專利名稱：一種耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，涉及高溫涂料，尤其是一種耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料。
背景技術(shù)：
在我國工業(yè)生產(chǎn)中，存在一些高溫、高濕、高腐蝕生產(chǎn)設(shè)備，如冶金、石油、航空、化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)，他們的生產(chǎn)設(shè)備可能用到渦輪機(jī)葉片、燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、生物燃料的加熱系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)、過熱管、焚燒爐管道和墻壁、燒烤架、暖風(fēng)機(jī)、大功率燈飾外殼、暖氣管道、熱風(fēng)爐、汽車消音器、汔車剎車片、烘箱、高溫爐、摩托車排煙管、煙囪等多種耐高溫設(shè)備，這些設(shè)備長期在高溫高腐蝕環(huán)境下運(yùn)行，腐蝕是非常嚴(yán)重而迅速的，需要一些特殊的材料才能滿足這種工況要求，以前多采用液體普通涂料，刷上去一兩個(gè)月就脫落，甚至個(gè)別高溫環(huán)境使用馬上就被損毀了，根本起不到涂層的保護(hù)作用。

此外，我國露天煙 、風(fēng)電葉片及管樁、汔車、工程機(jī)械、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)殼體及排氣管道工作溫度非常高，一般涂層很難達(dá)到如此苛刻的環(huán)境要求，為此，開發(fā)出一些耐高溫、高耐磨性、高表面硬度的涂料品種，是迫切需要的。通過檢索，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明申請相同的公開專利文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有普通油漆、普通粉末涂料之技術(shù)不足，提供一種附著力強(qiáng)、耐溫性能高的二次燒結(jié)固化型粉末涂料。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:—種耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料，其原料構(gòu)成組分及其重量份數(shù)分別為:
Silres605 樹脂 400—500 B1530 固化劑 12—26 云母粉60—100
準(zhǔn)球形硅微粉 80—125低熔點(diǎn)玻璃微粉60—1205圭保偶聯(lián)劑3—5
聚醚改性硅氧烷8.5—10碳化硅粉M—60
鋁磷酸鍶M)--70

超細(xì)鋁粉25—40。
而且，所述silres605樹脂為含羥基功能性官能團(tuán)的甲基苯基聚硅氧烷樹脂。而且，所述B1530固化劑為聚異氰酸酯。而且，所述云母粉為國產(chǎn)片狀，徑厚比為5: I ;所述準(zhǔn)球形硅微粉，超細(xì)型。而且，所述硅烷偶聯(lián)劑為HK560系列。而且，所述聚醚改性硅氧烷是流平劑安息香的混合物，其重量比例為流平劑:安息香=9: 3。而且，所述超細(xì)鋁粉是鱗片狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:1、本發(fā)明所涉及的涂料能夠長期耐受300° C以上乃至650° C高溫環(huán)境，涂層不老化、不脫離、耐腐蝕，附著性能優(yōu)異，可持久保護(hù)被涂基材。2、本發(fā)明所涉及的涂料能夠形成耐長期高溫腐蝕環(huán)境的涂層，該涂料一次施工，適宜工廠化批量生產(chǎn)，而且二次繞結(jié)固化反應(yīng)是在使用過程中自動(dòng)進(jìn)行，不額外增加生產(chǎn)成本，是一種實(shí)用性節(jié)能性極好的涂料品種。


圖1為本發(fā)明一次固化后初級涂層中各組份狀態(tài)示意圖；圖2為本發(fā)明 二次燒結(jié)固化后涂層中各組份示意圖；圖3為本發(fā)明的底材未噴砂與噴砂對涂層附著力的影響對比照片。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。一種耐高溫二次繞結(jié)固化型粉末涂料，其原料構(gòu)成組分及其重量份數(shù)分別為:
