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技术文库

简析无机涂料的研究进展

时间:2014-08-15 信息来源:www.titanos.cn

 

      首先,有机涂料耐热性有限,纵然是耐高温的芳杂环树脂涂料也只能在200~350℃下恒久使用 ;而无机涂料具有优良的耐高温性能,恒久耐热温度可达400~1000℃,短期耐热温度可达1500℃ 。
其次,有机涂料在耐候性方面并不睬想,且污染较严重 ;而无机涂料在耐候性、耐溶剂性方面均很优异 。
      无机涂料所用的原质料直接来自于自然界,资源富厚,价格也比较低廉,这是许多有机涂料难以抵达的 。
      无机涂料对情况的污染小,且能耗低、生产本钱低、投资低 。无机涂料的特点均切合涂料工业水性化、粉末化、无溶剂化、高固体化、辐射固化、无公害化、高性能化、特种功效化和节能、省能源化等的生长偏向,因此,无机涂料具备辽阔的市场前景,获得了广泛的工业应用,其经济、社会效益引起了人们的广泛关注 。
       无机涂料的分类
   无机涂料的分类要领较多,常用的分类要领有以下几种:凭据主要的成膜物质来分类(这也是目前海内广泛接纳的分类要领),无机涂料分为碱金属硅酸盐涂料、硅溶胶涂料、磷酸盐涂料等 ;凭据无机涂料或成膜物质的性状、形态来分类,分为溶液涂料、乳液涂料、粉末涂料等 ;凭据涂膜的特殊功效来分类,分为无机防腐涂料、无机防霉涂料、无机耐热涂料、无机防火涂料、无机导电涂料、无机金属热处理 ;ね苛稀⑽藁蠡湍ネ苛系 ;凭据被涂物用途来分类,分为建筑用无机涂料、船舶用无机涂料、汽车用无机涂料等 。
      1.碱金属硅酸盐涂料
      碱金属硅酸盐涂料又称水玻璃基无机涂料,它是以硅酸钾和硅酸钠为粘结剂的一类涂料 。水玻璃系无机涂料的主要组分是水玻璃、固化剂、填充料以及颜料和辅助剂等,其成膜机理为硅酸钠或硅酸钾与空气中的CO2反应形成硅酸溶胶,随着水分的蒸发,脱水形成无机硅氧链网状大分子 。
      水玻璃分子式通式M2O.mSiO2.nH2O,M可以是钠、钾、锂和铵4种离子,m为模数 。水玻璃凭据M离子的差别可分为钾水玻璃、钠水玻璃、锂水玻璃、铵水玻璃 。锂水玻璃和铵水玻璃价格太高,实用价值不大 ;钾水玻璃价格中等 ;钠水玻璃因价格低廉,用途规模最广 。目前海内主要产品随着水玻璃的类型差别,大致可以分为钾水玻璃涂料,钠水玻璃涂料,钾、钠水玻璃涂料3种 。
      基料对涂料的性能起着决定性作用 。水玻璃的主要特性有:良好的粘结性能 ;硬化时析出的硅酸凝胶有梗塞毛细孔隙而避免水渗透的作用 ;不燃烧,耐热、耐燃性好,耐酸性极好 。因而水玻璃作为涂料基料使用时具有许多优点,但水玻璃用作涂料基料时,由于碱金属以离子形式疏散在涂膜中,当涂膜遇水时,涂膜会因碱金属离子的离解而破坏,即造成涂膜的不耐水性 。碱金属硅酸盐涂料耐水性不良是性能上的缺乏,可以通过一些改性步伐来提高耐水性能,常用的改性要领有:水玻璃的酸改性、与合成树脂乳液复合使用、水玻璃的综合改性等 。
      2.硅溶胶涂料
     硅溶胶涂料是以胶体二氧化硅的水疏散液为成膜物质,混以颜料、填料、助剂搅拌研磨疏散调制而成的一种无机涂料 。硅胶的分子式为H2SiO3,是以SiO2为基本单位在水中的疏散体,其胶团颗粒细微,粒径规模一般在5~100 nm,即处于纳米标准 。硅溶胶的制备通常以水玻璃为原料,用离子交换法制备而成,它的成膜机理是,在硅溶胶失去水分时,单体硅酸逐渐聚合,随着水分蒸发,胶体分子增大,SiO2粒子间能形成牢固的Si-O键面,继而形成硅氧链网状结构,成为连续涂膜 。
