耐900－1200℃高温的有机硅－陶瓷涂料

摘要

本发明涉及一种耐900～1200℃高温的有机硅－陶瓷涂料，它是以有机硅树脂为基料，配以耐高温颜料、金属氧化物和硅酸盐类填料以及溶剂混合而成，且通过漆膜在高温条件下由有机型到无机型的转变从而实现对基体的高温保护。本发明将有机硅涂料与无机耐高温涂料两项技术结合起来，使它们扬长避短，相互补充性能，进而获得涂装方便、室温固化的耐900～1200℃高温的有机－无机型涂料。本发明具有涂装工艺简单、涂层性能优异、耐高温性能佳、优异的高温抗裂性以及可循环使用等特点。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种耐900～1200℃高温的有机硅—陶瓷涂料。为一种涂装方便、可常温固化的有机—无机型耐高温涂料。适用于高温下使用的钢铁等金属底材、部件、设备，如高温炉、高温蒸汽管道、发动机、排气管、热交换器、导弹发射架等。属于涂料配制领域。

背景技术：

正如化学工业出版社《专用涂料》第三章第一节与中国专利CN1295102A“有机硅耐高温涂料”中所述，随着航空、宇航事业的发展，耐高温涂料的重要作用已引起世界各国的关注。耐高温涂料种类繁多，以有机硅耐热涂料和无机耐高温涂料最为常用。有机硅耐热涂料具有较好的耐热性(其中纯有机硅清漆可耐200～300℃，有机硅为基料加入金属粉与适当填料配制的涂料可耐700℃以下温度)、耐水性、电绝缘性和良好的机械性能，但硬度低、耐燃性较差。无机型耐高温涂料耐热温度可达400～1200℃，甚至更高。无机型耐高温涂料耐燃性好，硬度高，但漆膜较脆，须经加热到较高温度或其它复杂的预处理才能固化，而且对底材的处理要求也更为严格，特别是其施工工艺对于大型设备的涂装极为不便。

发明内容：

本发明的目的是将有机硅涂料与无机耐高温涂料两项技术结合起来，使它们扬长避短，相互补充性能，进而获得涂装方便、室温固化的耐900～1200℃高温的有机—无机型涂料。

本发明的目的是这样实现的：一种耐900～1200℃高温的有机硅—陶瓷涂料，它是以有机硅树脂为基料，配以耐高温颜料、金属氧化物和硅酸盐类填料以及溶剂混合而成，且通过漆膜在高温条件下由有机型到无机型的转变从而实现对基体的高温保护。

本发明各原料的重量配比为：有机硅树脂15.0～30.0％，耐高温颜料5.0～15.0％，金属氧化物和硅酸盐类型填料20.0～75.0％，余量为溶剂，且各组分的重量之和为100％。

其中金属氧化物和硅酸盐类型填料的化学成分重量百分比为：SiO₂30～60％；TiO₂ 30～50％；B₂O₃ 5～15％；CaO 5～15％；ZnO 5～10％；Na₂O 1～8％，且各组份的重量之和为100％。

本发明以有机硅树脂为室温固化的成膜物质，升高温度后则利用聚有机硅氧烷热氧化时仅发生侧链有机基的断裂而硅氧主链几乎不被破坏的特点，添加金属氧化物和硅酸盐类型填料，使其与残留的无机性的硅氧链部分在高温条件下形成类陶瓷结构的无机涂层。

高温条件下有机性硅氧高聚物热分解后的产物与填料中的硅酸盐类、金属氧化物形成无机性金属硅氧网状结构的反应，有效地兼顾了常规工业用耐热有机硅涂料的涂装方便、可低温固化成膜的优势与无机陶瓷涂料可耐1000℃以上高温的优良性能。基于本发明设计的耐高温原理，即成膜物质随温度升高由有机型转变成无机型，该涂料属于有机—无机型耐高温涂料。