SLires605 (wacker)400--WO
B153012—26
云母粉60—100
準(zhǔn)球形硅微粉80—125
低熔點(diǎn)玻璃微粉60 —120
硅烷偶聯(lián)劑3—5
聚醚改性硅氧烷8.5—10
高溫顏料(碳化硅粉)24--60
鋁磷酸鍶40--70
超細(xì)措粉ΔΟ一40 O制備方法是:1、將云母粉、準(zhǔn)球形硅微粉、低熔點(diǎn)玻璃微粉、硅烷偶聯(lián)劑、聚醚改性硅氧烷、高溫顏料(碳化硅粉)、鋁磷酸鍶、超細(xì)鋁粉，按重量配比稱量，并加到混料機(jī)中預(yù)處理，低速攪拌混合30分鐘，密封熟化48小時(shí)；2、將Silres605 (wacker、固化劑B1530按重量配比倒入混料機(jī)中，經(jīng)高速干混攪拌8—10分鐘，然后加到擠出機(jī)，在擠出溫度80-120°C進(jìn)行熔融、混煉、冷卻、壓片，再經(jīng)粉碎機(jī)粉碎(粒度20—26 μ m)、分級、過篩、包裝，成為粉末涂料產(chǎn)成品。下面分別敘述各個(gè)原料的構(gòu)成及功用:1、本發(fā)明采用德國瓦克公司silres605有機(jī)硅樹脂，在初次高溫(160° C-250° C*30分鐘)下，硅樹脂發(fā)生自身的交聯(lián)反應(yīng)，并同時(shí)與其他固化劑及助劑反應(yīng)，形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具備初級有機(jī)涂層的優(yōu)異耐溫性能，附著力強(qiáng)，防腐性優(yōu)異。當(dāng)使用過程中，環(huán)境溫度可能高于300° C以上時(shí)，涂層中部分有機(jī)成分開始分解并揮發(fā)出來，當(dāng)使用環(huán)境溫度繼續(xù)上升到450° C時(shí)以上時(shí)，本發(fā)明涂料則在此時(shí)發(fā)生奇妙的燒結(jié)化學(xué)反應(yīng)，形成新的高能化學(xué)一Si—O—鍵，生成一種類陶瓷結(jié)構(gòu)涂層。為了驗(yàn)證本發(fā)明涂料的耐溫性優(yōu)勢，申請人進(jìn)行了“熱失重測試”，結(jié)果不同配方的涂料在800°C以上質(zhì)量損失變化差異較大，只有本發(fā)明耐溫涂料很穩(wěn)定，失重最少，剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86.15%。普通涂料在450° C以下就已經(jīng)完全分解，涂層粉化并徹底破壞。2、本發(fā)明采用聚異氰酸酯固化劑，是因?yàn)閟ilres605自交聯(lián)，不用固化劑，但是自交聯(lián)有大量水氣產(chǎn)生，而聚異氰酸酯可以和水氣反應(yīng)，防止產(chǎn)生表面粗糙、針孔、失光等漆病，主要是用來維持初級固化性能，當(dāng)處于高溫使用環(huán)境時(shí)，這部分物質(zhì)會(huì)分解并揮發(fā)掉。3、本發(fā)明的所采用的填料有五種:分別是云母粉、準(zhǔn)球形硅微粉、低熔點(diǎn)玻璃微珠、超細(xì)鋁粉、鋁磷酸鍶粉，它們有兩大共同點(diǎn):要么是能提供硅氧鍵結(jié)構(gòu)，要么微粒本身是鱗片結(jié)構(gòu)，在形成致密涂層時(shí)，錯(cuò)落有致，有效阻礙氧氣、水汽、其他有害物質(zhì)腐蝕基材，從而保護(hù)被涂物不被腐蝕損壞。同時(shí)這些組份在高溫使用環(huán)境中，又是反應(yīng)物的主體成份，具備與硅樹脂繞結(jié)反應(yīng)的能力， 或者與基材在高溫下形成過渡性合金層的能力。因?yàn)楸景l(fā)明涂料最終耐溫性能不是由硅樹脂單獨(dú)決定，為減少二次固化時(shí)的揮發(fā)物質(zhì)，在設(shè)計(jì)初始固化成膜物中，有機(jī)成份較少(一般不超過50%)，這往往不利于設(shè)計(jì)出平整光滑的表面，所以為彌補(bǔ)這方面的缺憾，采用硅氧烷偶聯(lián)劑(常溫液態(tài))將這些固體填料微粒先潤濕，表面處理一下，以利于擠出與分散，提高與其他物質(zhì)的相溶性，做出較為滑爽細(xì)致的表面效果。采用的方法是:將它們與硅烷偶聯(lián)劑按適當(dāng)比例稱量并加到混料機(jī)中預(yù)處理，低速攪拌混合30分鐘，密封熟化48小時(shí)，然后再用效果十分理想。