一文讀懂耐高溫防腐涂料

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，施工工藝不斷改進(jìn)，很多熱端部件需要材料在高溫條件下服役。長(zhǎng)時(shí)間的高溫工作環(huán)境，會(huì)加劇金屬與空氣中的氧、磷、氮等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在其表面生成一層金屬氧化物并 逐漸脫落，造成金屬腐蝕，從而使材料喪失力學(xué)性能 直至破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)達(dá)國(guó)家每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占全年經(jīng)濟(jì)總量的3%～3.5%，在發(fā)展中國(guó)家這個(gè)比例更高。因此，研究金屬表面熱防護(hù)技術(shù)，對(duì)于防止金屬材料在高溫條件下的氧化腐蝕、延長(zhǎng)材料使用壽命、節(jié)約能源等具有重要意義，是當(dāng)前世界各國(guó)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

耐高溫防腐涂料的分類及特性

耐高溫涂料，又稱耐熱涂料，一般是指在 200 ℃以上的環(huán)境溫度下，漆膜表面無(wú)龜裂、起皮、脫落等 現(xiàn)象，仍能保持良好的物理力學(xué)性能，使被保護(hù)的基材正常工作的一類功能性涂料。根據(jù)成膜物質(zhì)的不同，耐高溫涂料通?？梢苑譃閮纱箢?，即有機(jī)耐高 溫涂料和無(wú)機(jī)耐高溫涂料，其具體分類形式見(jiàn)圖1。此外，還有一種分類方法將有機(jī)和無(wú)機(jī)聚合產(chǎn)物作為成膜物質(zhì)的涂料劃分為第三類耐高溫涂料，即有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合耐高溫涂料。

一、有機(jī)耐高溫防腐涂料

1.純有機(jī)硅樹(shù)脂耐高溫涂料

有機(jī)硅樹(shù)脂，簡(jiǎn)稱硅樹(shù)脂，是一類以—Si—O—Si—鍵為主

鏈、Si原子上連接有機(jī)基團(tuán)（甲基或苯基）·218·表面技術(shù)2017年3月的高度交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚有機(jī)硅氧烷。由于分子鏈中既含有有機(jī)基團(tuán)，又含有無(wú)機(jī)鍵，所以硅樹(shù)脂兼具有機(jī)物的耐候性、絕緣性、熱塑性和無(wú)機(jī)物的耐高溫性、耐磨性等。

2.改性有機(jī)硅樹(shù)脂耐高溫涂料

由于純有機(jī)硅樹(shù)脂價(jià)格昂貴，而且樹(shù)脂分子間的作用力弱，導(dǎo)致涂膜抗溶劑性能差，與基材附著力不好，因此常用其他樹(shù)脂進(jìn)行改性。目前常用的改性樹(shù)脂有丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂和醇酸樹(shù)脂。

二、無(wú)機(jī)耐高溫防腐涂料

1.硅酸乙酯耐高溫涂料

硅酸乙酯（TEOS），常溫下為淺黃色透明液體，水解后能生成致密的硅酸溶膠，是制作耐火粘合劑的 主要原料。以硅酸乙酯為基料，加入氧化鉻綠、石英 粉以及其他助劑等，可以制備耐 300 ℃高溫的涂料。以聚硅酸乙酯和硅中間體水解產(chǎn)物為基料，加入鋁粉制備的涂料可耐600 ℃的高溫。在改變顏填料及配方比時(shí)，如加入玻璃料和耐熱顏填料，耐溫限度可突破 800 ℃。

  2.硅酸鹽耐高溫涂料

水溶性硅酸鹽，也稱水玻璃，通式為R2O·nSiO2，R為 Li、Na、K 等各種堿金屬元素，以硅酸鹽水溶液為基料制備的耐熱涂料，品種豐富，耐溫限度高，應(yīng)用廣泛。

  3.磷酸鹽耐高溫涂料

磷酸鹽耐高溫涂料的成膜物質(zhì)是磷酸鹽的水溶 液（如磷酸鋅和磷酸鋁等），常加入固化劑（CrO3） 和耐熱顏料（金屬鋁粉）等組分。該類涂料硬度高，不燃，能耐受 400～800 ℃的高溫，常用于金屬表面的熱防護(hù)。