      硅溶胶作为涂料基料使用时具有如下特点:
      (1)因硅溶胶颗粒细微,析胶时的SiO2具有较高的活性,SiO2能够包裹住涂料中的粉状颗粒,使粉状颗粒与某些无机盐类、金属氧化物生成新的硅酸盐无机高分子化合物,硬化成膜 ;细微的颗粒对下层渗透力强,可通过毛细管作用渗到下层的内部,使涂料具有较强的粘结力:
      (2)硅溶胶中NaO2含量低,因而使涂膜具有较好的耐水性 ;由于与下层反应缓慢可使涂料具有较好的涂刷性,在爆发无盐析现象时,颜色均匀,因此装饰效果比较好:
      (3)硅溶胶具有较大的比外貌积,容易形成网状结构,并且这种结构是不可逆的,因此涂膜坚硬、附着力强、耐水、耐化学性能优异:
       (4)硅溶胶涂膜不爆发静电,不易吸灰,耐污性优异:
       (5)涂膜具有较好的稳定性,耐候、耐高温性能好 。
      3.磷酸盐涂料   
      磷酸盐类无机涂料是以酸式磷酸盐(即磷酸二氢盐、磷酸倍半氢盐、磷酸一氢盐及他们的混淆物)的水溶液为成膜物,配以颜料、填料、固化剂而成,是一种新型无机涂料.
      磷酸盐通式为MmOn.xP2O5.yH2O,式中M为金属原子,m和n划分为正整数,x、y为正实数,金属原子和磷原子之比即M / P一般在0.25~1的规模内 。水性磷酸盐溶液可以直接用结晶状的磷酸氢盐产品溶于水制备而成,但较常用的是,磷酸与金属氧化物和氢化物在水溶液中反应而成 。与硅酸和硅酸盐相似,磷酸及磷酸二氢盐具有庞大的网状结构,可在一定条件下爆发脱水缩聚反应,生成高分子聚合磷酸盐,磷酸盐的成膜就基于此 。然而,磷酸及磷酸盐耐水性好,它们的缩聚反应均在200℃以上,难以常温固化,因而用水溶性磷酸盐作基料制得的涂料一般需高温烘烤才华固化,在加热历程中形成固体的缩合磷酸盐而成膜 。为解决磷酸盐涂料必须在高温情况下才华成膜的问题,可以使用加入固化剂的要领来降低磷酸盐涂料的成膜温度并提高涂膜的耐水性,常用的固化剂一般有金属氧化物、金属盐、硅酸盐和硼酸盐等 。
      别的,磷酸盐涂料具有酸性,故需加入缓蚀剂,不然会腐化金属基底,使涂膜起泡 。
   磷酸盐涂料具有较好的附着力和耐热性,由于其在耐热、防腐、耐油、耐候性等方面性能优异,已用作飞机发动机耐热防腐涂料、化工高温设备耐热防腐涂料及耐热防绣的导电涂料 。目前已有磷酸盐涂料用于宇航耐热涂层、金属耐腐化 ;ね坎阋约澳腿鹊缇低坎愕确矫娴谋ǖ 。
      无机涂料的应用
      1.建筑用无机涂料
         建筑用无机涂料具有 ;ぁ⒆笆巫饔靡约耙恍┨厥夤π 。无机建筑涂料的主要品种包括:以硅酸钾为主要基材的单组分或双组分无机外墙涂料,以硅溶胶为主要基料的单组分无机外墙涂料,以改性钠水玻璃为主要基料的建筑内墙涂料,无机防火涂料、无机防霉涂料、无机绝热涂料、无机防露涂料、无机防水涂料等 。各国都有所偏重的生长建筑涂料品种,目前海内外建筑涂料生长泛起出2大特色:一是十分重视环保型产品的开发 ;二是注重改善建筑涂料的干燥性和结膜机理,缩短干燥成膜的时间,提高涂料的水溶性、耐磨性、耐腐化性、美观性等 。
      2.无机涂料的高温 ;ぷ饔