4、需要特別說明的一點(diǎn)，由于色彩艷麗的顏料無論是有機(jī)還是無機(jī)顏料，一般難以耐受長期高溫。而石墨和鋁粉等耐溫顏料又都是黑色并有銀灰相，故此耐溫涂層一般只做成銀灰色，因?yàn)槌?xì)鋁粉為片層結(jié)構(gòu)，在高溫環(huán)境下，增加了氧氣傳質(zhì)的路徑長度；并且，鋁粉對熱有輻射作用，它可以起到一定的隔熱作用。隨著鋁粉用量的增加，涂層的耐高溫性能提高。而且，隨溫度的上升，鋁粉可能向鋼鐵基材中擴(kuò)散形成合金層。合金層的形成大大提高了涂層與基材的結(jié)合能力，不僅熱、氧不易侵入，而且涂層的附著力提高較多，耐高溫性能實(shí)現(xiàn)了飛躍。此外，鋁作為陰極與鋼鐵形成電化學(xué)電池，提高了鋼鐵的耐腐蝕性能。5、將以上配方中所列各種物料，按比例稱量，按上述(3中)方法處理后，加入高速混料機(jī)中，干混攪拌8 —10分鐘，然后加到擠出機(jī)，在擠出溫度80-120°C進(jìn)行熔融、混煉、冷卻、壓片，再經(jīng)粉碎機(jī)粉碎(粒度20--26μ m)、分級、過篩、包裝，成為粉末涂料產(chǎn)成品。粒度控制在此顯得尤其重要，如此高固體含量的涂料，難以做到光滑細(xì)致。為改善表面狀態(tài)，超細(xì)粉碎是主要改善方法。我們通過“激光鐳射粒徑分析儀”，準(zhǔn)確測量及時(shí)監(jiān)控，將其控制在20—26 μ m，即使薄涂也能達(dá)到致密的效果。本發(fā)明所采用的各種原料均為市售產(chǎn)品。 本發(fā)明保證了涂層的耐高溫、高硬度、抗氧化、防腐性能良好，施工工藝采用高壓靜電噴涂。但有以下兩點(diǎn)需要特別說明:1、涂裝前對被涂物的表面噴砂除銹是非常必要的，使被涂物表面有適當(dāng)?shù)拇植诙葧?huì)更利于涂層的附著。一般不建議采用磷化處理的方式。被涂物噴砂與不噴砂處理，二者區(qū)別非常大，不噴砂附著力一段時(shí)間后會(huì)差很多，要施工中要引起重視，下面圖示5中有效果比較。2、以前在設(shè)計(jì)耐溫涂料配方時(shí)，有些加入抗氧劑。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涂層在烘烤過程中黃變；受阻酚類的主要功能是長期防止聚合物的氧化。亞磷酸酯和受阻酚，類抗氧劑復(fù)合使用方能達(dá)到最佳的防老化效果。但是當(dāng)將使用溫度提高到400° C以上時(shí)則發(fā)現(xiàn)，抗氧劑所起作用已不明顯，這可能是400° C以上時(shí)，抗氧劑自身已經(jīng)分解不存在了，在耐溫粉中起不到太大作用，故設(shè)計(jì)此類產(chǎn)品時(shí)沒有添加。本發(fā)明的形成機(jī)理是:1、本發(fā)明采用德國瓦克公司silres605有機(jī)娃樹脂----一種含輕基功能性官能
團(tuán)的甲基苯基聚硅氧烷樹脂，在初次高溫(160° C—250° C*30分鐘)下，硅樹脂發(fā)生自身的交聯(lián)反應(yīng)，并同時(shí)與其他固化劑及助劑反應(yīng)，形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見圖1)。自交聯(lián)反應(yīng)方程式: S1-0H+H0-Si ------ S1-O-Si +H2O S1-0R+H0-Si ------ S1-O-Si +ROH該涂層具備初級有機(jī)涂層的優(yōu)異耐溫性能，附著力強(qiáng)，不開裂，不剝離，防腐性優(yōu)異。當(dāng)使用過程中，環(huán)境溫度可能高于300° C以上時(shí)，涂層中部分有機(jī)成分開始分解并揮發(fā)出來；當(dāng)使用環(huán)境溫度繼續(xù)上升到450° C時(shí)以上時(shí)，普通涂料就不能承受，有機(jī)組份基本上全部裂解，涂層被破壞。而本發(fā)明涂料則在此時(shí)發(fā)生奇妙的燒結(jié)化學(xué)反應(yīng)，形成新的高能化學(xué)一 Si—O—鍵，一種新的無機(jī)涂層誕生，類燒陶瓷結(jié)構(gòu)(見圖2)。為了驗(yàn)證本發(fā)明涂料的耐溫性優(yōu)勢，我們進(jìn)行了“熱失重測試”，結(jié)果不同配方的涂料在800°C以上質(zhì)量損失變化差異較大，只有本發(fā)明耐溫涂料很穩(wěn)定，失重最少，剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86.15%。一般有機(jī)涂層在450° C以下能完全分解，涂層粉化并徹底破壞。2、本發(fā)明采用VestagonB1530----德國Degussa公司聚異氰酸酯固化劑，
