有機(jī)矽樹(shù)脂在耐熱型粉末塗料中的應(yīng)用

有機(jī)矽樹(shù)脂在耐熱型粉末塗料中的應(yīng)用
 隨著塗料工業(yè)的發(fā)展，粉末塗料在金屬底材的塗裝方麵已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，近年來(lái)，**型、高耐磨型、耐熱型等功能性產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用成為粉末塗料的發(fā)展方向。耐熱性粉末塗料是指能長(zhǎng)期經(jīng)受200℃以上溫度，塗膜良好，並能使被保護(hù)對(duì)象在高溫環(huán)境中正常發(fā)揮作用的粉末塗料。從聚合物熱穩(wěn)定性機(jī)理來(lái)講，聚合物的耐熱性主要取決於其分子結(jié)構(gòu)。通過(guò)在主鏈上引入較大或較多的極性側(cè)基，增加分子間相互作用力等方法，可提高聚合物的熱穩(wěn)定性。提高粉末塗料耐熱性能的另一途徑是在聚合物中加入耐熱的顏料和填料。常用的顏填料有鋁粉、雲(yún)母粉、不鏽鋼粉、鎘粉、二氧化矽等。

1 試驗(yàn)部分

1．1塗膜的製備

按照配方製備粉末塗料，混合粉碎，雙螺桿擠出機(jī)擠出，壓片、粉碎、過(guò)篩(180目)，靜電噴塗到經(jīng)噴砂處理的鋼板底材上，200℃/20min固化。

1．2 性能測(cè)試

耐熱性能：300 ℃烘箱：耐衝擊性：GB1732-79：光澤度:GB1743-79。2結(jié)果與討論2．1樹(shù)脂的耐熱性樹(shù)脂作為塗料的主要成膜物質(zhì)是決定塗層耐熱性的*基本因素，通常的樹(shù)脂產(chǎn)品耐熱指標(biāo)見(jiàn)表1。粉末塗料一般在180~200℃，20min的條件下固化成膜，屬於熱固性塗料，其塗層形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以較熱塑性塗料的耐熱性能有一定的提高。通過(guò)對(duì)環(huán)氧型、環(huán)氧聚酯混合型、聚酯／TGIC型等粉末塗料的耐熱試驗(yàn)表明，這些塗層基本都能夠在低於150℃的條件下長(zhǎng)期使用，但是在高於250℃的環(huán)境中，塗層則表現(xiàn)出失光、附著力下降、塗層脆化、柔韌性降低、粉化等破壞現(xiàn)象，使得塗層失去對(duì)底材的保護(hù)作用。

200℃下粉末塗料耐熱性能試驗(yàn)結(jié)果表明，現(xiàn)有的通用型產(chǎn)品在以下幾個(gè)方麵存在缺陷：①塗層表麵嚴(yán)重失光：②塗層機(jī)械性能明顯變差：③塗層的柔韌性明顯下降：④塗層的連續(xù)使用時(shí)間基本上都小於30h。目前應(yīng)用*為廣泛的耐熱樹(shù)脂主要有有機(jī)矽樹(shù)脂和氟樹(shù)脂。有機(jī)矽樹(shù)脂以矽氧鍵(-Si-O-)為主鏈，由於其鍵能高，因而具有高的氧化穩(wěn)定性，並且有機(jī)矽樹(shù)脂能夠在塗層表麵生成穩(wěn)定鏈-Si-O-Si-的保護(hù)層，減輕了對(duì)聚合物內(nèi)部的影響，有機(jī)矽樹(shù)脂在耐熱塗料中具有廣泛的應(yīng)用．但是單獨(dú)使用有機(jī)矽樹(shù)脂由於其分子間作用力小附著力差而且價(jià)格過(guò)高。依據(jù)初步試驗(yàn)結(jié)果采用添加適量的有機(jī)矽樹(shù)脂的方法改性環(huán)氧樹(shù)脂，達(dá)到既保證一定的耐熱性能又滿足市場(chǎng)需求的目的。選用的2種有機(jī)矽樹(shù)脂均為含羥基官能團(tuán)的樹(shù)脂，Si／Epoxy采用0．1、0．32個(gè)比例進(jìn)仃試驗(yàn)。

有機(jī)‘矽改性環(huán)氧‘剛9耐熱性能比較實(shí)驗(yàn)(300℃)備注：配方1為空白試驗(yàn)；配方2、3分彆添加0. 1，0.3的有機(jī)矽樹(shù)脂；配方4、5分彆添加0. 1，0.3的有機(jī)矽樹(shù)脂2通過(guò)對(duì)有機(jī)矽樹(shù)脂在不同體係中的應(yīng)用可以看出，有機(jī)矽樹(shù)脂的加入明顯地提高了塗層的耐熱性能。通過(guò)連續(xù)烘烤破壞試驗(yàn)證明，塗層的耐熱時(shí)間由原來(lái)的10h以上延長(zhǎng)到了100h以上，另一方麵，塗層的柔韌性也得到明顯改善，在連續(xù)9h的使用過(guò)程中能保持相當(dāng)?shù)娜犴g性。2種不同的有機(jī)矽樹(shù)脂用量不同其性能也不同。當(dāng)有機(jī)矽樹(shù)脂占總量的0．1時(shí)，塗層的柔韌性能有顯著改善，但是其耐熱時(shí)間仍然較低，約為50h。但當(dāng)其比例增加到0．3時(shí)，塗層的使用壽命可以超過(guò)100h。這說(shuō)明有機(jī)矽含量的增加使得其與環(huán)氧樹(shù)脂接枝比例增加，使得塗層在高溫環(huán)境中能夠保持良好的性能。有機(jī)矽樹(shù)脂1和2性能差彆不大，有機(jī)矽樹(shù)脂1在改善塗層的柔韌性方麵較樹(shù)脂2有優(yōu)勢(shì)，但其對(duì)於塗層高溫烘烤後的表麵硬度有負(fù)麵影響：而樹(shù)脂2則在塗層表麵硬度方麵優(yōu)於樹(shù)脂1。

