耐高温耐腐蚀改性有机硅涂层性能对比研究

【摘要】有机硅树脂广泛应用在耐高温耐腐蚀涂层体系中。然而有机硅树脂的成本较高,有机硅共聚物例如丙烯酸改性有机硅,聚氨酯改性有机硅和环氧有机硅常用于有机硅树脂的替代品。环氧有机硅和聚氨酯有机硅具有热稳定性好、耐候性强,优良耐腐蚀性能。在这些成膜物中引入耐腐蚀和耐高温颜填料会使涂层性能更加优异。通常基料、颜填料以及使用方法对于涂层性能起重要作用。然而涂层性能与各组分含量和热处理的关系难以直观确定。因此,为了使该种涂层能适应应用环境,有必要研究其进行耐高温性能、机械性能、耐腐蚀性能与各组分含量的关系。在本文中,为了评价和比较环氧-有机硅、聚氨酯有机硅涂料的耐热性、机械性能和耐腐蚀性,本课题使用广泛应用的工业化环氧有机硅成膜物HG-43设计涂料配方,在同样的颜填料含量下与另外经不同合成方法制备的聚氨酯有机硅涂料进行对比。基于以上方法,主要的研究内容如下：(1)首先,将商业化的环氧改性有机硅树脂(HG-43)用于涂料的设计。传统的抗腐蚀剂和阻隔填料例如磷酸锌、云母氧化铁红和纳米三氧化二铝被用来作为涂料配方中的主要内容,同时加入了二氧化钛和云母。纳米二氧化硅也被加入到涂料的体系中。配制好的HG涂料在不同温度下,经不同时间的烘烤,表明暴露于180℃3天的试样具有可达50kg-cm的抗冲击性能。此外,富含云母氧化铁红HG-3涂料体系在300℃下烘烤5小时抗冲击性能不变。本课题利用热分析(TGA),研究了惰性气氛下涂料的热稳定性。富含氧化铝的HG-4体系的热失重残留分率在800℃下为67.71%,而且在300℃下烘烤5天的质量仅损失4%。涂料表面的扫描电子显微镜(SEM)证明涂层表面没有任何的缺陷,颜填料粒子均匀地分布在涂料中。不过在高达300℃的温度下,HG涂层的表面开始出现一些缺陷。浸泡实验证明HG-1表现更好的耐化学性能。涂层耐化学性也需借助于交流阻抗(EIS)测试,表明HG-1体系能够耐受3.5%氯化钠溶液达21天。此外,在颜填料含量相同的含量下,HG-1涂层体系耐腐蚀性能最为优异,我们将其作为后续研究的参照。(2)第二,利用交联功能化有机硅树脂和有机烷氧基硅氧烷合成一个新的聚氨酯有机硅树脂,并将其用作涂料基体。这种有机硅聚氨酯树脂被称为(SRU-4,硅氧烷含量是70%)。SRU-4和HG-43在颜填料含量添加剂同样的条件下,研究了两种涂层机械性能、附着性能、耐高温性能和耐腐蚀性能。实验结果表明,在同样的方法和技术前提下,SRU的机械性能、耐化学性能以及耐腐蚀性均优异于HG-43。尤其是富含云母氧化铁红的SRU-4C在300℃烘烤5天和350℃烘烤4天表现出很好的抗冲击性能。基于交联作用形成聚氨酯有机硅树脂在350℃烘烤10小时仍具有很好附着力和柔韧性。富含三氧化二铝的SRU-4D在氧气和氮气气氛下具有很好热稳定性能。SRU涂层具有很好的耐化学试剂浸泡性能。特别是富含云母氧化铁红的SRU-4C体系在300℃和350℃分别烘烤5天和4天后都体现了优异的冲击强度。以此交联成膜物为基础聚氨酯有机硅涂料在350℃加热10小时后都体现优异的附着力和柔韧性。富含氧化铝的SRU-4D在惰性气氛和氧气中都具有最好的耐热性。SRU涂层则显示了优异的化学稳定性。在包含相同含量颜填料的情况下,SRU-4A显示了最好的化学稳定性,耐蚀性也得到提高。为了提高SRU涂料的热稳定性,该涂料被设计成双层涂料。上层加入氮化硅和玻璃微珠与氧化铝,下层加入云母氧化铁红、磷酸锌或它们的混合物。该上层涂料的热性能和耐腐蚀性也得到改善。同时在AG-3体系底层加入云母氧化铁红或磷酸锌,都会使涂层显示优异的耐蚀性。该涂料试样亦显示了优异的化学稳定性。(3)最后,通过溶胶凝胶法将传统的烷氧基硅烷以及烷氧基有机硅功能化的聚氨酯制备成聚氨酯有机硅树脂并将其作为涂料基料。这种聚氨酯有机硅树脂被称为SPUU-2,其中包含了90%的硅氧烷。