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    新聞資訊

    新一代 常溫固化有機硅樹脂 用于耐高溫和防腐領域

    2021-05-05     瀏覽次數:1977    

    甲基/苯基有機硅樹脂是一種眾所周知的技術,具有優異的防腐性能, 持續耐溫可達650°C。目前,這些涂料需要在高溫下固化,這限制了其在大型構件上的應用,其范圍僅限于較小的金屬部件,如排氣管、煙囪和烤箱部件,以及小型工業爐灶。


    新一代甲氧基有機硅樹脂開發用于常溫固化成膜,在持續耐高溫條件下,保持一定的防腐性。高含量的烷氧基官能團與特定的不含錫和重金屬的催化劑相結合,在常溫下進行水解- 縮合反應,從而使體系交聯成膜。這種低揮發性有機化合物的新型樹脂代表了一種新的技術,使其能夠應用于大型工業構件上,如熱交換器、蒸餾塔或工業容器,大多數情況下無需因為其涂裝作業而停止生產。本文闡述了基于這種有機硅涂料體系的一些注意事項和應用方法,并給出了評估數據。


    表1. 常溫固化有機硅樹脂(AC 1000和AC 900)與高溫固化有機硅樹脂(P50/X和P80/X)的對比

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    介紹

    有機硅樹脂的一個共同特點是,由于其具有無機的特性,它們能夠為暴露在高溫下的基材提供耐熱性?;谒袡C改性的類型和數量,它們能抵抗高達650° C 的溫度。


    有機硅樹脂可以用甲基或苯基進行改性。由于其具有無機的特性和低有機改性,它們為暴露在250℃以上的金屬部件(如排氣管、煙囪或工業爐灶)提供持續的抗氧化作用。


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    目前,市面上有不同等級的甲基/苯基類型的有機硅樹脂可供選擇,通常需要在約250°C/30 分鐘條件下進行固化。這種固化要求限制了其在大型構件上的應用,如熱交換器、蒸餾塔或工業容器。


    由于上述的局限性,新一代甲基/介紹有機硅樹脂的一個共同特點是,由于其具有無機的特性,它們能夠為暴露在高溫下的基材提供耐熱性?;谒袡C改性的類型和數量,它們能抵抗高達650°C 的溫度。


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    常溫固化的甲基/ 苯基有機硅樹脂化學結構

    有機硅樹脂可以用甲基或苯基進行改性。由于其具有無機的特性和低有機改性,它們為暴露在250℃以上的金屬物之間,特別是在硅酸鹽和有機聚合物之間。硅氧烷鏈(Si-O-Si)也存在于硅酸鹽中,是其 “無機”特性的主要原因。有機特性是來自于直接與碳相連的硅碳鍵。


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    通常來說,甲基/ 苯基類型的有機硅樹脂在其骨架內含有高達95% 的硅氧烷。在典型的高溫固化有機硅樹脂中,具有低至不含烷氧基官能團,聚合物結構具有高分子量。少量烷氧基官能團在大約250℃保持30 分鐘進行交聯。新型的常溫固化有機硅樹脂與上一代有機硅樹脂不同,主要是由于其具有低聚物的特性。這意味著它們含有低分子量的硅氧烷結構和較高的烷氧基官能團。這一特性也使其具有高固體含量(高達100%)和低粘度(表1)。樹脂中的官能團為甲氧基、乙氧基或兩者的組合。


    為了通過縮合交聯達到樹脂的聚合,這些官能團首先需要進行水解反應,從而形成硅醇基團。然后,這些硅醇基團將以醇縮合的方式進行反應。當這步反應完成后,樹脂就具有了聚硅氧烷的特性,并釋放出醇類反應副產物。兩種有機硅樹脂類型的反應機理如圖1 和圖2 所示。


    甲基和/ 苯基等有機部分的影響主要體現在涂層的熱穩定性和硬度上,也體現在樹脂與顏填料的相容性上。圖3展示了甲基和苯基基團對樹脂機械性能的影響?;诔毓袒袡C硅樹脂的高耐熱防腐涂料配方的開發有機硅涂料的性能與配方密切相關。


    基于常溫固化有機硅樹脂的高耐熱防腐涂料配方的開發

    具有高耐熱性的無機顏料和填料,如氧化物、尖晶石類或反尖晶石類(表2)在配方中不可缺少。片狀金屬顏料和云母有助于提高熱穩定性,最高耐溫可達650°C。此外,顏料體積濃度PVC 對性能起著重要作用。涂料的配方應像底漆一樣具有相對較高的PVC。


    另外,使用片狀填料是非常重要的,例如云母。主要提供韌性和隔熱性能,特別是在受熱膨脹下,高低溫交替情況下。圖4的例子表明了在配方中未添加(或添加較少)此類填料時,涂層容易發脆開裂。


    在400℃以上的溫度下,樹脂的有機成分幾乎完全被燒掉。在650℃下,涂層可以燒結并形成無機復合材料,這些材料非常堅硬,具有化學惰性。


    用于耐高溫和防腐領域

    表1. 常溫固化有機硅樹脂(AC 1000和AC 900)與高溫固化有機硅樹脂(P50/X和P80/X)的對比苯基改性有機硅樹脂被開發可用于常溫條件下固化。它們含有相對較高的烷氧基官能團和低聚物特征。所得涂料隨后將通過水解- 縮合的方式進行固化。


    常溫固化的甲基/ 苯基有機硅樹脂化學結構有機硅是一種被稱為聚有機硅氧烷的化合物。該產品組的定義如下:他們是聚合物;具有直接與碳相連的硅碳鍵;至少有一個氧原子連接在硅原子上。


    如前所述,這些有機硅樹脂的反應活性使其能在常溫下進行催化交聯。建議催化劑優先選擇如鈦類化合物(圖5)。AC900 樹脂還需要加入一種強堿類催化劑TMG(四甲基胍),用以加快反應速度。建議鈦酸酯類與TMG 的混合比例優選為1:1。兩種催化劑的推薦用量均為0.5-2.0%,具體取決于配方。相對濕度越高,其反應越快。建議在施工前添加催化劑(即做成兩組份涂料)。


    性能特點

    當涂層充分固化后,有機硅涂料提供下列性能:

    ◆ 涂層性能

    優異的防腐性能;優異的早期耐化學品性能(如圖6);永久的抗氧化性和耐候性能。

    ◆?熱穩定性

    優異的持久耐高溫性能;在高溫下保持較高的硬度(低熱塑性);在高溫下保持優異的抗黃變性能。兩種AC 系列的有機硅樹脂都可以用來制備耐高溫涂料。然而,它們在技術方面是存在一定的差異。AC900 具有較好的顏料潤濕性,與其他樹脂的相容性也不錯。這種樹脂有助于制備具有一定柔韌性的涂料,這非常有助于通過冷熱循環測試。AC1000 對顏料的潤濕性一般,但顏料在熱應力下的穩定性較好,它不易泛黃。這種樹脂在第一次加熱時表現出極低的發煙現象。


    結論

    相比于傳統的高溫固化的有機硅樹脂來說,常溫固化的耐高溫有機硅樹脂是一種更好的選擇。它的高固含和低粘度能夠顯著降低涂料的VOC。此外,這種樹脂還有著低氣味和低發煙的特點。當配方充分交聯固化后,涂層具有優異的防腐蝕性能和早期耐化學品性能,以及長期的耐高溫性能。這些性能使其能夠應用于化工廠、發電廠和垃圾焚燒設備以及其他大型工業設施,并且無需因為涂裝作業而停止生產,從而降低成本。


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