水性无机耐高温涂料的研制及其性能研究

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第一章绪论
我国的涂料产品人多是传统的有机化学溶剂型涂料。据国际卫生组织的调肖表明，传统化学溶 剂涂料大多存在毒性，长期在这种环境中［作、生活对人体危害极大，许多癌症，如皮肤癌、喉癌 等发生率的上升与有毒涂料的使用有着很大关系。全球每年因使用有毒化学溶剂型涂料造成环境破 坏带来的经济损失达数百亿美元。
其耐热性与基料的耐热性密切关系，并受颜料、填料与基料互相配合的影响。由于基料的差异，耐
热涂料分为有机耐热涂料和无机耐热涂料鼹大类。如表ｌｆ ２所示。
关键词：水性无机涂料，耐高温，氧化铝短纤维
东南大学硕士学位论文
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ，ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ｈｏｔ ｅｒｏｓｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔａｓｋ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏａｔｉｎｇ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｒｅｖｉｅｗｉｎｇ ｔｈｅ ｕｐｄａｔｅｄ ｏｆ ｔｈｏｓｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ，ｎｏｒｍａｌ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｓｉｌｉｃａ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎａ ｓｈｏｒｔ ｆｉｂｅｒｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｆｉｌｌｅｒｓ ａｎｄ ｓｏｄｉｕｍ ｓｏｌｕｂｌｅ ｇｌａｓｓ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｏｒｍｅｒ．Ａ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｒｉｅｎｄｓｈｉｐ ｉｓ ａｉｍｅｄ ｔｏ
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通过正交试验优化配方，并考察了涂料组分如氧化铝短纤维等组分因素对涂层性能的影响，最 终确定最佳配方，固体中各组分的含量分别为：高岭土４５．５％、石英粉３１．８％、铁红１３．６％、氧化铝短 纤维４．６％、填料Ａ ４．６％： 固液比ｌ：１；液相为９７．７％钠水玻璃和少量助剂。考察同化工艺对涂层耐 高温性能的影响。对涂装在金属和非金属试样表面的涂层进行检测，测试了多项性能，如耐高温性、 抗剪性、热震性、耐盐水性等，并与进口涂料和国产涂料进行比较。结果表明：自制涂料总体性能 优于国产涂料，部分性能等同或优于进口涂料。初步探讨了涂料的耐高温机理及失效机理。钠水玻 璃经固化后形成三维网状膜，具有优异的耐高温性能，氧化铝短纤维的加入承担部分应力，阻滞裂 纹扩展，可减缓涂层高温下失效。
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Hale Waihona Puke 第一章绪论第一章绪论１．１涂料的发展及现状 １．１．１涂料的定义
涂料是指涂于物体表面能形成具有保护、装饰或特殊性能（如绝缘、防腐、标志等）的固态涂 膜的一类液体或固体材料之总称。包括油（性）漆、水性漆、粉末涂料。
油漆（又称为油性漆，油性涂料）
涂料＜：二｛ 水性漆（又称为水性涂料）
早期人们使用涂料只关心其外观和保护性能，大多数有机涂料在生产过程中使用了大量的对人 体和环境有害的原材料，同时其生产也消耗大量的自然资源。随着人们对自身和环境的关心，对涂 料的污染和毒性问题也越来越重视。在当今的时代，涂料产品需要在成本、环保、性能等方面体现 竞争力。根据我国涂料工业的发展现状及相关工业的发展要求，并借鉴世界涂料工业的技术进展和 发展趋势，２ｌ世纪，我国涂料工业发展的指导思想是：大力发展高性能、低污染的涂料品种，并促 进涂料生产向专业化方向发展。因此，发展无毒低污染的涂料是涂料研究的首要任务，研究和发展高 固体份涂料、水性涂料、无溶剂涂料（粉末涂料和光化涂料）成为涂料科学的前沿研究课题。此外， 涂料发展面临的另外一个挑战是要求涂料的性能更优越，所以，发展高性能涂料也是涂料接研究的 重要任务。
Ⅱ
东南大学学位论文独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。
ｇｌａｓｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ．Ｉｔ ｈａｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ Ｗａｓ ｄｅｌａｙｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎａ ｓｈｏｒｔ
ｆｉｂｅｒ ｗｈｉｃｈ ｂｅａｒｅｄ ｐａｒｔ ＳｔｒｅＳＳ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｉｎｇｓ，ｈｉｇｈ－ｔⅢｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｌｕｍｉｎａ ｓｈｏｒｔ ｆｉｂｅｒ
ｄｅｖｅｌｏｐ．
Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｉ ｄｅｓｉｇｎ Ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｐｏｎｅｎｔｓ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ，ｓｕｃｈ ａｓ ａｌｕｍｉｎａ ｓｈｏｒｔ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｋａｏｌｉｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ
随着人类生活质鼙的提高，人们要求保护自我生存空间的呼声越来越高，环保法规也越来越严 格。因此，发展绿色环保型涂料已成为涂料行业发展的趋势，工业涂料将向着水性涂料、粉末涂料， 高同体分涂料剩辐射同化涂料等绿色涂料方向发展。绿色工业涂料的比例北美已由１９９２年的５１％上升 到２００２年的７４％；欧洲已由１９９２年的５１％上升到２００２年的７３％；亚太地区己由１９９２年的１８％上升ｉ０２００２ 年的３２９６。
ｏｘｉｄｅ，ａｌｕｍｉｎａ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｔｈｅｎ ｇｏｔ：ｔｈｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆｋａｏｌｉｎ ｃｌａｙ，ｓｉｌｉｃａ ｐｏｗｄｅｒ，ｒｅｄ ｉｒｏｎ
ｓｈｏｒｔｆｉｂｅｒａｎｄｆｉｌｌｅｒＡＷａｓ４５．５％、３１．８％、１３．６％、４．６％ａｎｄ４．６０／ｏ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅ ｒａｔｉｏｂｅｔｗｅｅｎ ｓｏｌｉｄ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ Ｗａｓ ｌ：１．Ａ ｆｅｗ ｏｆｌｉｑｕｉｄ ａｕｘｉｌｉａｒｉｅｓ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｓｏｌｕｂｌｅ ｇｌａｓｓ ｗｅｒｅ ａｄｄｅｄ．１１１ｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｃｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｓ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｍａｄｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｗａｓ ｐａｉｎｔｅｄ ｏｎ ｓｈｅｅｔｓ ｏｆｍｅｔａｌ ｏｒ ｎｏｎｅｔａｉ ａｓ ｓａｍｐｌｅｓ ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ ｔｅｓｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓｈｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅｒｍａｌ ｓｈｏｃｋ，ｓａｌｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ ＳＯ Ｏｎ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｍａｄｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍｓ ｍｏｒｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｌｙ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ，ｗｈｉｌｅ ｓｏｍｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｉｔ ａｌｅ ｅｑｕａｌ ｏｒ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔ ｃｏａｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｗａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ ｎｅｔｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ ｗｈｅｎ ｓｏｄｉｕｍ ｓｏｌｕｂｌｅ