  4.硅溶膠耐高溫涂料

硅溶膠是納米級(jí)的SiO2顆粒在水溶液或溶劑中分散而成的膠體溶液，其分子式為SiO2·nH2O[41]。硅溶膠無(wú)機(jī)高分子涂料是近幾年新興的發(fā)展趨勢(shì)，利用純硅溶膠作為涂料基料，涂膜的附著力和柔韌性較差，往往不能滿足使用要求。

三、有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合耐高溫防腐涂料

有機(jī)和無(wú)機(jī)耐高溫涂料各自表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性和其他物理化學(xué)性能，但是也存在不同程度的缺 點(diǎn)，因此，新型的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合耐高溫涂料應(yīng)運(yùn)而生。關(guān)于復(fù)合涂料的成膜物質(zhì)，有兩種不同的理論。一種理論認(rèn)為，有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合耐高溫涂料是以有機(jī) 物（主要是各種樹(shù)脂和乳液）作成膜物，然后加入大量的無(wú)機(jī)粉體作顏填料，即無(wú)機(jī)組分；另一種理論認(rèn) 為，復(fù)合涂料的成膜體系是有機(jī)硅樹(shù)脂和無(wú)機(jī)黏合劑 的復(fù)合體，常用的高溫黏合劑有高嶺土、云母、滑石 粉等硅酸鹽填料。

應(yīng)用

其中有機(jī)系列的耐高溫防腐涂料多半以有機(jī)硅為載體，其.高溫度一般不能超過(guò)400攝氏度，超過(guò)此溫度就會(huì)發(fā)生碳化或者軟化，而無(wú)機(jī)系列的耐高溫粘合劑皆是能承受至少1000攝氏度的高溫，其中無(wú)機(jī)硅酸鋅耐高溫2300度，用途廣泛，薄涂層可以起到很好的防氧化防腐的效果，厚涂層不但可以起到很好的防氧化防腐的效果，還可以起到到隔熱保溫效果?？梢宰鳛樘沾?、玻璃、金屬等涂層材料，廣泛用于冶金窯爐、石英加熱管鍍白、燃煤電廠制粉系統(tǒng)抗沖腐蝕磨損涂層涂料、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞陶瓷涂層防積碳、鋼材標(biāo)識(shí)、鋼化玻璃LOGO標(biāo)識(shí)、耐高溫玻璃油墨、航空航天等諸多工業(yè)領(lǐng)域。常溫噴涂在玻璃、陶瓷、金屬等物體表面，低溫烘干或者常溫自干，與表面的附著力非常好，堅(jiān)硬耐磨耐劃傷，不開(kāi)裂，性能優(yōu)良。

研究現(xiàn)狀

我國(guó)耐熱涂料產(chǎn)品的研發(fā)始于1952 年，早期發(fā)展緩慢，應(yīng)用有限。從 20世紀(jì)80年代開(kāi)始，耐熱涂料在航天、汽車、化工等領(lǐng)域逐漸獲得廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)科學(xué)家關(guān)于耐高溫涂料的研究不斷取得新的進(jìn)展。涂料在 800 ℃高溫下具有良好的抗熱性和抗氧化性，還表現(xiàn)出較好的耐化學(xué)腐蝕性。無(wú)機(jī)涂料的研究主要體現(xiàn)在磷酸鹽和硅酸鹽方面，以水溶性聚磷酸鹽為成膜物，加入CuO作為固化劑，并添加多 種功能性填料制得了無(wú)鉻環(huán)保磷酸鹽基耐高溫防腐涂料，在900 ℃高溫條件下漆膜保持完好。以水溶性硅 酸作為成膜物質(zhì)成為研究的熱點(diǎn)，國(guó)產(chǎn) C-2 型粘接劑以白色水基糊狀硅鋁酸為基料，制備的涂層耐溫限度突破 1300 ℃，并且耐有機(jī)溶劑、油、水和氫氟酸以外的各種強(qiáng)酸的腐蝕。

發(fā)展趨勢(shì)

早期的耐熱涂料以無(wú)機(jī)類為主，主要是因?yàn)闊o(wú)機(jī) 耐熱產(chǎn)品原料豐富、價(jià)格便宜、綠色無(wú)污染，而且耐高溫性能好。但是在使用過(guò)程中也存在以下問(wèn)題：1）漆膜較脆，涂層的韌性差，在高溫下易開(kāi)裂；2）涂膜 完全固化前的耐水性不好；3）粘結(jié)性能差；4）對(duì)基材的處理要求較嚴(yán)格，在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。