禁:{7巷销1 l划 涂料技术与文摘 NOV.2Ol6 环氧有机硅耐高温涂料的性能研究及应用探讨 Properties and Application of Epoxy Modified Silicone HT Coatings 刘强,杜传芹,任卫东(上海海隆石油化工研究所;上海赛能新材料有限公司,上海2()()444) 摘 要:介绍了环氧有机硅耐高温涂料的特点。对所研制的环氧有机硅耐高温涂料进行了性能检 测及表征,对涂料的机械性能,耐温性、耐腐蚀性及耐化学品性等方面进行了系统的研究,探讨了 该涂料在管道,石化等领域保温层下防腐蚀方面的应用。 关键词:环氧有机硅;耐高温;cuI(保温层下的腐蚀) 中图分类号:TQ637.6 文献标识码:A 文章编号:1672~2418(2016)1卜0033一O4 O弓l言 传统的有机硅耐高温涂料 下具有良好的耐热性 能 各类高温环境・ 泛应用。南丁环境的多样性, 有机砘耐高温涂料在应JiJ-f1 u三娃现 一定的局限和不 足:部分有机硅耐高温涂料需要高温闻化,给大面积施 1 带米不便I I:常温同化的订机砘涂料大多与底材的结 合力一般或欠佳 、通常.为了防止涂层开裂,应用于高 温条件下的涂层体系膜厚被在几十微米以内, 一 环氧有机硅树脂、改性胺l^1化刹、硅烷偶联刹、磷酸 酯偶联剂、防腐颜料(磷酸锌、一 聚磷酸铝)、其他颜填料 (云母粉、耐温钴绿、滑 粉)等均为市售1 、l 级产品 1 1 2仪嚣役务 多功能分散机、砂 机、电子秤、喷、百格刀、冲 击试验器、柔韧性测定器、热五分析仪(TGA)、盐雾箱、 弗炉、高温高 釜等。 1。2涂料的配制 按表l配方称取环轼有机硅树脂、助剂和颜填料, 离速分散均匀后用砂磨机研磨至规定细度,渊整到适 腐蚀比较严重的环境下.这种薄涂层体系很难发 挥良好的防腐蚀保护效果 近年来.冈内外对彳丁机砰树脂进行r大量的研究 I, 通过各种技术来改进有机硅树脂的综合性能,其叶l环 氧改性便是其中重要・种..它结合了环氧树脂和有机 硅树脂的优点,使涂层【】r以常温 化,并具有良好的附 着力,机械性能及耐温性能. 本义以环氧有机硅耐高温 合的同含量及黏度,得刮A组分漆料。取・定量的A 组分漆料,根据A组分:B绀分=l5:l的眦比量加入B 组分 化_齐l1.搅拌均匀,僻刽环氧有机硅耐岛温涂料, 喷涂制板 涂料为例,通过热重分析(TGA)、高温高压釜实验、膜康 透氧透湿性测试、耐化学 性浸泡及耐盐雾性测试等 力‘法研究_r环氧有机砰涂料的机械性能、耐温性能和 1.3样板制备 机械性能测试,以 §【lJ铁为 材,采』{J空气喷涂制 板,膜厚参照相关测试要求;耐 高濉、耐盐雾、而寸浸泡等 耐腐蚀性能;针对保温层下的腐蚀问题,进行了保温层 下耐腐蚀性能测试,以及涂料的防腐蚀应用 性能测试采用尢气喷涂施 采f}j背通碳钢底材,底材 处理为冲砂处理至Sa2.5级,表 粗糙度为50~60 m, 半均涂层厚度约为250 LLn1;川.I K期性能测试的样板 1试验部分 1.1主要原材料与仪器设备 I.1.I }才计 斋放置在(23±21 oC实验室条件下养护7 fl,采用相应的 涂料封边后进行测试。川j 涂层透筑透 性测试采用 聚四氟乙烯塑料板底材 进行喷涂,样板需放置 涂科技术COA lINGS TEcHNOLOG Y ÷33 支Ij强,等:环氧有机硅耐高温涂料的性能研究及应用探讨 表1环氧有机硅耐高温涂料基础配方 原材料 A组分: % 环氧有机硅树脂溶剂 48 16 分散荆 消泡剂0.5 i 0.5 (1)l叮I』热 样板 (2)耐热350℃后样板 硅烷偶联荆 磷酸酯偶联剂O.5 0.5 图1耐热350℃1OO h实验样板 涂料开始失 质拭。当温度升高到355 oC时,涂层质量 分数降低J,2-4%, 此可以看flj,该耐高温高压重防 腐涂料的开始热分解温度为355℃,涂层的主要热分 解温度存428 o(=。