耐高温涂料研究进展

耐高温涂料研究进展摘要文章介绍了耐高温涂料的分类、应用和发展情况，并详细介绍了国内外无机和有机耐高温涂料的研究及应用情况。

关键词：耐高温涂料有机无机有机硅Research Development of High Temperature Resistant Coating Abstract: Classification, application and development of high temperatureresistant coating wereintroduced in this paper, research of organic coatings and inorganic coatings were briefly introduced as well.Key words: high temperature resistant; coating; inorganic coating; organiccoating; organic siloxan概述耐高温涂料，亦称耐热涂料，一般是指在200℃以上，漆膜不变色、不脱落，仍能保持适的物理机械性能的涂料，使被保护对象在高温环境中能正常发挥作用的特种功能性涂料。

（周其凤, 范星河, 谢晓峰. 耐高温聚合物及其复合材料[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.）。

耐高温涂料主要由耐高温基料、颜填料组成，其耐高温性能与基料、颜填料，以及颜填料与基料的匹配有关。

一般按基料的不同，将耐高温涂料分为有机耐高温涂料和无机耐高温涂料。

（功能涂料及其进展郑志云魏铭黄畴朱焱郑京京易英上海涂料第50 卷第 7 期2012 年 7 月）同其它抗高温氧化腐蚀手段相比，耐高温涂料以其大面积施工工艺性能良好、成本低、效果显著等优点受到人们的青睐，已被广泛用于高温场合的表面保护，例如：钢铁厂的烟囱、高温管道、高温炉、石油裂解装置及高温反应设备等的装饰及防护。

（耐高温涂料研究进展徐忠苹韩文礼张彦军张贻刚杨耀辉（中国石油集团工程技术研究院，天津300451））专论）一无机耐高温涂料无机耐高温涂料的硬度高，耐热可达400～1000℃甚至更高，但漆膜较脆，未完全固化前耐水性不好，对基材表面处理要求严格。

常见的几种无机耐高温涂料主要有硅酸乙酯耐高温涂料、磷酸盐耐高温涂料、硅溶胶耐高温涂料、硅酸盐耐高温涂料等。

硅酸乙酯耐高温涂料以硅酸乙酯为基料，选择适当的颜、填料后得到的耐高温涂料，有良好的耐热性能和优异的防腐蚀性能。

它的种类有很多，（1）以聚硅酸乙酯为基料，加入氧化铬绿、石英粉、成膜助剂、表面活性剂（分散剂）等，可制成常温固化的耐热可达300℃的涂料。

（2）以聚硅酸乙酯和硅中间体共水解制备得到的基料，按质量比为固体树脂 : 铝粉=10 : 6的比例制成的涂料，其耐热在600℃为10小时，并且耐20次；500℃1小时/室温1小时的冷热循环，涂膜仍处于完好状态。

（3）以聚硅酸乙酯为基料加入低熔点玻璃料或珐琅玻璃以及耐热颜、填料可以制成耐400～600℃甚至800℃的高温涂料。

磷酸盐耐高温涂料磷酸盐耐高温涂料通常由磷酸盐水溶液、固化剂（或反应性颜料）和耐热颜料（或金属铝粉）等组分所组成。

英国的“W”无机耐高温防腐蚀涂料就是这种类型的涂料。

我国也研制并生产类似的涂料。

硅溶胶耐高温涂料硅溶胶作为涂料基料时，其涂膜附着力和柔韧性往往不能满足涂料性能要求，需要进行改性或与有机成膜物质拼混使用。

后者用于常温用途的各种涂料效果较好。

制备耐高温涂料时，需要对硅溶胶进行改性，将硅溶胶置于反应器中，先加入氧化钾和氧化锂搅拌均匀，再在搅拌状态下，缓慢地加入氧化锌、氧化镁和氧化铝等。

然后，慢慢地升温至70～80℃，体系的pH值在10～12之间，持续反应7小时。

反应混合液开始呈白色浑浊状态，最后慢慢变得透明，即为改性好的硅溶胶。

这种经改性的硅溶胶可以常温干燥成膜，涂膜具有良好的耐热性，可在200℃以下长期使用。

以其为基料，再加入耐热颜、填料和助剂等，即得到耐高温涂料。

有机耐高温涂料有机耐高温涂料品种繁多，包括杂环聚合物涂料（聚酰亚胺类、聚酰胺、酰亚胺类、聚苯硫醚类和聚醚砜类）和元素有机聚合物涂料（有机硅类、有机氟类和有机钛类）。

其中，杂环类耐高温涂料在国内外已应用多年，主要用于高温绝缘方面，价格昂贵，贮存性差，对颜料要求严格；有机氟涂料虽然高温防腐性能优越，但不易溶解于溶剂中，即使溶解，其固体含量低，成膜薄，施工不方便，而且有机氟涂料机械性能不太理想。

有机钛涂料发展较晚，制备复杂，应用范围还不广泛。

有机硅聚合物自20世纪40年代初实现工业化以后，有机硅耐高温涂料开始发展，目前已发展成为最常用的有机类高温防腐涂料。

（边静, 李光俊. 功能性涂料的新进展. 涂料工业, 1991, 124(4): 8-12.）耐高温有机硅涂料是耐高温涂料的主要品种之一，通常由有机硅树脂、耐热颜填料、助剂、溶剂等配制而成。

颜填料的选择大同小异，耐高温白色颜料可选用TiO2 ；彩色颜料一般选用无机颜料，如铁系、镉系、铬系颜料等，但也要考虑重金属颜料对环境的污染；金属颜料选用铝、锌、不锈钢粉及钛镁粉，对提高耐热性和防腐性有利；体质颜料选用滑石粉、云母粉、硫酸钡、硅藻土、低熔点玻璃粉、陶瓷粉等，甚至用陶瓷釉料或磁性瓷料，使用温度可达800℃以上。