单层SPUU涂层显示很好的机械性能和粘结性能。在350℃烘烤4天的条件下,富含云母氧化铁红的SPUU-2C经350℃烘烤4天后显示出优异的冲击强度、柔韧性和附着力。单层SPUU涂层的热稳定性能高于单层SRU涂层和双层SRU涂层。在配方相同的情况下,SPUU-2A在300℃烘烤5天质量损失为4.6%,其耐腐蚀性能也优于SRU涂层。SPUU-4A显示出最好耐腐蚀性能。在添加同样的热高温填料下,包括氮化硅和玻璃纤维,SPUU-2显示出最好的热稳定性能和耐腐蚀性能。BG-3体系上层含有云母氧化铁红和磷酸锌在300℃烘烤5天的质量损失4.2%,同时,具有很好耐腐蚀性能。BG-1中云母氧化铁红作为主要组分,显示了最优异的机械性能。
【作者】穆萨（MoussaTamboura）；
【导师】贾梦秋；
【作者基本信息】北京化工大学，材料科学与工程，2012，博士
【关键词】涂料；涂层；耐高温；耐腐蚀；涂料制备；

【参考文献】
[1]刘泓昱.基于纳米材料的新型生物电化学传感研究[D].江西师范大学,2014.
[2]潘海燕.城市化进程中失地农民社会保障问题研究[D].华东理工大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[3]王西明.催化热解转变和粒度对煤中温催化气化影响研究[D].华东理工大学,化学工艺,2014,硕士.
[4]万广通.基于Qt的跨平台地图符号框架设计和应用研究[D].中国矿业大学,地图制图学与地理信息工程,2014,硕士.
[5]程朝.大连港集装箱海铁联运网络配流研究[D].大连海事大学,交通运输工程,2013,硕士.
[6]王璐.成批到达GI/G/1排队系统的收敛问题[D].郑州大学,概率论与数理统计,2013,硕士.
[7]邹阳.基于无线传感器网络的油井远程监控系统设计[D].南京理工大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[8]马桂英.基于细芯光纤模式干涉仪的全光纤传感器的设计[D].浙江大学,光通信技术,2013,硕士.
[9]王伟平,李建中,张冬冬,郭龙江.一种有效的挖掘数据流近似频繁项算法[J].软件学报,2007,04:884-892.
[10]安立超.基于流程再造的A医院门诊流程优化研究[D].燕山大学,工业工程,2013,硕士.
[11]胥桂凤.黑色旅游发展中居民感知与态度研究[D].华侨大学,人文地理学,2014,硕士.
[12]赵艳.城市居家养老服务供给的政府职能研究[D].西北大学,社会保障学,2014,硕士.
[13]吕静.无线传感器网络中最小连通传感器覆盖问题的研究[D].哈尔滨工业大学,计算机技术,2013,硕士.
[14]刘菲.非裔美国人的身份重建和文化融合[D].沈阳师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[15]刘恩涛.针刺外关穴对脑葡萄糖代谢的影响：~(18)F-FDG PET及PET/CT脑功能成像研究[D].南方医科大学,影像医学与核医学,2012,硕士.
[16]杜越群.血清褪黑素在帕金森病发生发展中变化的研究[D].福建医科大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[17]康春玉,章新华.基于多人决策理论的船舶辐射噪声识别[J].控制与决策,2007,09:1077-1080.
[18]陈钱英.侯传专诉薛克明采矿权案分析[D].兰州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[19]许胜.Let-7d和Lin28在听神经瘤中的表达[D].华中科技大学,耳鼻咽喉头颈外科,2013,硕士.