silres605自交聯(lián)，不用固化劑，自交聯(lián)有大量水氣產(chǎn)生，可以和B1530反應(yīng)，B1530占配方量的5%左右即可，主要是用來維持初級固化性能，當(dāng)處于高溫使用環(huán)境時(shí)，這部分物質(zhì)會(huì)分解并揮發(fā)掉。3、本發(fā)明的所采用的填料有五種:分別是云母粉、準(zhǔn)球形硅微粉、低熔點(diǎn)玻璃微珠、超細(xì)鋁粉、鋁磷酸鍶粉。這些填料多為硅填料，一0CH3在500度以上時(shí)分解與硅填料共同作用轉(zhuǎn)化成SiO2鍵，并進(jìn)行二次固化，這個(gè)過程是在使用環(huán)境中進(jìn)行的?，F(xiàn)將各組份功能分別表述如下:云母粉:作為耐熱填料較好，選用徑厚比1:5的細(xì)鱗片狀結(jié)構(gòu)，在涂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?fù)繉訕渲系睦匣?，達(dá)到延長涂層壽命的保護(hù)作用。準(zhǔn)球形硅微粉:本身即是耐溫填料，又能在二次固化階段提供有益的硅氧鍵。低熔點(diǎn)玻璃粉:中空、薄壁、堅(jiān)硬、輕質(zhì)的球體，具有最小的表面積和體積比,且吸油量低，降低粘度，增加流動(dòng)性。在初級固化過程中，能提高涂層平滑度、光澤度、致密度。當(dāng)有機(jī)硅樹脂的受熱分解溫度在400°C 500°C，低熔點(diǎn)玻璃粉在這個(gè)溫度范圍內(nèi)熔解，替代有機(jī)硅樹脂在高溫下起到粘結(jié)劑的作用，從而將無機(jī)填料與有機(jī)硅樹脂分解后形成的SiO2粘結(jié)在一起，使得涂層致密。玻璃粉在高溫下與分解后的有機(jī)硅樹脂發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，被牢固的鍵結(jié)在被涂物上。我們對不同質(zhì)量數(shù)的低熔點(diǎn)硼玻璃粉加入涂料中進(jìn)行了研究，利用顯微鏡對不添加玻璃粉和添加玻璃粉的涂料在500°C情況下加熱Ih后的表觀形貌進(jìn)行了觀察，當(dāng)涂料中不含有玻璃粉的時(shí)候，涂層在500°C烘烤Ih后會(huì)開裂。超細(xì)鋁粉:為片層結(jié)構(gòu)，在高溫環(huán)境下，增加了氧氣傳質(zhì)的路徑長度；并且，鋁粉對熱有輻射作用，它可以起到一定的隔熱作用。隨著鋁粉用量的增加，涂層的耐高溫性能提高。而且，隨溫度的上升，鋁粉可能向鋼鐵基材中擴(kuò)散形成合金層。合金層的形成大大提高了涂層與基材的結(jié)合能力，不僅熱、氧不易侵入，而且涂層的附著力提高較多，耐高溫性能實(shí)現(xiàn)了飛 躍。此外，鋁作為陰極與鋼鐵形成電化學(xué)電池，提高了鋼鐵的耐腐蝕性倉泛。鋁磷酸鍶粉:作用主要是防銹、提高耐鹽霧性能。也可用環(huán)氧富鋅填料代替。同時(shí)具有一定的配色功能，也是一種耐溫顏料。4、本發(fā)明所選擇的顏料為:碳化硅微粉或石墨粉，二者耐溫性均在3600° C以上，不變色。碳化硅微粉:主要為黑碳化硅微粉和綠碳化硅微粉，硬度介于剛玉和金剛石之間，機(jī)械強(qiáng)度高于剛玉。1500目的碳化硅微粉是較好的耐溫顏料。石墨:是最佳的黑色顏料，不僅具有良好的抗高溫變色性，而且也不影響涂層的機(jī)械性能，其用量較大(可以占到樹脂總量的5%—20%)。在耐熱型粉末涂料中顏填料的總量對于涂層的耐熱性能有較為明顯的影響，一般填料越多涂層耐熱性能越好，但是涂層的機(jī)械性能變差，通過實(shí)驗(yàn)最終確定其最佳的用量范圍。需要指出的是:碳黑不適合作耐溫顏料，高溫下不穩(wěn)定，易氧化成二氧化碳，一般用石墨黑和鋁粉調(diào)灰度比較好。即使是杜邦的鈦白粉，300度以內(nèi)勉強(qiáng)可以，300度以上基本都會(huì)變色。淺色系耐高溫涂層是難以實(shí)現(xiàn)的。5、本發(fā)明所采用的偶聯(lián)劑為:硅烷偶聯(lián)劑，使用硅烷偶聯(lián)劑對顏料和填料進(jìn)行預(yù)處理，可以提高涂層的附著力、柔韌性及抗沖擊性等物理機(jī)械性能。在其他條件相同的情況下，用偶聯(lián)劑處理過的涂層附著力從3級變?yōu)镮級；柔韌性從Φ2.5mm開裂提升到Φ2πιπι通過。