗至pH＝7.0后置于蒸馏烧瓶中，在100℃下抽空进行溶剂脱除至无溶剂流出。

优选地，所述甲基苯基有机硅的甲氧基含量为15％～18％，粘度值为120～130mPa.s。

优选地，所述甲基有机硅的甲氧基含量为30％～35％，粘度值为8～11mPa.s。

优选地，所述涂料还包括以下重量份数的原料组分：碳化硅2～4份、氧化铁黑5～8份、钛白粉5～8份。

优选地，所述涂料还包括以下重量份数的原料组分：炭黑0.5～1.0份、氧化铝3～5份、聚磷酸铝3～5份。

上述碳化硅、氧化铁黑、钛白粉、炭黑、氧化铝及聚磷酸铝等作为涂料的颜填料，能够有效提高成膜性能及提升涂料的耐高温及抗腐蚀性能。

优选地，所述涂料还包括以下重量份数的原料组分：低熔点玻璃粉8～12份、绢云母5～8份、绢云母5～7份。

需要理解的是，低熔点玻璃粉平均粒径在5～13微米，具有较低的熔化温度(390～500℃)，良好的耐热性和化学稳定性，高的机械强度，良好的绝缘性，可以匹配物料的膨胀系数，降低固化物的线膨胀系数和收缩率，从而消除固化物的内应力，防止开裂；低熔点玻璃粉不易与其他物质反应，与大部分酸、碱不起化学反应，其颗粒均匀覆盖在物件表面，具有较强的抗腐蚀能力。低熔点玻璃粉熔在高温时熔融二次成膜，进一步保证并增强了使用该涂料涂层的柔韧和附着强度。

需要理解的是，绢云母和滑石粉表面带有-OH，能与有机硅氧烷的官能集团发生反应，而以金属及其化合物为主的颜料则能对上述反应起催化作用，并且在主链中形成Si-O-M键(M为金属)，能够有效提升涂料的耐高温性能。

优选地，所述涂料还包括以下重量份数的原料组分：醋酸乙酯4～6份、环己酮2～4份、硫酸钡4～6份。

优选地，所述涂料还包括以下重量份数的原料组分：气相二氧化硅0.5～1.0份、润湿剂0.5～1.0份、流平剂0.5～1份。

需要理解的是，气相二氧化硅粒径很小，多孔，比表面积大，具有优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，可有效提升涂料的储存稳定性。流平剂能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂层。流平剂能有效降低涂饰液表面张力，可改善涂料的渗透性，能减少涂料被喷涂时产生斑点和斑痕的可能性，增加覆盖性，使成膜均匀、自然。

优选地，所述润湿剂为低分子聚醚改性硅氧烷或脂肪酸衍生物(如脂肪酸甘油酯、脂肪胺或脂肪醇等)。所述流平剂为改性聚丙烯酸酯或聚甲基硅氧烷。

本发明还提供了一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将甲基苯基有机硅、甲基有机硅、锌粉、铝粉、铁锰黑、铜铬黑混合、搅拌、研磨；

(2)将研磨后的涂料加入钛酸四丁酯和四甲基胍，并搅拌均匀。

为了便于理解本发明，下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

实施例1

一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其制备方法如下：

(1)将甲基苯基有机硅(甲氧基含量16.8％，粘度值124mPa.s)25份、甲基有机硅(甲氧基含量35％，粘度值11mPa.s)10份、醋酸乙酯4份、环己酮3份及硫酸钡6份，进行混合，搅拌至混合均匀。

(2)边搅拌边加入锌粉3份、铝粉6份、低熔点玻璃粉12份、钛白粉5份、碳化硅4份、铁锰黑8份、氧化铁黑8份、铜铬黑4份、氧化铝3份、气相二氧化硅0.5份、炭黑0.5份、绢云母8份、滑石粉5份、聚磷酸铝5份、润湿剂0.5份、流平剂0.5份，搅拌至分散均匀，然后泵入砂磨机进行研磨，检测研磨料细度达到小于5um，出料。

