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1、有机硅耐高温涂料二次成膜机理的探讨2006年12月26日8:26来源：涂料涂装资讯网王海侨,李 营,苟国立,李效玉(北京化工大学纳米材料教育部重点实验室,材料科学与工程学院,100029)摘 要:制备了两种不同配方的有机硅耐高温涂料,通过反射红外和热失质量研究了其涂层在不同温度下的化学成分变化,用扫描电镜和显微镜研究了涂层在不同温度下的形貌特征,提出了有机硅耐高温涂料“二次成膜”物质是低熔点玻璃粉的机理。关键词:耐高温涂料;有机硅;二次成膜;低熔点玻璃粉0 引 言随着科学技术,尤其是国防科技等尖端技术的不断发展,人们对耐高温涂料的性能和施工宽容度
2、提出了越来越高的要求,不仅要求涂料在高温下具有优良的耐热性,而且要求涂料能在室温固化、室温以上连续成膜。因此,有机硅耐高温涂料应运而生[1]。有机硅耐高温涂料主要应用在炼钢高炉和军用飞行器上[2],近年来由于市场的拉动,发展较快。有机硅耐高温涂料一般是采用有机硅树脂及改性有机硅树脂作为基料[3],配以各种耐高温颜填料和低熔点玻璃粉。使用时需加入室温固化催化剂。有机硅耐高温涂料的耐高温机理有两种。有人认为[4],室温下,在交联剂和室温固化催化剂的作用下,有机硅树脂首先交联成膜。随着温度的不断升高,有机硅树脂中的有机基团如甲基、苯基将逐渐分解。在35
3、0℃以上,有机硅树脂就完全分解成无机硅氧交联结构,使有机硅耐高温涂料“二次成膜”;也有人认为[5],有机硅耐高温涂料在高温下会转化成釉,形成一层陶瓷层,即“二次成膜”。而本文制备的有机硅耐高温涂料在升温过程中,先形成一层松散的SiO2层,当到达玻璃粉熔点后,玻璃粉开始熔化成膜,替代有机硅树脂对颜填料起到粘附作用,使耐高温涂料“二次成膜”,对基材起到高温隔热防腐作用。本文的有机硅耐高温涂料体系中二次成膜物质是低熔点玻璃粉。笔者认为,对于有机硅耐高温涂料来说,不同的体系有不同的“二次成膜”机理。1 试验部分1.1 主要原料及规格基料:苯甲基硅树脂:固
4、含量为50%,蓝星公司,工业级;偶联剂:KH-550,工业级;交联剂:钛酸酯,工业级;溶剂:二甲苯,工业级;颜填料:三氧化二铬、云母粉、滑石粉、二氧化锰、硬脂酸铝、低熔点玻璃粉(43℃),均为工业级。1.2 实验方法与工艺1.2.1制漆将颜填料及适量溶剂加入树脂基料中,用球磨机研磨成符合细度要求的浆料,加入偶联剂、交联剂,分散,过滤,即得成品。1.2.2制板将上述浆料刷涂到经处理过的马口铁板或钢板上,晾干备用。1.2.3高温处理将上述刷涂有耐高温涂料的马口铁板或钢板置于箱式电炉中,采用程序升温的方法升温至一定温度,取出并冷却至室温后,进行性能测试
5、和分析。1.3 仪器和设备箱式电阻炉,S-2.5-12,天津市中环试验电炉有限公司;热失质量分析仪,TGS-2,PERKIN-EL2MER公司;Nexus670型傅里叶变换红外光谱仪;扫描电镜,250MK3,CAMBRIGEE公司2 结果与讨论2.1 涂料配方本文在大量实验的基础上,筛选出2个具有代表性的配方。表1给出了这两种典型的配方。2.2 涂层的反射红外分析 图1是采用配方2所制备的有机硅耐高温涂料在不同处理温度后的涂层的红外反射光谱图。其中765cm-1对应于CH3Si的特征吸收峰,694cm-1是C6H5Si的特征吸收峰,而1010c
6、m-1则是SiOSi基团的特征吸收峰。从图中可以明显的看到,随着处理温度的不断提高,765cm-1和694cm-1处的2个吸收峰不断减小,直到600℃基本消失。这一现象说明,在200℃以后有机硅树脂的甲基、苯基等有机基团开始缓慢分解。温度越高,分解速度越快。到600℃左右时,这些基团已基本分解完全。另外从图1还可以发现,1010cm-1处对应的SiOSi基团的吸收峰也同时随着处理温度的增加而不断减小,说明该涂层在高温下并没有形成无机硅氧交联结构,即不存在前述的无机硅氧交联的“二次成膜”机理,此时的涂层呈现松散的SiO2结构。表1涂料基本配方点击此
7、处查看全部新闻图片图1配方2耐高温有机硅涂料的涂层的反射红外光谱图点击此处查看全部新闻图片2.3 涂层的热失质量分析图2是采用配方2所制备的有机硅耐高温涂料的热失质量分析曲线。在200～300℃之间,质量损失非常缓慢,特别是在200℃之前,样品几乎未发生质量变化。从300℃以后,失质量速率逐渐加快。涂层热失质量区域主要发生在400～600℃之间,说明有机硅树脂上的甲基、苯基等有机基团的分解基本发生在这个温度区域。这个实验结果与反射红外观察到的实验现象是完全吻合的。图2配方2样品的热失质量分析曲线点击此处查看全部新闻图片2.4 涂层表面形貌分析
8、为了了解不同配方下涂层的耐热性能,文中使用了显微镜和扫描电镜对高温处理过的涂层的质量进行了跟踪观察。图3是采用配方1所制备的涂料在经50