由此说明,陔涂层 350℃的高温条 件下仍具有良好的稳定性,较高膜厚的耐温性优于常 规酚醛环氧涂料 、 防腐颜料 复合填料 6 22 其他颜填辩 合计 6 l00.0 B组分: 改性胺周化剂 100.0 TG (23土2)℃、(55+5)%RH的恒温恒湿箱内养护7 d,待漆 膜完全同化后.将涂层从聚四氟乙烯板l:剥离下来进 行测试。 ∞ 00j 餐妫碡 ∞ 要 ∞ ∞ 靳 柏 2结果与讨论 2.1涂层的基本性能 环氧有机硅耐高温涂料的性能指标见表2。涂层的 附着力为6.1 MPa,丧叫涂层 底材有较好的结合力 表2环氧有机硅耐高温涂料的性能指标 2 3涂层耐瀛变循环性 L 而——一 —— —■ 温度,℃ 图2环氧有机硅涂料热重分析曲线 考虑列涂层使J1{中会经受停修等原因带来的受热 温度变化.实验对涂层的耐温变循环性进行了测试.测 试按JG/T 25—1999规定进行,共5次循环:将样板在 最低使用温度.40 cc条件下放置1 h,然后迅速转移 至350 oC的马弗炉巾加热1 h,此为1个循环。观察置 了 室温的耐温变循环试验后的样板: 散射日光下日 2.2涂层的热稳定性 将涂层厚度为250 Ixm的样板放 350 oC的马 测可以看到,涂层尤缺陷,附着力5.2 MPa,与实验前 的6.1 MPa相差不大 结果表明,涂层具有优良的耐热 冲击能力 弗炉中持续加热100 h.涂层没有f“现起泡和开裂现 象,颜色略有变化,如r皋】1所示。 2 4涂艨的耐盐雾性能 制备涂层样板,底材为碳钢,冲砂处理至Sa2.5级, 表面粗糙度50~60 m,涂层平均厚度约为250 Ixm,一 为了验证其耐热性。采用热重分析仪对耐高温高 乐环氧有机硅耐高温涂料进行了热重分析实验I 1,升温 速率为l0.0 oC/min。南图2可见,温度升高后,低温区 质量变化很小,TG曲线在250 oc开始偏离基线温度, 组样板按GB/T l77l--2007直接进行盐雾测试:另一 组样板先经过耐温变循环测试,再进行盐雾试验。测试 技术COATINGS TECHNOLOGy 刘强 等:环氧有机硅耐高温涂料的性能研究及应用探讨 时I'N】为1 500 h 耐盐雾 样板:丧而形念『』Il 3所示. 考虑剑化I 环境巾的 杂多样 ,本研究按GB/T 9274 1988埘涂 进行了阱化学 &3及 4、 2组样板划线破坏 外均尢起泡、开裂、锈蚀等缺陷; 经耐温变循环 未经耐濉 循环的样板.而寸盐雾性能 始圳不火 能测试.结果见 2.6填料复醚对涂料防腐性的影响 涂料 ‘If1 JJl1人耐热 较好的磷酸锌干¨ 聚磷 酸销防腐土rf料,复 云母氰化铁、 母粉及泔 粉等片 状结构填料,实验确认,当颜料体干j!浓度(PVC)/临界 颜料体积浓嫂(CPVC)=0.5~0.6时,涂料性能最优 涂 (1)术经f埘 照循环样板 (2 J经耐濉变循环样板 有良好的致密性通过透钒和透湿检验得剑了验 图3环氧有机硅涂层耐盐雾1 500 h样板 Ilji, 试结果 l冬I 5、l冬I 6 从 5 fIl}冬1 6 以看….涂 的透铽性为55.8 mI /(n ・d),透湿性为1.47 nIg/(m ・d),具有孑l!好的致密 2-5涂屡耐化学品性 表3环氧有机硅耐高温涂料的耐化学品性 T∞蛐m 蝴R*-0#‰e 曲 ●, 孽£# 黔 / 一 舱 I埘 - Ⅲ 蘩 噬^ 孵 一’_目 图4环氧有机硅涂层耐化学品(25℃,30 d)浸泡后样板 TmR ha档e尊岫 静 ∞一 … 舯B & … 如 舯懈.∞捕 鼬l ∞酾 棚 ■ ∞O- 图6环氧有机硅耐高温涂料涂层膜康透湿性测试结果 aO* ●峨轴确一 氍l 干叶 、耐盐雾 I"t 手¨耐油品性等防 蚀性能的原 所 0 2 7偶联剂对涂层湿附蓿力的影晌 涂层的常规附着力测试 法邯足测定f:涂 的附 ‘ oQ 帕 t ∞'‘ ab ll 翻 } lO,oO 的 着力,从腐蚀防护的观点看,测定湿附着力的意义比前 更为重要 .Funke的研究表叫,有机涂层的起泡、脱 时黼舶 图5环氧有机硅耐高温涂料涂层膜康透氧性测试结果 落以及腐蚀均起 丁涂层湿附着力的破坏I I 为了捉 忭, j粜 儿萸的透氧性相l透 卡【1当..