[20]贾艳艳.铝/水反应制氢[D].河北师范大学,物理化学,2014,硕士.
[21]熊华.基于ANSYS的瓦楞机箱体的结构振动分析及优化[D].湖北工业大学,机械制造及自动化,2014,硕士.
[22]尹玉娟,赵军.具有脉冲作用的切换线性广义系统的稳定性[J].自动化学报,2007,04:446-448.
[23]李建飞,文志强,胡永祥,邓刘昭芦.基于改进区域生长的遥感影像道路提取[J].计算机工程与应用.
[24]杨晓峰,林智钦,郑琼林,游小杰.模块组合多电平变换器的研究综述[J].中国电机工程学报,2013,06:1-15.
[25]宋云鹏.论我国房地产投资信托风险的法律控制[D].西南政法大学,经济法（专业学位）,2012,硕士.
[26]张煜乾.带随机波动的跳扩散外汇期权定价模型及其应用[D].安徽大学,数量经济学,2013,硕士.
[27]张燕.邓小平对毛泽东经济建设思想的继承和发展[D].山东财经大学,马克思主义中国化研究,2014,硕士.
[28]赵文玉,李芳,张海懿.40Gbit/s信号传输距离浅析[J].电信网技术.2005(03)
[29]杨楠.回族聚居区人口与经济协调发展的实证分析[D].西北大学,人文地理学,2014,硕士.
[30]敖小波.债务契约治理效应的影响因素分析[D].山西财经大学,会计学,2014,硕士.
[31]肖峻,谷文卓,郭晓丹,王成山,李方兴.配电系统供电能力模型[J].电力系统自动化,2011,24:47-52.
[32]史清录,孙大刚,林慕义,吴士刚,唐耀平.新型推土机车架强度分析[J].农业机械学报.2004(06)
[33]刘东来.高速动车组接地技术研究[D].西南交通大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[34]云利军,徐天伟,孙云平.含有参数化和非参数化不确定性系统重复学习控制[J].控制与决策,2010,12:1880-1884.
[35]徐知媛.Effects of Course Materials on Students’ Learning Strategy Preferences[D].浙江大学,语言学,2004,硕士.
[36]谢玉洁.苏南水乡湖泊型湿地规划设计研究[D].苏州大学,设计艺术学,2014,硕士.
[37]焦宇.Shopping Mall内街界面设计研究[D].北京建筑大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[38]丁瑜.中国市场上定向增发中机构投资的角色和利益输送研究[D].中国科学技术大学,金融工程,2014,硕士.
[39]邓小伟.社会管理创新视角下农村社会组织发展研究[D].华中科技大学,行政管理,2012,硕士.
[40]寇冠军.乳糜泻在我国肠易激综合征病人中发病率的研究[D].山东大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[41]吴华勋.β肾上腺素受体信号对佐剂性关节炎大鼠树突细胞及成纤维样滑膜细胞的影响[D].安徽医科大学,药理学,2014,博士.
[42]翟天龙.高压均质联合超滤技术提取细茎石斛多糖及其性质和活性[D].安徽大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[43]宋丕兴.鹰皇科技公司呼叫中心服务质量管理体系改进研究[D].湖南大学,工商管理,2014,硕士.
[44]陈金凤.IEEE1588网络时延测量研究与实现[D].中国科学院研究生院（国家授时中心）,电子与通信工程,2013,硕士.
[45]黄中原.Pd、Pt基燃料电池催化剂的制备及性能研究[D].湖南大学,2014.
[46]殷铭.功能理论视角下的化妆品广告翻译研究[D].天津商业大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[47]郝欣.审美直觉观照下的摄影艺术研究[D].广西师范大学,美学,2013,硕士.
[48]王海侠.精密钢球传动啮合副摩擦性能研究[D].燕山大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[49]王代宗.搏心通胶囊治疗慢性心力衰竭的临床观察[D].湖北中医药大学,中医内科学（专业学位）,2013,硕士.
[50]马庆华.Hib多糖蛋白结合疫苗中残余物质质控方法研究[D].兰州大学,化学工程与技术,2013,硕士.