      耐热涂料广泛用于高温场合的外貌 ;,例如钢铁厂的烟囱、高温管道、高温炉、石油裂解装置、高温反应设备以及军工设备等外表装饰及 ;,以避免钢铁等金属在高温下的热氧化腐化,包管设备能够在较长时间的高温条件下有效使用 。因此,无机耐热涂料的耐高温、耐腐化和物化性能稳定等优点在工业方面(如火电厂和石化领域等)的应用具有很是重大的现实意义和社会意义 。如付晏彬等研制的以硅酸盐为主体制得的耐高温无机涂料可适用于900~1100℃的高温操作条件,且涂层不碳化、不龟裂 ;邹国华用无机非金属质料研制的高温隔热特种涂料关于解决电厂锅炉“四管”常保存的超温现象具有很好的效果,且该涂层另有一定的抗磨、耐腐化作用 。
      3.无机涂料的防腐化及 ;ぷ饔
      就成膜基料的主要类别来说,防腐化涂料可以分为有机防腐化涂料和无机防腐化涂料 。有机类的防腐化涂料品种较多 ;而无机类的防腐化涂料品种很少,目前主要应用的无机防腐涂料是无机富锌涂料 。
无机富锌涂料于1930年在澳大利亚开始研究,到1959年,在美国、英国和日本等国家开始工业化生产及应用 。20世纪70年代初,美国太空总署开发出水性无机富锌涂料,目前,它在市场上已形成诸多商品化产品,并逐步生长成为具有优异防腐性、耐候性和耐热性的无机涂料 。无机富锌涂料对钢铁具有电化学 ;ぷ饔 ;防锈性能优良 ;耐海水、耐油、耐盐类、耐大气腐化 ;导电性好,不影响焊接施工 ;可恒久用于400℃以上的高温情况 。因此,无机富锌涂料在船舶、海洋采油设施、热力管道、桥梁、石油化工设备管线及高架铁塔等的防腐化方面获得了广泛应用 。如海内首创的ET-98无机磷酸盐富锌涂料,克服了无机硅酸盐富锌涂料喷砂、抛丸的缺点,除油后即可刷涂,并抵达优异的防腐功效 。      
      4.无机涂料的其他特殊作用
      除以上介绍的几种主要用途之外,无机涂料还开发了许多除了 ;ぷ饔靡酝,兼具某些特殊功效的新产品,这种无机涂料被称为特种涂料 。特种涂料具有许多特殊功效,如能够发光、发热\抗菌、抗静电、防火、阻燃、避免海洋生物附着、耐核辐射、可指示温度以及屏蔽等功效,其应用领域包括航天、航空、舰船、通例武器、核工业等 。特种功效涂料以其奇特的性能使许多产品和设备的功效得以充分发挥,成为涂料工业中不可缺氨赡新品种 。
      无机涂料的前景及展望
      “四E”(“四E”目标:Ecomomy、Efficiency、Energy、Ecology,即经济性、高效、节能、生态)已成为人类生长所配合遵循的基来源则,近年来在世界规模内又提出了可连续生长的总原则,这都将成为增进和推动无机涂料生长的强大动力 。实际上,无机涂料的生长已经受到普遍重视,日本和欧洲一些国家还提出“涂料无机化”的看法,这些均标明无机涂料具有很大的生长优势和生长潜力 。
   无机涂料虽具有诸多优点,但也保存一些性能上的缺乏,例如装饰效果欠佳,涂膜性脆易开裂,关于金属、塑料和木材等的附着力不强等 ;无机涂料的应用规模也受到限制 ;某些无机涂料生产本钱较高等 。针对无机涂料保存的一些问题,
      其解决要领有:
      (1)接纳新技术来提高无机涂料的性能 。如近年来外洋在生长无机涂料方面已经开始接纳越发先进的纳米质料制备技术、溶胶-凝胶技术来进行无机涂料的制备 。
       (2)开发新型无机涂料,扩大无机涂料的应用规模 。
       (3)降低涂料制备本钱 。目前使用新技术制备的新型无机涂料,在种种性能上具有很大优势,但由于使用了一些价格很高的原质料,使得涂料的制造本钱很高,在一定水平上影响了无机涂料的生长应用 。因而,降低本钱是无机涂料生长的无机涂料广泛应用于高温场合的外貌 ;ぶ匾翁 。
作者:焦方方  陈效华 卢磊 王秀田 严 伟
奇瑞汽车股份有限公司中央研究院
 
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