（2刘国杰. 有机硅树脂涂料的最新进展［J］. 应用科技，2008，16（10）：11-163 高南，等．特种涂料［M］. 上海：上海科技出版社，1984）有机硅树脂以硅氧键为其分子主链, Si ) O 键比普通有机高聚物中C ) C 键的键能大。

在键中Si、O 原子的电负性的差异大, 因此键的极性大, 对所连烃基基团起到屏蔽作用, 提高了氧化稳定性,而且Si 原子上连接的烃基受热氧化后, 生成的是交联度更加稳定的Si ) O ) Si 键, 可防止主键的断) Si ) O ) Si ) 链稳定的保护层, 减轻了对高聚物内部的影响。

所有这些, 都使得有机硅高聚物具有优异的耐热性及耐候性。

纯有机硅树脂的研究状况这种树脂在结构上可分为2 类, 第1 类是分子主链完全由) Si ) O ) 键构成的。

第2 类是在) Si ) O ) 分子键中引入B、Ti、Al、Sn、Pb 等其他元素构成的聚元素有机硅氧烷, 进一步提高了树脂的耐热性、耐热老化性。

（耐热有机硅树脂研究进展王宏刚毛绍兰高金堂粘接2000 / 3）近年来, 有机硅树脂的研究方向已从有机基聚硅氧烷转向梯形有机硅聚合物。

日本国立材料化工研究所用硅倍半环氧乙烷混合物与1, 3- 双苯基乙烯基苯共聚, 制得能耐1 000 e 高温的新型有机硅聚合物。

（耐1 000 e 高温的有机硅树脂1 涂料工业, 1999, 29 ( 10) : 46）西安交通大学高分子材料系以甲基三氯硅烷为原料, 通过与正丁胺反应, 生成甲基三氯硅烷的胺解产物, 作为梯形聚合物的模板, 再经水解和缩聚制备的梯形聚甲基倍半硅氧烷,700 e 时失重率仅为4%（邱军, 黄裕杰, 胡友慧1 耐高温梯形聚甲基倍半硅氧烷的合成研究1 功能高分子学报, 1999, 12( 2) : 173~ 176）采用有机硅树脂作粘合剂, 加入高温润滑剂、填料, 已研制出耐600 e 以上的高温润滑涂料[（Herman I S, GeorgeW B. High Temperature Resilient Dry A 2 748 030. 1956）Tempil Division 制造了牌号为PyromarkSeries 2500 的航天飞机用有机硅树脂涂料, 耐热温度达1 400 e , 该涂料在250 e 固化1 h, 在高温下玻璃化而形成粘接力强的耐火涂层, 能经受从环境温度到1 100 e 的冷热循环20 次。

日本免田化学工业公司采用纯有机硅树脂中加入无机填料和玻璃料, 配制成能耐500 ~ 600 e 的高温涂料（High-Temperature Coating From Space. Modern Paint andcoatings. 1978( 10) : 131~ 132）改性有机硅树脂研究由于纯有机硅树脂一般需高温烘干( 250~300 e ) , 固化时间长, 大面积施工不便以及附着力和耐有机溶剂性能差, 温度较高时漆膜的机械强度差, 常用其他树脂进行改性以弥补其缺点。

近年来国内外用于改性有机硅的树脂有: 环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂等。

改性方法有物理共混法和化学改性法2 种, 一般化学改性树脂性能优于物理共混者。

环氧- 有机硅共聚树脂改性后的有机硅树脂兼有环氧树脂和聚硅氧烷的优点, 粘接性能、耐介质、耐水和耐大气老化性能均良好, 并且可以用胺类固化剂固化, 大大降低了有机硅树脂的固化温度, 甚至可以室温固化, 在- 60~ 200 ℃长期使用。

聚酯- 有机硅树脂聚酯分子中的羟基可与聚有机硅氧烷分子的烷氧基发生酯交换反应, 从而达到改性的目的。

此类改性树脂固化温度低( 甚至可以室温固化) , 介电性能优异, 粘附性能良好, 耐水防潮。

聚酯- 有机硅共聚物树脂的最大用途是金属卷材内壁的预涂。

聚氨酯- 有机硅树脂聚有机硅氧烷分子中的烷氧基与聚氨酯预聚物中的部分羟基进行酯交换反应可制得聚氨酯改性有机硅树脂。

将聚氨酯引入有机硅树脂中, 不仅可以在常温下干燥, 还可以显著提高有机硅的附着力、耐磨性、耐油及耐化学介质性。

丙烯酸- 有机硅树脂将含) OC2H5 或) OH 的有机硅中间体与含) OH基的丙烯酸树脂在酯类溶剂中共缩聚, 随后与三聚氰胺甲醛树脂结合, 经涂敷、热固化成膜, 可提高延伸率、保光性和抗水性。

醇酸- 有机硅树脂醇酸有机硅共聚树脂是利用有机硅中间体的羟基和烷基与醇酸树脂的羟基反应形成的, 这类树脂兼有醇酸树脂的优良附着力、易加工特性和有机硅树脂的户外耐久性。

耐高温涂料作为高温设备保护涂层得到了越来越广泛的应用，但是，大部分涂料性能还是不能满足多样化设备的需求。

目前对于改性有机硅涂料，国内在室温固化、高耐热防腐以及重防腐有机硅涂料方面研究比较活跃，相信在不远的将来，耐高温涂料的性能将越来越好，使用范围也将越来越广。