0 引言

    隨著工業(yè)科技的發(fā)展，對(duì)金屬的耐高溫防腐蝕要求越來越高，目前使用比較多的是含鋁磷酸鹽耐高溫涂料，但是該類涂料固化溫度最低為 350 ℃，這個(gè)條件限制了許多使用廠家及施工工藝，而且該涂料在后期加工過程中如果出現(xiàn)損壞，不能進(jìn)行再次噴涂固化，這就迫切需要一種室溫固化的涂料來解決問題；而室溫固化的涂料一般可以使用硅酸鹽類，該類涂料具有價(jià)格低廉、無毒、無污染、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但是其耐蝕性能比較差、其耐水性及與金屬涂料的熱匹配性都相對(duì)較差。

    本文討論的含鋁硅酸鹽涂料能夠長期穩(wěn)定貯存，可室溫固化。固化后涂層具有良好的耐高溫、防腐蝕、耐汽油、煤油、潤滑油、各種溶劑等性能。

    1 試驗(yàn)部分                                                            

    1.1原料

    試驗(yàn)用主要原料見表1。

    1.2試驗(yàn)過程

    1.2.1 鋁粉的包覆處理

    在三口反應(yīng)瓶中加入無水乙醇300.0 g，加入0.5g硅氧烷單體攪拌1 h，使體系完全均一，然后加入鋁粉500.0 g，給予體系一定的溫度，30 ~ 40 ℃最佳，勻速攪拌3 h（攪拌速率不宜過快），將反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到事先準(zhǔn)備好的容器內(nèi)，放入干燥箱內(nèi)常溫干燥，或在減壓裝置下干燥，干燥后得到硅氧烷單體包覆的鋁粉。

    1.2.2 硅酸鹽涂料制備

    在500 mL三口燒瓶中加入80.0 g硅酸鉀，補(bǔ)充一定量的去離子水，攪拌均勻，在攪拌條件下緩慢地加入6.0 g硅溶膠，最后滴加3%的硅烷偶聯(lián)劑，然后攪拌1 h，制備成改性硅酸鉀樹脂。然后加入之前處理好的鋁粉80.0 g及1%的分散助劑BYK-192，繼續(xù)攪拌2 h 后使用 120 目的紗網(wǎng)過濾，最終制成題述產(chǎn)品。

    1.2.3 涂層的制備

    施工環(huán)境溫度為10 ～ 30 ℃，相對(duì)濕度為≥35%，金屬底材嚴(yán)格除油除銹（推薦噴砂處理）。將涂料噴涂于金屬底材上，第1道噴涂厚度為25 ～ 30 μm，表干后噴涂第2道，厚度為25 ～ 30 μm，將試片放置在干燥潔凈的室溫環(huán)境中，24 h后涂層完全固化。

    1.3性能測(cè)試

    性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)見表2。

    2 結(jié)果與討論

    2.1鋁粉包覆處理對(duì)涂料性能的影響

    2.1.1鋁粉包覆預(yù)處理原理

    超細(xì)球型鋁粉均勻分散在體系中，硅氧烷單體中烷氧基容易與球型鋁粉結(jié)合，隨著處理時(shí)間的增長，球形鋁粉被硅氧烷單體包覆，降低了超細(xì)球形鋁粉的團(tuán)聚程度，提高了球形鋁粉在樹脂體系中的分散性，同時(shí)由于硅烷單體不溶于水，能夠起到屏蔽作用，包覆處理后的超細(xì)球型不容易與水發(fā)生反應(yīng)，提高了涂料貯存穩(wěn)定性以及涂層的耐腐蝕性能。

    采用掃描電鏡對(duì)比分析包覆處理和未包覆處理的球形鋁粉在涂料中的存在情況。我們將包覆處理過的鋁粉和未處理過的鋁粉制成硅酸鹽涂料，放置1周后，噴涂制板。在SEM下（SEM MAG：2.00 kx）觀察漆膜外觀（見圖1），通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)經(jīng)過預(yù)處理包覆的鋁粉制備的涂層，相比未經(jīng)過處理的鋁粉制備的涂層，呈現(xiàn)出更規(guī)則的形狀，更好的致密性，而未經(jīng)過包覆處理的鋁粉制備的涂層表面形狀均一性較差，涂層較為疏松。該涂料為堿性水溶液體系，未包覆處理的球型鋁粉在堿性環(huán)境中容易與水發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)之后很難保持原有的球型狀態(tài)，從電鏡圖中可以看出球型鋁粉的形狀發(fā)生了變化，而且發(fā)生了一定程度的團(tuán)聚。

    2.1.2 鋁粉包覆處理中單體的選擇

    我們選用了幾種不同的硅烷單體對(duì)鋁粉進(jìn)行了預(yù)處理。然后使用處理過的鋁粉與硅酸鹽樹脂混合攪拌均一，制備了含鋁硅酸鹽涂料。采用噴涂的方式分別對(duì)幾個(gè)樣品進(jìn)行了制樣，24 h室溫固化后，通過SEM觀察漆膜表面形貌。通過圖2可以明顯觀察到，預(yù)處理過的鋁粉明顯在顆粒規(guī)則和排布上要優(yōu)于未處理過的鋁粉，其次不同單體對(duì)鋁粉包覆后產(chǎn)生的作用不近相同，其中可以看出正辛基三乙氧基硅烷包覆的鋁粉所制成的硅酸鹽涂料，鋁粉顆粒較規(guī)則，大小差異較少，排布較緊密，沒有明顯的空隙，表面呈緊湊均一的膜。將不同硅烷單體包覆處理的鋁粉配漆后，噴涂制板進(jìn)行鹽霧測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3。通過SEM和鹽霧測(cè)試結(jié)果我們可以得出結(jié)論：在防腐蝕過程中，正辛基三乙氧基硅烷包覆處理的鋁粉所制成的硅酸鹽涂料，因其鋁粉顆粒較規(guī)則，排布較緊密，制備的涂層致密性較好，能更有效的保護(hù)基材不被侵蝕。

