0 引言

    隨著工業科技的發展，對金屬的耐高溫防腐蝕要求越來越高，目前使用比較多的是含鋁磷酸鹽耐高溫涂料，但是該類涂料固化溫度最低為 350 ℃，這個條件限制了許多使用廠家及施工工藝，而且該涂料在后期加工過程中如果出現損壞，不能進行再次噴涂固化，這就迫切需要一種室溫固化的涂料來解決問題；而室溫固化的涂料一般可以使用硅酸鹽類，該類涂料具有價格低廉、無毒、無污染、化學穩定性好等優點，但是其耐蝕性能比較差、其耐水性及與金屬涂料的熱匹配性都相對較差。

    本文討論的含鋁硅酸鹽涂料能夠長期穩定貯存，可室溫固化。固化后涂層具有良好的耐高溫、防腐蝕、耐汽油、煤油、潤滑油、各種溶劑等性能。

    1 試驗部分                                                            

    1.1原料

    試驗用主要原料見表1。

    1.2試驗過程

    1.2.1 鋁粉的包覆處理

    在三口反應瓶中加入無水乙醇300.0 g，加入0.5g硅氧烷單體攪拌1 h，使體系完全均一，然后加入鋁粉500.0 g，給予體系一定的溫度，30 ~ 40 ℃最佳，勻速攪拌3 h（攪拌速率不宜過快），將反應產物轉移到事先準備好的容器內，放入干燥箱內常溫干燥，或在減壓裝置下干燥，干燥后得到硅氧烷單體包覆的鋁粉。

    1.2.2 硅酸鹽涂料制備

    在500 mL三口燒瓶中加入80.0 g硅酸鉀，補充一定量的去離子水，攪拌均勻，在攪拌條件下緩慢地加入6.0 g硅溶膠，最后滴加3%的硅烷偶聯劑，然后攪拌1 h，制備成改性硅酸鉀樹脂。然后加入之前處理好的鋁粉80.0 g及1%的分散助劑BYK-192，繼續攪拌2 h 后使用 120 目的紗網過濾，最終制成題述產品。

    1.2.3 涂層的制備

    施工環境溫度為10 ～ 30 ℃，相對濕度為≥35%，金屬底材嚴格除油除銹（推薦噴砂處理）。將涂料噴涂于金屬底材上，第1道噴涂厚度為25 ～ 30 μm，表干后噴涂第2道，厚度為25 ～ 30 μm，將試片放置在干燥潔凈的室溫環境中，24 h后涂層完全固化。

    1.3性能測試

    性能測試標準見表2。

    2 結果與討論

    2.1鋁粉包覆處理對涂料性能的影響

    2.1.1鋁粉包覆預處理原理

    超細球型鋁粉均勻分散在體系中，硅氧烷單體中烷氧基容易與球型鋁粉結合，隨著處理時間的增長，球形鋁粉被硅氧烷單體包覆，降低了超細球形鋁粉的團聚程度，提高了球形鋁粉在樹脂體系中的分散性，同時由于硅烷單體不溶于水，能夠起到屏蔽作用，包覆處理后的超細球型不容易與水發生反應，提高了涂料貯存穩定性以及涂層的耐腐蝕性能。

    采用掃描電鏡對比分析包覆處理和未包覆處理的球形鋁粉在涂料中的存在情況。我們將包覆處理過的鋁粉和未處理過的鋁粉制成硅酸鹽涂料，放置1周后，噴涂制板。在SEM下（SEM MAG：2.00 kx）觀察漆膜外觀（見圖1），通過對比發現經過預處理包覆的鋁粉制備的涂層，相比未經過處理的鋁粉制備的涂層，呈現出更規則的形狀，更好的致密性，而未經過包覆處理的鋁粉制備的涂層表面形狀均一性較差，涂層較為疏松。該涂料為堿性水溶液體系，未包覆處理的球型鋁粉在堿性環境中容易與水發生反應，經過化學反應之后很難保持原有的球型狀態，從電鏡圖中可以看出球型鋁粉的形狀發生了變化，而且發生了一定程度的團聚。