有机硅聚合物即聚有机硅氧烷，其结构式如图1所示。有机硅聚合物具有Si-O-Si的无机结构与有机基团，其中主链是由-Si-O-Si-链节组成，链中的Si具有无机性；侧链方向，Si又与有机基团相连，因此Si又表现出有机性。研究表明，聚有机硅氧烷在高温条件被氧化时，仅发生侧链有机基的断裂，而主链的硅氧烷很少被破坏。也就是说聚有机硅氧烷高温氧化分解后，余下-Si-O-Si-链，其中的Si均为无机性硅。这一结果为实现本发明的设计初衷，即漆膜在高温条件下由有机型转变成无机型，提供了可能。

本发明所用的填料为金属氧化物与硅酸盐型。这些填料的加入除对有机硅涂层起到补强的作用外，它们之间在研磨过程中及高温下也会产生一定的化学反应，进而锚固有机硅聚合物高温氧化分解后留下的无机性硅氧链，并形成新的无机型涂层，完成漆膜在高温条件下由有机型到无机型的转变。

硅酸盐填料，表面带有少量羟基，能与聚有机硅氧烷的官能基反应，参见图2。研究表明，金属氧化物的存在可以对上述反应起催化接触作用，并与主链-Si-O-Si-形成金属硅氧烷结构，见图4。

当有机硅树脂发生热分解时，虽然聚有机硅氧烷的侧链有机基被破坏(主链可能会发生部分断裂)，但在有机基断裂的部位以及硅氧链断键的地方却构成了新的反应活性中心，可以进一步与硅酸盐和金属氧化物反应，见图3与图4，形成类似于陶瓷结构的耐高温无机涂层。

本发明耐高温有机硅—陶瓷涂料的配制和使用方法如下：

将纯有机硅树脂、耐高温着色颜料、金属氧化物和硅酸盐类型填料与溶剂混合，高速研磨，即配成本发明所述的耐900～1200℃高温的有机硅—陶瓷涂料。涂装前，将基底表面喷砂处理至瑞典标准SIS 055900 Sa2.5级，或手工除锈至St3级，保持表面清洁干燥，无油污。可采用刷涂或空气喷涂方法直接将本发明的耐高温有机硅—陶瓷涂料涂装在工件表面，室温条件下干燥约30分钟，即可使用。

本发明有效地将常温下可固化成膜的有机硅耐热涂料与耐900～1200℃高温的无机陶瓷技术相结合，使二者在本发明的体系下充分发挥各自优势，形成一种涂装方便、无需高温成膜预处理、耐高温及耐温变性能优异、附着力佳的耐高温涂料。本发明可实现从室温至1200℃区间内任一温度的连续或间断温变。其附着力以钢制底材为例，700℃以上时底材已发生形变，但其上漆膜完好。

与现有的耐高温涂料相比，本发明涂料具有如下优点：

1、涂装工艺简单。将本发明涂料直接刷涂或喷涂在待涂的基底表面，室温下干燥即可，无需升温固化预处理，尤适用于传统耐热涂料不便涂装的大型器件。

2、涂层性能优异。本发明所形成的涂层硬度高、附着力强(钢质基底)，耐磨性能佳。

3、耐高温性能佳。按GB1735-79“漆膜耐热性测定法”规定，涂装了本发明耐高温涂料的薄钢板(50×120×0.45～0.55mm)，在900℃的马弗炉中使用10h后，涂层完好，无明显变化。冷却后，除去漆膜，漆膜下的钢制表面为亮白色，未被氧化。故本发明涂料形成的涂层在高温下可隔绝空气，为基体提供了良好的保护作用。

4、优异的高温抗裂性。在700℃以上的高温条件下，GB1735-79“漆膜耐热性测定法”规定的薄钢板(50×120×0.45～0.55mm)将发生形变(如弯曲)，但本发明涂料形成的涂层牢牢粘附在底材上面，不开裂。本发明形成的涂层无论是由室温直接进入900～1200℃的环境，抑或是在室温条件下放入马弗炉中然后升温至900～1200℃，涂层均完好，冷却后无开裂或起泡现象。