(3)将研磨后的涂料加入钛酸四丁酯0.8份，四甲基胍0.5份，搅拌均匀即可。

实施例2

一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其制备方法如下：

(1)将甲基苯基有机硅(甲氧基含量18％，粘度值130mPa.s)20份、甲基有机硅(甲氧基含量31％，粘度值8mPa.s)15份、醋酸乙酯6份、环己酮2份及硫酸钡4份，进行混合，搅拌至混合均匀。

(2)边搅拌边加入锌粉4份、铝粉6份、低熔点玻璃粉8份、钛白粉8份、碳化硅2份、铁锰黑10份、氧化铁黑5份、铜铬黑2份、氧化铝5份、气相二氧化硅1.0份、炭黑1.0份、绢云母5份、滑石粉7份、聚磷酸铝3份、润湿剂1.0份、流平剂1.0份，搅拌至分散均匀，然后泵入砂磨机进行研磨，检测研磨料细度达到小于5um，出料。

(3)将研磨后的涂料加入钛酸四丁酯1.0份，四甲基胍1.0份，搅拌均匀即可。

实施例3

一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其制备方法如下：

(1)将甲基苯基有机硅(甲氧基含量15％，粘度值120mPa.s)23份、甲基有机硅(甲氧基含量32％，粘度值10mPa.s)14份、醋酸乙酯5份、环己酮3份及硫酸钡5份，进行混合，搅拌至混合均匀。

(2)边搅拌边加入锌粉3份、铝粉5份、低熔点玻璃粉10份、钛白粉6份、碳化硅3份、铁锰黑7份、氧化铁黑6份、铜铬黑4份、氧化铝3份、气相二氧化硅0.5份、炭黑0.5份、绢云母6份、滑石粉6份、聚磷酸铝4份、润湿剂0.8份、流平剂0.8份，搅拌至分散均匀，然后泵入砂磨机进行研磨，检测研磨料细度达到小于5um，出料。

(3)将研磨后的涂料加入钛酸四丁酯0.8份，四甲基胍0.8份，搅拌均匀即可。

实施例4

一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其制备方法如下：

(1)将甲基苯基有机硅(甲氧基含量17.2％，粘度值128mPa.s)24份、甲基有机硅(甲氧基含量34％，粘度值9mPa.s)13份，醋酸乙酯4份、环己酮3份，进行混合，搅拌至混合均匀。

(2)边搅拌边加入锌粉3份、铝粉6份、低熔点超细玻璃粉12份、钛白粉7份、碳化硅4份、铁锰黑6份、氧化铁黑7份、铜铬黑3份、氧化铝4份、气相二氧化硅0.8份、炭黑0.8份、绢云母7份、滑石粉6份、聚磷酸铝4份、润湿剂0.6份、流平剂0.6份，搅拌至分散均匀，然后泵入砂磨机进行研磨，检测研磨料细度达到小于5um，出料。

(3)将研磨后的涂料加入钛酸四丁酯0.8份，四甲基胍0.5份，搅拌均匀即可。

实施例5

一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其制备方法如下：

(1)将甲基苯基有机硅(甲氧基含量16％，粘度值122mPa.s)22份、甲基有机硅(甲氧基含量33％，粘度值10mPa.s)12份，醋酸乙酯4份、环己酮3份，进行混合，搅拌至混合均匀。

(2)边搅拌边加入锌粉3份、铝粉6份、低熔点超细玻璃粉12份、钛白粉5份、碳化硅4份、铁锰黑8份、氧化铁黑8份、铜铬黑4份、氧化铝3份、气相二氧化硅0.5份、炭黑0.5份、绢云母8份、滑石粉5份、聚磷酸铝5份、润湿剂0.7份、流平剂0.7份，搅拌至分散均匀，然后泵入砂磨机进行研磨，检测研磨料细度达到小于5um，出料。

