有机硅烷偶联剂在耐高温有机硅涂料中的应用研究

论文摘要

针对国内核电站反应堆压力容器用耐高温防腐蚀涂料在耐热性、耐辐射、附着力上还达不到实际工况长期使用的要求,主要依靠进口的现状,本课题通过优选树脂、防锈、耐高温、耐辐射的颜填料,研制了一种有机硅耐高温防腐蚀底漆；并通过有机硅硅烷偶联剂对防锈颜料进行表面改性来改善防锈颜料的活性,提高涂层的耐蚀性；对金属进行硅烷化预处理,以提高涂层与金属基材的附着力。为了提高颜填料的表面活性,改善其与树脂的相容性,并发挥颜填料之间的协同作用,探讨了粉体的表面改性及其在涂料中的分散性。其中重点研究了有机硅偶联剂对三聚磷酸铝和磷酸锌的改性工艺条件。通过正交实验确定三聚磷酸铝的最佳改性工艺为：DB550的用量为三聚磷酸铝质量的4.0%,改性温度为70℃,改性时间为3h；磷酸锌的改性工艺为：DB073的用量为磷酸锌的2.0%,改性温度为50℃,改性时间为2h。红外光谱分析表明：有机硅烷偶联剂取代了颜料表面原来所吸附的羟基。涂层机械性能和扫描电镜（SEM）结果表明,改性粉体与有机硅树脂具有良好的相容性,并发挥了颜料之间的相互协调作用。本文以甲基苯基有机硅树脂为成膜物质,制备了有机硅耐高温防腐底漆。采用了热失重法（TG）,SEM和EIS对涂层的耐热性、表面形貌和抗渗性、耐蚀性进行了系统的研究,通过浸泡实验和盐雾试验考察了涂层的耐化学介质性能,并在此基础上探讨了涂层防腐蚀机理。结果表明,该有机硅耐高温底漆涂层平整致密有光泽,具有良好的机械性能和耐热性能,能长期耐320℃；自腐蚀电位Ecorr逐渐变正,表明涂层的耐蚀性因阳极极化而增强。EIS分析表明,具有良好的抗渗透。为了提高涂层的附着力,本题采取了金属表面硅烷化预处理工艺。主要研究了巯丙基三乙氧基硅烷（MPTES, DB580）的水解成膜工艺,硅烷膜性能及其对涂层附着力、耐热性和耐蚀性的影响。由正交实验可得MPTES的最佳水解工艺条件为：MPTES浓度为5%,醇水比为2：1,水解时间为8-10h,体系pH值为6-7,水解温度为55℃,且当MPTES硅烷膜为厚度小于5μm连续油状膜时,其机械性能最优,并且可以有效的改善涂层的附着力、耐热性和耐蚀性。红外透射射光谱（IR）和红外反射吸收光谱（IR-RA）表明,硅烷膜与金属之间发生了化学反应,形成Me-O-Si键。TG分析试验表明,MPTES硅烷膜将涂层的热分解温度提高了38℃。EIS分析表明,MPTES硅烷膜提高了涂层的抗渗透性能和耐蚀性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 耐高温耐辐射涂料概述
• 1.2.1 耐辐射涂料
• 1.2.2 去污涂料
• 1.2.3 耐高温涂料
• 1.3 耐高温耐辐射树脂的分类
• 1.3.1 聚酰亚胺树脂
• 1.3.2 聚芳醚酮树脂
• 1.3.3 有机硅树脂
• 1.4 有机硅树脂概述
• 1.4.1 纯有机硅树脂
• 1.4.2 改性有机硅树脂
• 1.5 耐高温耐辐射涂料用颜填料体系
• 1.5.1 颜填料的分类
• 1.5.2 体质颜填料
• 1.5.3 着色颜填料
• 1.5.4 防锈颜料
• 1.5.5 耐辐射颜填料
• 1.5.6 颜填料的用量原则
• 1.6 有机防腐涂层的作用机理
• 1.6.1 有机防腐涂层的失效机理
• 1.6.2 涂层的保护机理
• 1.7 有机硅烷偶联剂（SCA）在涂层界面中应用
• 1.7.1 有机硅烷偶联剂的基本特性
• 1.7.2 有机硅烷偶联剂在涂层界面中的应用
• 1.7.3 有机硅烷偶联剂水解成膜工艺
• 1.8 前人在本课题研究领域的成果
• 1.8.1 在有机硅耐高温防腐蚀涂料研究进展
• 1.8.2 有机硅硅烷偶联剂在界面中应用研究进展
• 1.9 本课题的目的
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验目的
• 2.2 实验内容
• 2.3 主要原材料及仪器
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 有机硅烷偶联剂（SCA）对粉体表面改性
• 2.4.2 有机硅耐高温防腐蚀底漆的研制
• 2.4.3 有机硅烷偶联剂对金属表面的预处理
• 2.4.4 涂层试样的制备
• 2.4.5 基材的表面处理
• 2.4.6 试样涂装工艺过程
• 2.4.7 涂层性能的测试
• 2.4.8 扫描电镜观察涂层表面形貌
• 2.4.9 用热重分析试验研究涂层的耐热性
• 2.4.10 红外光谱分析
• 2.4.11 电化学实验方法及装置
• 第三章 有机硅烷偶联剂对防锈颜料的表面改性
• 3.1 表面改性方法
• 3.2 三聚磷酸铝的表面改性
• 3.2.1 三聚磷酸铝表面改性的一般原则
• 3.2.2 三聚磷酸铝表面改性的基本工艺确定
• 3.3 磷酸锌表面的改性
• 3.3.1 磷酸锌表面改性的一般原则
• 3.3.2 磷酸锌表面改性工艺条件的确定
• 3.4 三聚磷酸铝和磷酸锌表面改性前后红外光谱分析
• 3.5 改性粉体对涂层性能的影响
• 3.6 涂层SEM分析
• 3.7 小结
• 第四章 有机硅耐高温防辐射底漆的研制
• 4.1 有机硅树脂的优选
• 4.1.1 甲基苯基有机硅树脂的优选
• 4.1.2 甲基苯基有机硅树脂的固化性能研究
• 4.1.3 甲基苯基有机硅树脂清漆涂层的耐热性能测试
• 4.2 颜填料的优选
• 4.2.1 耐热颜填料的选择
• 4.2.2 防锈颜填料的选择
• 4.2.3 耐辐射颜填料的选择
• 4.2.4 其他体质颜填料的选择
• 4.3 各种颜填料CPVC值的测定
• 4.4 有机硅底漆的组成
• 4.5 有机硅底漆的机械性能
• 4.6 涂料的耐热性能测试
• 4.6.1 热失重分析
• 4.6.2 漆膜的耐热性能测定
• 4.6.3 漆膜的耐久性测定
• 4.7 耐介质腐蚀性能
• 4.8 SEM分析
• 4.9 有机硅防腐蚀涂料保护机理分析
• 4.10 交流阻抗电化学测试
• 4.11 小结
• 第五章 有机硅烷偶联剂对金属表面的预处理研究
• 5.1 巯丙基三乙氧基硅烷（MPTES）的水解成膜工艺
• 5.1.1 巯丙基三乙氧基硅烷（MPTES）的水解成膜工艺参数的确定
• 5.1.2 MPTES硅烷膜的性能
• 5.1.3 MPTES硅烷膜对涂层性能的影响
• 5.2 MPTES硅烷膜红外光谱分析
• 5.3 MPTES硅烷膜热失重分析实验
• 5.4 交流阻抗分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件