當(dāng)粉末涂料內(nèi)存在少量硅烷偶聯(lián)劑時(shí)，在粉末涂覆熔融后，硅烷會(huì)遷移到涂層和底材的界面，進(jìn)而與底材的表面形成氫鍵或縮合成-S1-M共價(jià)鍵(Μ為無機(jī)表面)，氫鍵和共價(jià)鍵遠(yuǎn)比界面的范德華力強(qiáng)，因此呈現(xiàn)出很強(qiáng)的對底材界面的初始附著力。另外，由于硅烷偶聯(lián)劑的存在，使顏料填料顆粒在粉末熔融流平過程中分布更加均勻、致密，這樣可以提高涂層的流平性和光澤。少量有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑也能在有機(jī)樹脂與有機(jī)硅樹脂之間起連接作用。6、本發(fā)明所采用的流平劑為:聚醚改性硅氧烷流平劑，使涂料與被涂物具有良好的潤濕性，且不至于引起與縮孔的物質(zhì)之間形成表面張力梯度。這類產(chǎn)品在世界影響力較大、品質(zhì)較好的，當(dāng)數(shù)美國TROY公司的EXF486系列了。實(shí)際應(yīng)用效果及試驗(yàn)情況:一、涂料熱失重實(shí)驗(yàn)二、耐熱性能:300° C — 800° C特殊烘箱；三、耐沖擊性:GB/T1732—1993四、光澤度:GB/T9754—2007
五、附著力:GB/T9286-1998(劃格法)滿足國內(nèi)防靜電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)涂覆要求，并進(jìn)行了批量生產(chǎn)實(shí)踐。本粉末涂料的各種試驗(yàn)性能參數(shù):
權(quán)利要求
1.一種耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料，其特征在于:其原料構(gòu)成組分及其重量份數(shù)分別為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料，其特征在于:所述silres605樹脂為含羥基功能性官能團(tuán)的甲基苯基聚硅氧烷樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料，其特征在于:所述B1530固化劑為聚異氰酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料，其特征在于:所述云母粉為國產(chǎn)片狀，徑厚比為5: I ;所述準(zhǔn)球形硅微粉，超細(xì)型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料，其特征在于:所述硅烷偶聯(lián)劑為HK560系列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料，其特征在于:所述聚醚改性硅氧烷是流平劑安息香的混合物，其重量比例為流平劑:安息香=9: 3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料，其特征在于:所述超細(xì)鋁粉是鱗片狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐高溫二次燒結(jié)固化型粉末涂料，其原料構(gòu)成組分及其重量份數(shù)分別為Silres605樹脂400—500；B1530固化劑12—26；云母粉60—100；準(zhǔn)球形硅微粉 80—125；低熔點(diǎn)玻璃微粉 60—120；硅烷偶聯(lián)劑3—5；聚醚改性硅氧烷8.5—10；碳化硅粉24—60；鋁磷酸鍶40—70；超細(xì)鋁粉25—40。本發(fā)明初次固化溫度為1600C--2500C*30分鐘,形成有機(jī)樹脂涂層，在使用的高溫環(huán)境中(3000C以上)，環(huán)境溫度使之發(fā)生二次燒結(jié)固化反應(yīng)，形成堅(jiān)固致密的無機(jī)燒結(jié)涂層(有機(jī)份裂解揮發(fā))，不僅具有普通涂料的性能，而且還具有耐熱性、耐腐蝕性、耐候性等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C09D7/12GK103073979SQ20121053606
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者王焱, 段光遠(yuǎn), 陳超 申請人:天津翔盛粉末涂料有限公司