东南大学 硕士学位论文 水性无机耐高温涂料的研制及其性能研究 姓名：朱秋华 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：吴申庆
20070110
东南大学硕士学位论文
摘要
耐高温涂料的主要任务是对高温环境下的材料进行表面防护。在对国内外耐高温涂料进行广泛 调研的基础上，本论文采用几种常见的无机材料，例如石英粉、氧化铝短纤维等为填料，以钠水玻 璃为主要成膜物质，研制出新型具有环保意义的水性无机耐高温涂料。
见表１．１。
表１．１涂料的分类【ｌ】
分类
名称
按成膜物分类
转换型或反应型涂料 非转换型或挥发型涂料
按溶剂分类
有溶剂涂料
水性涂料 溶剂型涂料
按颜料分类
无溶剂涂料
粉末涂料、光敏涂料、干性油 清漆（没有颜料的）
色漆（含颜料的）
按用途分类 建筑涂料、汽车涂料、卷材涂料、罐头涂料、塑料涂料，纸张涂料、油墨
按施工顺序分类
１．２耐热涂料
１．２．１耐热涂料
耐热涂料是指能长期承受２００＂Ｃ以上高温，并能保持一定的物理化学性能，使被保护对象在高温
环境中能正常发挥作用的功能性涂料。耐热聚合物合成和研究的进展促进耐热涂料的迅速发展ｌ“。
它广泛应用于高温下工作的设备的保护，像烟囱、排烟管道、高温炉、石油裂解炉、发动机及排气 管、航空航天领域高速飞行器的耐高温腐蚀保护【”。耐热涂料主要由耐熟基料、颜料、填料组成，
圈１．１涂料的组成
１．１．２涂料的分类
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涂料可以用以下两种分类方法：一、以涂料的化学组成为基础，把涂料分为１８类，国家标１佳ＧＢ２７０５ 就是按此方法对涂料分类；二、按涂料的应用领域对涂料进行分类，例如绝缘涂料、导电涂料、示温 涂料、可剥涂料、金属熟处理保护涂料、汽车涂料、道路涂料等。此外，也有从不同角度进行分类，
面漆（包括罩光漆） 底漆
｜｜｜｜｜
１．１．３涂料的发展现状
目前，全球涂料工业正处于一个技术进步的重要时期，如耐候性、耐久性达１５年的氟碳树脂外墙涂料； 高新技术要求配套的各种涂料；塑料及橡胶制品涂料；各种功能性涂料，如自清洁防污涂料、防静电涂料、 防火涂料、大气净化用光催化涂料、零ＶＯＣ（挥发性有机化合物）水乳胶涂料、幻觉色彩涂料、无溶剂涂料、 粉末涂料、高固体分涂料、辐射固化涂料等品种。世界涂料工业持续发展，在亚太地区，虽然印度、韩国 和台湾也有较快增长，但增长重点在中国。我国涂料业发展迅猛，如图１．２所示。１９９０年全国涂料产量为 ８４．５万吨，１９９５年产量为１６９．５万吨，年均增长速度为１５％。１９９８年全国涂料产量为１８０万吨，到２００２ 年全国涂料产量为２０１．５７万吨，首次突破２００万吨大关，销售收入为３４１．３８亿元，已突破３００亿元大关。 中国涂料工业的产量，跻身世界涂料工业前３名｜２１。２００５年中国涂料行业总产量达３８２．５７万吨，在２００４ 年２９８．１５万吨的高点上又大幅增长了２８．３％Ⅲ．
涂料的应用始于史前时代．早期的涂料主要是以油脂和天然树脂为主要原科，故有“油漆”之称． 随着科学的进步，成分发生变化。现合成树脂已大部或全部取代了植物油，再用油漆一词已不恰当， 故称为“涂料一。在具体的涂料品种名称中可用“漆”字表示“涂料”，如调合漆、厚漆等。业内 对“涂料一与。油漆”的理解一直是统一的，历来认为“涂料”与“油漆”只是对同一种材料的两 种不同称谓而已，不同的只是这两个名称使用场合不同，似有一种约定俗成的用法。涂科由基料（也 称成膜物质、胶黏剂）、颜料、填料、溶剂（或水）及各种配套助剂所组成，如图１．１所示。成膜物质 是组成涂料的基础，它对涂料的性质起着决定作用．颜料则可以使涂料呈现出丰富的颜色，使涂料 具有一定的遮盖力，并且具有增强涂膜机械性能和耐久性的作用．填料也可称为体质颜料，特点是 基本不具有遮盖力，在涂辩中主要起填充作用。填料可以降低涂料成本，增加涂膜的厚度，增强涂 膜的机械性能和耐久性。除了少数无溶剂涂科和粉末涂料外，溶剂是涂料不可缺少的组成部分．助 剂，形象的说，在涂料中的作用，就相当于维生素和微量元素对人体的作用一样，用量很少，但作用 很大，不可或缺。