利用檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化薄層保溫防腐涂料的配方

王香慧 劉福軍

【摘 要】利用檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化保溫隔熱防腐涂料的組分，確定了以環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂作為成膜物質(zhì)，以玻璃體二氧化硅材料、特殊陶瓷材料、磷酸鋅、纖維材料為填料，優(yōu)化保溫隔熱防腐涂料配方。

【關(guān)鍵詞】材料檢測(cè)；環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂；成膜物質(zhì)；填料；優(yōu)化

Detection technology to optimize the formulation of the anti-corrosion coating of thin-layer insulation

Wang Xiang-hui，Liu Fu-jun

（Handan City Huatian Building Materials Testing Limited Handan Hebei 056006）

【Abstract】Detection technology optimize the anticorrosive coating of insulation components， the epoxy-modified silicone resin as a film-forming substance， the vitreous silica material， the special ceramic material， a zinc phosphate， the fiber material as filler， and optimize the insulation spacer.hot corrosion coating formulations.

【Key words】Materials testing；Epoxy-modified silicone resin；Film-forming material； filler；Optimization

1.引言

（1）傳統(tǒng)的保溫隔熱涂料大多以提高孔隙率、提高熱阻、降低傳導(dǎo)傳熱系數(shù)為主。為達(dá)到相應(yīng)的要求，保溫層較厚，外觀較差，且干燥時(shí)間較長(zhǎng)，因而應(yīng)用范圍也相應(yīng)地受到了限制。其型材也因接縫較多，施工較為不方便，而且還存在著吸水率較高，需設(shè)有防水層或保護(hù)層，不抗振動(dòng)，使用壽命短等缺點(diǎn)。

（2）涂料隔熱的方式分為阻隔熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射三類，保溫效果良好的涂料一般是兩種或多種隔熱機(jī)理協(xié)同作用的結(jié)果。本研究主要從選擇基料及填料兩方面入手，進(jìn)行配方優(yōu)化，從保溫涂料化學(xué)結(jié)構(gòu)上對(duì)其進(jìn)行研究。經(jīng)檢測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)，本涂料的各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

（3）可以已大量應(yīng)用于反應(yīng)釜、貯油罐、地下管道等方面，也可采用刷涂、輥涂等方法施工，涂裝方法簡(jiǎn)單，可節(jié)省大量的人力，財(cái)力。

2. 成膜物質(zhì)的選擇

（1）涂料以環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂為成膜物質(zhì)，有機(jī)硅樹脂是耐熱涂料常用的一類基料，通過在有機(jī)硅聚合物的分子主鏈端基和側(cè)鏈上引入環(huán)氧基團(tuán)，將兩者的優(yōu)良性能合為一體，彌補(bǔ)了各自的缺陷，可室溫或低溫固化。因其具有良好的機(jī)械性能和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、防腐蝕性、電絕緣性、耐高低溫性、耐電暈、耐輻射、耐潮濕及耐化學(xué)介質(zhì)等性能而得到廣泛應(yīng)用，成為特種涂料中使用最多、應(yīng)用范圍最廣的特種樹脂品種之一。

環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂的制備：原料名稱及規(guī)格見表2。

（2）將1、2、3、4和5物料依次投入到帶有攪拌和回流裝置的潔凈、干燥的反應(yīng)瓶中，慢慢升溫；通CO2氣體并開冷卻水；升溫至160℃，開始保溫并不斷蒸出低沸物，計(jì)量收集低沸物，在保溫6h后取樣測(cè)定樹脂的膠化時(shí)間，250℃時(shí)膠化時(shí)間小于2min時(shí)，降溫至100℃以下，加入6、7，攪拌均勻，停止通CO2氣體；降至60℃以下，出料，計(jì)量產(chǎn)物總質(zhì)量和低沸物質(zhì)量。