5、可循环使用。将本发明形成的涂层置于马弗炉中从室温升至1000℃或以内的任一温度降至室温，再升温至1000℃或以内的任一温度，反复几次，涂层完好，无开裂或起泡。

本发明还可使用硅烷类偶联剂降低有机硅树脂的固化温度，使其在室温下固化。偶联剂如γ-氨丙基三乙基硅烷，γ-环氧丙醚基丙基三甲氧基硅烷或γ-巯基丙基三甲氧基硅烷。偶联剂的使用量可根据实际需要调整，一般为树脂量的2％。

附图说明：

图1为本发明的聚有机硅氧烷结构示意图。

图2为本发明的硅酸盐与聚有机硅氧烷反应示意图。

图3为本发明的硅酸盐与聚有机硅氧烷的硅氧主链的反应示意图，其中M代表金属。

图4为本发明的金属氧化物与聚有机硅氧主链的反应示意图，其中M代表金属。

具体实施方式：

实施例一：将纯有机硅树脂300kg、耐高温着色颜料120kg、金属氧化物和硅酸盐类型填料350kg与溶剂二甲苯230kg混合，高速研磨，即配成本发明所述的耐900～1200℃高温的有机硅—陶瓷涂料。

实施例二：将纯有机硅树脂220kg、耐高温着色颜料100kg、金属氧化物和硅酸盐类型填料500kg与溶剂二甲苯150kg、防沉剂30kg混合，高速研磨，即配成本发明所述的耐900～1200℃高温的有机硅—陶瓷涂料。

实施例三：将纯有机硅树脂150kg、耐高温着色颜料150kg、金属氧化物和硅酸盐类型填料600kg与溶剂二甲苯100kg混合，高速研磨，即配成本发明所述的耐900～1200℃高温的有机硅—陶瓷涂料。

实施例四：将纯有机硅树脂150kg、耐高温着色颜料50kg、金属氧化物和硅酸盐类型填料700kg与溶剂二甲苯50kg、抗流挂剂50kg混合，高速研磨，即配成本发明所述的耐800～1200℃高温的有机硅—陶瓷涂料。

实施例五：将纯有机硅树脂300kg、耐高温着色颜料150kg、金属氧化物和硅酸盐类型填料200kg与溶剂二甲苯300kg、防沉剂30kg、抗流挂剂20kg混合，高速研磨，即配成本发明所述的耐900～1200℃高温的有机硅—陶瓷涂料。

实施例六：

根据本发明所述的耐高温涂料的化学成分配制耐高温有机硅—陶瓷涂料，涂装于GB1735-79“漆膜耐热性测定法”规定的薄钢板(50×120×0.45～0.55mm)，室温下置于马弗炉中分别升至500℃，600℃，700℃，800℃，900℃，1000℃。(由于0.45～0.55mm厚的钢板在700℃以上条件下会发生严重形变，建议700℃以上的试验采用同样材质的1mm厚或更厚的钢板)，并在相同条件下与未涂覆本发明涂料的钢板进行对比试验，结果如下：

结果表明，本发明耐高温有机硅-陶瓷涂料具有良好的高温抗裂性和稳定性，可以隔绝空气，为底材提供有效的保护作用。

实施例七：

根据本发明所述的化学成分配制耐高温有机硅—陶瓷涂料，涂装在1mm厚钢板上后，用氧炔焰分别切割具有本发明耐高温涂料涂层的钢板与未涂装任何涂料的钢板。切断涂装了本发明耐高温涂料的钢板耗时33.5秒；切断未涂装的钢板仅需9秒。该例进一步验证本发明耐高温有机硅-陶瓷涂料对底材有保护作用。