3 選擇耐熱顏填料的試驗(yàn)

3．1 耐熱體質(zhì)填料

耐熱填料的選用也將直接影響到塗層的使用壽命，選用市場(chǎng)上較為常用的體質(zhì)填料，進(jìn)行一係列的實(shí)驗(yàn)。在所有試用過(guò)的填料中，烘烤前塗層的耐衝擊性由好到差依次為：矽灰石、雲(yún)母粉、高嶺土，矽線石，石英。烘烤後則為：雲(yún)母粉*好，其餘相差無(wú)幾。可以看出，雲(yún)母粉作為耐熱填料較好，選用徑厚比>80的細(xì)鱗片狀結(jié)構(gòu)，在塗層中能夠形成良好的層間結(jié)構(gòu)，從而有效的阻止氧的滲入，減緩塗層樹(shù)脂基料的老化，達(dá)到延長(zhǎng)塗層壽命的保護(hù)作用。其他的填料如硫酸鋇、高嶺土等由於是球狀外形，所以在高溫環(huán)境中氧氣容易滲透，使得塗層內(nèi)部樹(shù)脂受到氧化破壞，從而降低塗層的附著力。

3．2耐熱顏料

普通的有機(jī)顏料在高於200℃的使用環(huán)境中，會(huì)發(fā)生變色甚至分解，因此在耐熱型粉末塗料中隻能選用無(wú)機(jī)顏料，如氧化鐵、石墨、炭黑等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，綜合抗變色性、塗層機(jī)械性能等各種因素，氧化鐵類以及石墨是*佳的黑色顏料，不僅具有良好的抗高溫變色性，而且也不影響塗層的機(jī)械性能，其用量較大(可以占到樹(shù)脂總量的5％~20%)。在耐熱型粉末塗料中顏填料的總量對(duì)於塗層的耐熱性能有較為明顯的影響，一般填料越多塗層耐熱 性能越好，但是塗層的機(jī)械性能變差，通過(guò)實(shí)驗(yàn)*終確定其*佳的用量範(fàn)圍為60％～100％之間(與樹(shù)脂 總量的比)。耐熱體質(zhì)填料的試驗(yàn)結(jié)果(300℃)注:鎮(zhèn)料耐溫試驗(yàn)配方采用的是高光澤環(huán)氧聚酯混合體係

3．3抗氧劑

由於塗層在高溫環(huán)境中使用有機(jī)高分子全產(chǎn)生降解，尤其是在氧氣存在會(huì)加速塗層的老化過(guò)程因此要添加一定量的抗氧劑來(lái)減緩塗層的老化過(guò)程。粉末塗料使用的抗氧劑主要以亞磷酸酯和受阻酚類為主。亞磷酸酯類的主要功能是防止塗層在烘烤過(guò)程中黃變：受阻酚類的主要功能是長(zhǎng)期防止聚合物的氧化。亞磷酸酯和受阻酚2類抗氧劑複合使用方能達(dá)到*佳的防老化效果。複合型抗氧劑對(duì)塗層耐熱性能的影響注：k1屬於亞磷酸酯類抗氧劑；k2屬於受阻酚類抗氧劑；抗氧劑用量占總量的0.5％看出，抗氧劑單獨(dú)使用時(shí)對(duì)於塗層的抗黃變性能冇有明顯的作用，但是當(dāng)兩者混合使用，且比例為4／1時(shí)，塗層表現(xiàn)出了明顯的抗黃變性能。但是當(dāng)將使用溫度提高到300℃則發(fā)現(xiàn)，抗氧劑所起作用已不明顯，這可能是由於抗氧劑受熱揮發(fā)使得其含量下降，塗層中樹(shù)脂的分解速度過(guò)快，使得抗氧劑無(wú)法及時(shí)的消除樹(shù)脂因受熱產(chǎn)生的自由基。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)在環(huán)氧樹(shù)脂中添加樹(shù)脂總量10％～30％的有機(jī)矽樹(shù)脂，並選用耐熱填料——雲(yún)母粉以及適量的複合型抗氧劑，使得粉末塗料的耐熱性能顯著提高(使用壽命由原先的300℃1h，提高到70h以上)，能夠滿足在350℃以下的環(huán)境中長(zhǎng)期使用，且塗層具有良好的附著力和耐衝擊性，一定的柔韌性，同時(shí)將塗層的變色性降到*小。