透钒干¨透湿性测 岛涂层与基材问的湿附着乃,奉研究 配方小 入了 环氧类硅烷偶联刹和磷酸 类偶联刹附着 促进剂 试结果斛样r小项【J 验涂料 有良好的咐化学品 涂料技术COA TTNGS TECHNOLOGY 35 刘强,等:环氧有机硅耐高温涂料的性能研究及应用探讨 利用硅烷偶联剂水解的硅醇基卜j金属表面的氢键作用 和磷酸酯偶联剂的磷羟基与金属基材的螯合作用,大 大提高了涂层与基材的附着力。 为了验证涂层的湿态附着力,对复配偶联剂涂层 进行了条件苛刻的耐高温高压试验检测。以去离子 水、分析纯试刹往事温下配 3.5%NaC1溶液,加入 图8保温层下腐蚀测试循环说明 NaOH溶液州节pH为12.5,用此溶液作为腐蚀介质。 将检测样板放入棼内,加人腐蚀介质后封闭釜体,将釜 内温度升至150℃.用过热水蒸气将釜内压力升高至 70 MPa,在此湍度和压力下维持48 h。目测观察经耐 高温高压后的涂层,涂层没有 现起泡、脱落和生锈现 象,见【皋1 7所永 ㈨样,对复配偶联齐lJ涂层样板进行耐 水煮试验,水煮1 000 h后观察,涂层没有 现起泡、 脱落和生锈现象 、 CUI试验装置 CUI试验后的样钎 图9 CUI测试情况 用.用于输线及化T装置保温层下的管道外壁防 腐蚀保护,主要应用温度范 为150~250℃.现场应用 效果良好。 4结语 通过热重分析(TGA1、耐高温高压试验、膜康透氧 图7复配偶联剂涂层耐焉温高压性能试验 透湿性测试、耐化学品性浸泡及耐盐雾性等性能测 试.研究了环氧有机硅涂料的机械性能.耐温性能和 3环氧有机硅耐高温涂料的应用 3.1保温层下的金 防腐蚀保护 鉴于环铽有机硅耐高温涂料较为优异的耐温性能 防腐蚀性能。结果 示,环氧有机硅耐高温涂料可以 常温同化.具有良好的附着力、机械性能、耐温性以及 防腐蚀性能,其在保温层下防腐蚀性能也较为优异, 为一40~350 oC温度区间碳钢表面的保温层下防腐保护 提供了新的解决方案。 及防腐蚀性能,测试了其在保温层下的腐蚀(cut)防},l 性能 采用改进的CUI测试装置 I热板及加热棒双JJIl 热系统),设 』JlJ热板及加热棒温度为350 qC,如l皋_1 8 衙环所示,定期 硅酸钙保温管巾添加1%NaC1水溶 液,测试周期为30个循环。测试完成后,取 钢管进行 参考文献 【1l 郭中宝,刘杰民.环氧改性有机硅树脂涂料耐温性研究 U1.化工新材料,2007,35(4):57—59. 【2】 冯圣玉,张洁.有机硅高分子及其应用IMI.北京:化学工 业出版社.2004. 检查.涂层表而l尤开裂、无起泡和脱落。如罔9右图所 水;结合之前的盐雾性能,耐水性能测试结果表明,本 研究制备的环氧改性有机硅涂料具有良好的耐保温层 下腐蚀性能 、 【31 付善菊,韩哲文.聚硅氧烷热稳定性研究进展U1高分子 通报,2001,1(1):4(卜46. 【4】 SEK1NE I.Recent evaluation of corrosion protective paint 3.2涂装应用 研究制备的环氧有机硅耐高温涂料产品先后 大庆防腐厂、长『犬油【壬j、上海罔博町特石道涂层有 限公I】和山东物华网博町特公『司等项目巾进行了应 iflms by electrochemical methods IJ 1.Progress in Organic Coating,1997,31(1 2):73—80. 【5】 潘肇基.有机涂层湿附着力的研究U】.材料保护,1994,27 (2):9-11. 涂科技术C3AT|NGS TECH 。L◇GY