    表3 含不同包覆處理鋁粉涂料鹽霧測(cè)試

    2.2改性硅酸鉀樹脂制備過程的影響因素

    本產(chǎn)品為一種單組分室溫固化涂料，單獨(dú)使用硅酸鉀溶液作為涂料的基料樹脂時(shí)，存在風(fēng)化、耐水性差和膜開裂等缺點(diǎn)，并且在后期施工過程中也存在容易干噴的潛在風(fēng)險(xiǎn)，所以我們通過適量添加硅溶膠與硅烷偶聯(lián)劑對(duì)其進(jìn)行改性，提高了體系的耐水性、柔韌性、貯存穩(wěn)定性及可施工性。

    2.2.1硅溶膠加量的影響

    我們加入硅溶膠與硅酸鉀混合物，在這個(gè)過程中二氧化硅粒子發(fā)生溶解，硅酸鉀中的硅單體不斷地沉積到硅溶膠的納米粒子上，形成一種新的粒徑分布。所以，硅溶膠的加量就需要我們找到一個(gè)比較合適的比例，才能使樹脂具備良好的貯存穩(wěn)定性及涂層有優(yōu)異的性能。根據(jù)表4我們對(duì)不同硅溶膠添加量對(duì)涂料的影響，可以得到結(jié)論：硅溶膠的添加量較少會(huì)影響漆膜的成膜性，可能是由于混合物的粒徑較大，樹脂的穩(wěn)定性很差；而硅溶膠的添加量較多時(shí)，漆膜容易發(fā)生開裂現(xiàn)象，原因可能就是在干燥過程中，由于混合物的粒徑較小，容易發(fā)生毛細(xì)管作用，導(dǎo)致的漆膜開裂。

    表4 不同硅溶膠添加量對(duì)涂料的影響

    2.2.2硅烷偶聯(lián)劑的選取與加量

    采用不同的有機(jī)硅氧烷，添加量為硅酸鉀溶液和硅溶膠質(zhì)量（固含量）總和的3%，在室溫下充分水解對(duì)樹脂體系進(jìn)行改性，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

    表5 不同硅烷偶聯(lián)劑對(duì)樹脂體系的影響

    在后期試驗(yàn)中，我們對(duì)KH-560的用量也進(jìn)行了考察：首先在不加入KH-560的情況下噴涂后的漆膜有明顯的縮邊現(xiàn)象，可能是因?yàn)橥苛系谋砻鎻埩^大引起的，而隨著KH-560添加量的增加，改善了涂料不能和底材潤濕的現(xiàn)象，同時(shí)貯存穩(wěn)定性也有提高；但是當(dāng)KH-560添加量為4%時(shí)，涂層表干時(shí)間已經(jīng)明顯延長，涂層的機(jī)械性能有所下降，所以我們選擇3%為最佳添加量。

    2.3硅酸鉀樹脂與鋁粉配比關(guān)系

    為了研究硅酸鉀及鋁粉的最優(yōu)配方比例，選用質(zhì)量比例為A 組分（ 改性硅酸鉀溶液）∶B組分（正辛基三乙氧基硅烷包覆后的鋁粉） =1.0∶0.6、1.0∶0.8、1.0∶1.0 來進(jìn)行試驗(yàn)。將配好的涂料分散攪拌至體系均一后出料，試驗(yàn)結(jié)果見表6，從表中可以看出： 硅酸鉀∶鋁粉 = 1.0∶0.8時(shí)，制備的漆膜綜合性能最優(yōu)。

    表6 不同配比涂料的性能

    3  結(jié)語

    采用硅溶膠和硅烷偶聯(lián)劑改性硅酸鉀制備得到樹脂，貯存穩(wěn)定，與包覆處理后的鋁粉配制成性能優(yōu)異的室溫固化硅酸鹽防腐涂料。

    1）通過采用正辛基三乙氧基硅烷單體包覆處理的鋁粉，配制成漆后防腐性能最佳。

    2）通過加入硅溶膠改性硅酸鉀溶液，硅溶膠（固含量28%）與硅酸鉀的質(zhì)量比為1.5∶20.0時(shí)，所得硅酸鉀溶液性能最佳，貯存穩(wěn)定。

    3）KH-560是改性硅酸鉀溶液合適的有機(jī)硅偶聯(lián)劑，合理的添加量為總量的3%。

    4）A組分（改性硅酸鉀溶液）與B組分（正辛基三乙氧基硅烷包覆后的鋁粉）制備硅酸鹽涂料時(shí)，A∶B=1.0∶0.8時(shí)漆膜致密且防腐性能優(yōu)異，可作為長效防腐涂料使用。

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責(zé)任編輯：王元

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