3. 填料的選擇

（1）由于有機(jī)硅樹脂耐溫最高可達(dá)300℃，因而需要選擇合適的填料進(jìn)行匹配。選擇填料首先考慮其耐高溫性、保溫、輻射及反射能力。保溫材料一般選用中空型、熱阻大的材料，并且為使涂料在高溫下具有較好的防腐性能，涂料中需引入一些特殊的物質(zhì)，使得涂料在高溫狀態(tài)下形成一層致密層。為此，引入了陶瓷材料，陶瓷材料在高溫下陶瓷化，使得涂料與底材接觸處形成硅化層，達(dá)到防腐目的。陶瓷填料也具有良好的反射性與輻射性，折光系數(shù)、表面光潔度、熱反射率及輻射率。陶瓷層的耐熱沖擊性能還與涂層與基體間的界面結(jié)合強(qiáng)度有關(guān)。涂層與基體界面處有一過渡層。金屬基體和涂層在熱硬化時(shí)由于晶格振動(dòng)而發(fā)生了原子的相互擴(kuò)散，在涂層與基體之間形成了一個(gè)漸變界面。這種界面層是由金屬原子和非金屬原子形成的溶體構(gòu)成。涂層與基體間發(fā)生的原子相互擴(kuò)散所形成的過渡層有利于增強(qiáng)涂層與基體間的界面結(jié)合強(qiáng)度。金屬基陶瓷涂層材料中，陶瓷涂層與金屬基體之間除了原子和分子范圍內(nèi)的微觀作用外，還存在宏觀結(jié)合——機(jī)械聯(lián)鎖。由于在金屬基體表面存在一些微觀的凹凸，甚至還有微孔或裂縫。涂覆過程中，涂層材料進(jìn)入凹凸或微孔中，其效果如同往基體中釘入釘子一樣，增大了接觸面積，鎖扣效應(yīng)增強(qiáng)，使附著力增加。同時(shí)涂層嵌入基體的復(fù)雜形狀能借助負(fù)載傳遞，使涂層受到的應(yīng)力部分轉(zhuǎn)移到基體上，涂層的附著力得到提高。各項(xiàng)性能參數(shù)如表3所示。

（2）選用玻璃體的二氧化硅，材料的分子結(jié)構(gòu)及其化學(xué)成分對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響很大。材料的分子結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)熱系數(shù)也不同，玻璃體物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)小，晶體的導(dǎo)熱系數(shù)大。0℃時(shí)晶體二氧化硅的導(dǎo)熱系數(shù)是8197W/（m·K），而玻璃體的二氧化硅的導(dǎo)熱系數(shù)是1138W/（m·K）。因此通過加入類似于玻璃體式的二氧化硅材料，得到導(dǎo)熱系數(shù)較低的涂料。

對(duì)于各向異性材料（如木材等纖維材料），當(dāng)熱流與纖維延伸方向平行時(shí)，熱流受到的阻力??；而熱流垂直于纖維延伸方向時(shí)，受到的阻力最大。因而在涂料中，加入適量長(zhǎng)纖維制品，可以增大熱流受到的阻力。

（3）加入適量的磷酸鋅，磷酸鋅與環(huán)氧改性的有機(jī)硅中的羥基發(fā)生反應(yīng)，生成絡(luò)合物，而這種絡(luò)合物能與腐蝕產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，在底材表面上形成緊密附著的保護(hù)膜，從而保護(hù)金屬基底不被腐蝕，即增強(qiáng)涂層的耐水性和附著力。

根據(jù)以上的研究表明，并對(duì)所選擇的材料進(jìn)行配比調(diào)試，得到較為合適的配方，見表4。

在219管道外進(jìn)行測(cè)試，管道外部涂覆了1.5mm厚該涂料，隔熱測(cè)試結(jié)果如表5所示。

（4）涂層在低溫下可以單獨(dú)作為耐高溫隔熱防腐涂料使用。在超過500℃高溫下，涂層內(nèi)部形成蜂窩狀，底層是致密的保護(hù)層，從而達(dá)到優(yōu)異的隔熱效果。涂層內(nèi)部具有大量孔隙，可以降低材料的導(dǎo)熱系數(shù)。材料的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與孔隙率有關(guān)，而且還與孔隙的大小和特征有關(guān)。在孔隙率相同的條件下，孔隙尺寸越大，導(dǎo)熱系數(shù)越大；孔隙相互聯(lián)通比封閉而未連通的導(dǎo)熱系數(shù)要高。

4. 助劑的選擇

選擇助劑應(yīng)考慮樹脂或及填料的性能，使其具有相應(yīng)的防沉、改善流變性等作用。防沉劑選用杭州臨安的F118，流平劑采用安特羅菲特殊化學(xué)品有限公司的KP412。這兩種助劑很適合有機(jī)硅體系，二丁酯起增塑作用。

5. 涂層

涂膜厚度與其隔熱效果經(jīng)試驗(yàn)可知，涂層在1.5mm處具有較好的隔熱效果。如實(shí)際情況中需有更高保溫效果，應(yīng)與其他保溫涂料配合使用。

6. 結(jié)語

（1）該涂料選用環(huán)氧有機(jī)硅樹脂作為成膜物質(zhì)，使得涂料具有較好的耐熱性及柔韌性。

（2）選用金屬基陶瓷填料，使得基材與涂料間存在著宏觀結(jié)合——機(jī)械聯(lián)鎖，使得涂層附著力好。并且使得涂層與基材之間形成致密的過渡層，使得涂料防腐性能較好。

（3）選用導(dǎo)熱系數(shù)較低的玻璃體二氧化硅，增強(qiáng)涂層的隔熱性能。

（4）在不影響涂料的耐溫性前提下，加入適量的磷酸鋅，增強(qiáng)涂層附著力。

（5）涂層在1.5mm時(shí)具有較好的隔熱效果。