    2.1.2 鋁粉包覆處理中單體的選擇

    我們選用了幾種不同的硅烷單體對鋁粉進行了預處理。然后使用處理過的鋁粉與硅酸鹽樹脂混合攪拌均一，制備了含鋁硅酸鹽涂料。采用噴涂的方式分別對幾個樣品進行了制樣，24 h室溫固化后，通過SEM觀察漆膜表面形貌。通過圖2可以明顯觀察到，預處理過的鋁粉明顯在顆粒規則和排布上要優于未處理過的鋁粉，其次不同單體對鋁粉包覆后產生的作用不近相同，其中可以看出正辛基三乙氧基硅烷包覆的鋁粉所制成的硅酸鹽涂料，鋁粉顆粒較規則，大小差異較少，排布較緊密，沒有明顯的空隙，表面呈緊湊均一的膜。將不同硅烷單體包覆處理的鋁粉配漆后，噴涂制板進行鹽霧測試，測試結果如表3。通過SEM和鹽霧測試結果我們可以得出結論：在防腐蝕過程中，正辛基三乙氧基硅烷包覆處理的鋁粉所制成的硅酸鹽涂料，因其鋁粉顆粒較規則，排布較緊密，制備的涂層致密性較好，能更有效的保護基材不被侵蝕。

    表3 含不同包覆處理鋁粉涂料鹽霧測試

    2.2改性硅酸鉀樹脂制備過程的影響因素

    本產品為一種單組分室溫固化涂料，單獨使用硅酸鉀溶液作為涂料的基料樹脂時，存在風化、耐水性差和膜開裂等缺點，并且在后期施工過程中也存在容易干噴的潛在風險，所以我們通過適量添加硅溶膠與硅烷偶聯劑對其進行改性，提高了體系的耐水性、柔韌性、貯存穩定性及可施工性。

    2.2.1硅溶膠加量的影響

    我們加入硅溶膠與硅酸鉀混合物，在這個過程中二氧化硅粒子發生溶解，硅酸鉀中的硅單體不斷地沉積到硅溶膠的納米粒子上，形成一種新的粒徑分布。所以，硅溶膠的加量就需要我們找到一個比較合適的比例，才能使樹脂具備良好的貯存穩定性及涂層有優異的性能。根據表4我們對不同硅溶膠添加量對涂料的影響，可以得到結論：硅溶膠的添加量較少會影響漆膜的成膜性，可能是由于混合物的粒徑較大，樹脂的穩定性很差；而硅溶膠的添加量較多時，漆膜容易發生開裂現象，原因可能就是在干燥過程中，由于混合物的粒徑較小，容易發生毛細管作用，導致的漆膜開裂。

    表4 不同硅溶膠添加量對涂料的影響

    2.2.2硅烷偶聯劑的選取與加量

    采用不同的有機硅氧烷，添加量為硅酸鉀溶液和硅溶膠質量（固含量）總和的3%，在室溫下充分水解對樹脂體系進行改性，試驗結果如表5所示。

    表5 不同硅烷偶聯劑對樹脂體系的影響

    在后期試驗中，我們對KH-560的用量也進行了考察：首先在不加入KH-560的情況下噴涂后的漆膜有明顯的縮邊現象，可能是因為涂料的表面張力過大引起的，而隨著KH-560添加量的增加，改善了涂料不能和底材潤濕的現象，同時貯存穩定性也有提高；但是當KH-560添加量為4%時，涂層表干時間已經明顯延長，涂層的機械性能有所下降，所以我們選擇3%為最佳添加量。

    2.3硅酸鉀樹脂與鋁粉配比關系

    為了研究硅酸鉀及鋁粉的最優配方比例，選用質量比例為A 組分（ 改性硅酸鉀溶液）∶B組分（正辛基三乙氧基硅烷包覆后的鋁粉） =1.0∶0.6、1.0∶0.8、1.0∶1.0 來進行試驗。將配好的涂料分散攪拌至體系均一后出料，試驗結果見表6，從表中可以看出： 硅酸鉀∶鋁粉 = 1.0∶0.8時，制備的漆膜綜合性能最優。

    表6 不同配比涂料的性能

    3  結語

    采用硅溶膠和硅烷偶聯劑改性硅酸鉀制備得到樹脂，貯存穩定，與包覆處理后的鋁粉配制成性能優異的室溫固化硅酸鹽防腐涂料。

    1）通過采用正辛基三乙氧基硅烷單體包覆處理的鋁粉，配制成漆后防腐性能最佳。

    2）通過加入硅溶膠改性硅酸鉀溶液，硅溶膠（固含量28%）與硅酸鉀的質量比為1.5∶20.0時，所得硅酸鉀溶液性能最佳，貯存穩定。

    3）KH-560是改性硅酸鉀溶液合適的有機硅偶聯劑，合理的添加量為總量的3%。

    4）A組分（改性硅酸鉀溶液）與B組分（正辛基三乙氧基硅烷包覆后的鋁粉）制備硅酸鹽涂料時，A∶B=1.0∶0.8時漆膜致密且防腐性能優異，可作為長效防腐涂料使用。

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責任編輯：王元

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