(3)将研磨后的涂料加入钛酸四丁酯0.5份，四甲基胍0.5份，搅拌均匀即可。

对比例1

本例中其原料不包含铝粉，其它同实施例5。

对比例2

本例中其原料不包含铁锰黑和铜铬黑，其它同实施例5。

将实施例1～5、对比例1和对比例2中制备好的涂料均采用喷涂方式制备涂层，使制得的涂层厚度为20～30um，喷涂基材为钢基材试片。

将上述喷涂处理的试片进行如下测试：

(1)将试片在室温放置48h后，测试其柔韧性和附着力；

(2)将试片放入马弗炉中升温至600℃，保温1h，取出冷却至室温20℃，循环10次后，测试其柔韧性和附着力；

(3)测试试片在500℃条件下的辐射率；

(4)将试片进行耐盐雾腐蚀性测试：测试时间1000h。

测试结果如下：

上述测试结果表明，对比例中所制备得到的涂料采用喷涂方式制备的涂层，其柔韧性、附着力、辐射率及耐盐雾腐蚀性，均差于本发明实施例制备得到的涂料采用同样喷涂方式制备的涂层。本发明的高辐射率耐高温防腐蚀涂料得到的涂层具有良好的柔韧性，与金属基体的结合力强；能够在600℃高温到常温范围保持涂层良好附着性，并能经受冷热温变；而且能够在高温高湿环境下，保持涂层对金属基材的高耐腐蚀性能。且本发明的高辐射率耐高温防腐蚀涂料，具有较高的辐射率，其法向辐射率达到0.88～0.92，从而实现利用热辐射提高热交换效率，减少热量损失，以达到提高热利用率以及节约能源的目的。

由于本发明中所涉及的各工艺参数的数值范围在上述实施例中不可能全部体现，但本领域的技术人员完全可以想象到只要落入上述该数值范围内的任何数值均可实施本发明，当然也包括若干项数值范围内具体值的任意组合。此处，出于篇幅的考虑，省略了给出某一项或多项数值范围内具体值的实施例，此不应当视为本发明的技术方案的公开不充分。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式选择等，落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其特征在于：包括以下重量份数的原料组分：甲基苯基有机硅20～25份、甲基有机硅10～15份、钛酸四丁酯0.5～1.0份、四甲基胍0.5～1.0份、锌粉2～4份、铝粉4～6份、铁锰黑8～10份、铜铬黑2～4份。

2.根据权利要求1所述的高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其特征在于：所述甲基苯基有机硅的甲氧基含量为15％～18％，粘度值为120～130mPa.s。

3.根据权利要求1所述的高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其特征在于：所述甲基有机硅的甲氧基含量为30％～35％，粘度值为8～11mPa.s。

4.根据权利要求1所述的高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其特征在于：还包括以下重量份数的原料组分：碳化硅2～4份、氧化铁黑5～8份和钛白粉5～8份。

5.根据权利要求1所述的高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其特征在于：还包括以下重量份数的原料组分：炭黑0.5～1.0份、氧化铝3～5份、聚磷酸铝3～5份。

6.根据权利要求1所述的高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其特征在于：还包括以下重量份数的原料组分：低熔点玻璃粉8～12份、绢云母5～8份、滑石粉5～7份。

7.根据权利要求1所述的高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其特征在于：还包括以下重量份数的原料组分：醋酸乙酯4～6份、环己酮2～4份、硫酸钡4～6份。

8.根据权利要求1所述的高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其特征在于：还包括以下重量份数的原料组分：气相二氧化硅0.5～1.0份、润湿剂0.5～1.0份、流平剂0.5～1份。

9.根据权利要求8所述的高辐射率耐高温防腐蚀涂料，其特征在于：所述润湿剂为低分子聚醚改性硅氧烷或脂肪酸衍生物；所述流平剂为改性聚丙烯酸酯或聚甲基硅氧烷。

10.一种如权利要求1所述的高辐射率耐高温防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将甲基苯基有机硅、甲基有机硅、锌粉、铝粉、铁锰黑、铜铬黑混合、搅拌、研磨；

(2)将研磨后的涂料加入钛酸四丁酯和四甲基胍，并搅拌均匀。