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有机硅耐高温涂料与MMO无机颜料

发表人:tryine发表时间:2012-02-13

王文强 

湖南巨发科技有限公司,湘潭411100 )


    摘  要:简述应用于有机硅耐高温涂料与MMO颜料,重点介绍MMO颜料性能、特点、品种及其有机硅耐高温涂料中的应用,并对该类颜料发展状况进行了分析,让国内有机硅耐高温涂料生产商对高性能环保无机颜料在有机硅耐高温涂料中的应用有着进一步的认识。

    关键词:有机硅耐高温涂料 MMO颜料 环保无机颜料   耐高温   


1 有机硅耐高温涂料

目前市场上耐高温涂料主要为无机耐高温涂料和有机耐高温涂料两大类。其中,无机耐高温涂料主要有陶瓷涂料、硅酸盐类涂料和富锌底漆等;有机耐高温涂料主要有氟树脂涂料、杂环聚合物涂料和有机硅高温涂料等,有机硅树脂由于其主链的硅氧键键能很强,所以具有很好的耐热性,以有机硅树脂作为耐高温涂料成膜物最为普遍。有机硅树脂还具有有机基团,兼有无机和有机的双重性能。有机硅树脂用其他树脂改性,或拼用特殊颜涂料,具有良好的施工性能、涂膜物理化学性能及特殊耐热性能,因而得到广泛应用。

1.1普通耐高温涂料

耐高温涂料是指漆膜在200℃以上不变色、不脱落、仍能保持适当物理机械性能的涂料,它在现代工业、军事、航天领域有广阔的应用前景。例如高温蒸汽管道、热交换器、高温炉、石油裂解设备、发动机部位及排气管等经常处于高温和腐蚀介质中,高温腐蚀特别严重,增加了设备维修费用,并给安全生产带来很大隐患,需要采取诸如耐高温涂层等必要的保护措施。 

常见的有机硅耐高温涂料虽然具有优异的耐高温性能,但存在物理机械性能和防腐蚀性能较差的问题,且由于耐高温涂料的技术评估及标准不一,耐高温涂层失效原因分析的偏差,导致耐高温涂料保护效果参差不齐的问题相当突出。一些高温设施涂刷耐高温涂料后,并不会立即投入运行,另一些设备如汽车、摩托车排烟管等部件所涂的耐高温涂料,常处于常温、高温和水洗冲刷交替状态,这都对耐高温涂料的防腐性能要求十分苛刻。因此,在设计有机硅耐高温涂料的配方时,需综合考虑漆膜的物理机械性能、耐热性能及防腐防锈性能要求。

1.2有机硅耐高温涂料

随着高端无机颜料的技术发展特别是MMO无机颜料的问世,以改性有机硅树脂为耐高温涂料的成膜物, 搭配适量的耐热颜料、填料、助剂、溶剂等,生产出一种可常温固化的耐800°C高温防腐蚀涂料,该涂料具有良好的耐高温性,防腐蚀性及物理机械性能,在500℃高温下可长期使用以成为现实。

1.3有机硅耐高温涂料应用

有机硅耐高温涂料应用:各种耐高温设备如高炉、壁炉、锅炉、热风炉内外壁、烟囱、烟道、排气管、热交换工艺品、油气田管道及设备、炼钢设备及管道等表面高温氧化腐蚀问题,最行之有效的解决方法就是采用耐高温抗氧化层保护。耐高温防护涂料以制作方便、成本低廉在现代工业、军事、航天等领域得到广泛应用。

2. MMO无机颜料

2.1 MMO颜料诠释

MMO颜料(Mixed Metal Oxide Pigment)是国际上最近几年才兴起的一种高性能无机颜料,现已开始广泛应用于有机硅耐高温涂料、氟碳涂料、彩钢涂料与各种功能性涂料、工程塑料、陶瓷、玻璃、军事、建材等众多领域。该颜料由多种金属氧化物经高温固相反应而生成,具有环保无毒的耐高温无机颜料,学术上称之为金属氧化物混相颜料,在国际上,常称呼为复合无机颜料、CICP(Complex Inorganic Color Pigment)等。 

   MMO无机颜料在国内由湖南巨发科技有限公司首先研发并于前年面市的高档彩色无机颜料,它是所有的颜料、染料中,各项耐性最高的,因而非常适合于有机硅耐高温涂料的应用,并缓解此前有机硅涂料行业常常面临的因高耐温彩色颜料比较罕见而出现的颜色种类非常有限的问题。

2.2MMO颜料品种

    MMO颜料花色品种较多(但遗憾的是没有红色品种),扩大品种也比较容易,只要在主晶格中掺杂适当的发色金属离子即可。工业上应用量较大的是金红石型MMO颜料和尖晶石型MMO颜料。表1是几种常用的MMO颜料。许多MMO颜料还可通过加人另外的金属离子产生变体MMO颜料,如钛镍黄可有钛铌黄变化;钛铬棕(又称钛铬黄)可有两个变体,一个为钛铌铬黄(P.Y.162),另一个为钛钨铬黄;钴蓝的一个变体为铬钴铝蓝(P.B.36)。参见表1 MMO颜料名称和组成。 


表1 MMO颜料名称和组成

名 称 C.I.名称 C.I.号 示意化学式 晶型

钛镍黄 颜料黄53 77788 (Ti,Sb,Ni)O2 金红石

钛铬棕 颜料棕24 77310 (Ti,Sb,Cr)O2 金红石

钛铬黄 颜料棕162 77896 (Ti,Nb,Cr)O2 金红石

钛铬黄 颜料棕163 77897 (Ti,W,Cr)O2 金红石

钛锰棕 颜料黄164 77899 (Ti,Sb,Mn)O2 金红石

钴蓝 颜料蓝28 77346 CoAl2O4 尖晶石

钴蓝 颜料蓝36 77343 Co(Al,Cr)2O4 尖晶石

钴绿 颜料绿26 77344 CoCr2O4 尖晶石

铬铜黑 颜料黑28 77428 CuCr2O4 尖晶石

铁铬黑 颜料棕29 77500 (Fe,Cr)2O3 尖晶石

铬铁铜黑颜料黑22 77429 Cu(Cr,Fe)2O4 尖晶石

钛铁棕 颜料黑12 77543 Fe2TiO4 尖晶石

钴绿 颜料绿5O 77377 Co2TiO4 尖晶石

钴绿 颜料绿5O 77377 (Co,Ni,Zn)2

(Ti,Al)O4 反尖晶石

铁锌铬棕 颜料棕33 77503 (Zn,Fe)(Fe,Cr) 2O4 尖晶石

钴黑   Co (Fe,Cr) 2O4 尖晶石

锰紫 颜料紫16 77742 NH4MnP2O7 

铋黄 颜料黄184 771740 BiVO4•nBi2MoO6 四方晶+方斜晶双晶相

注:C.I.为染料索引(Color Index)


2.3 性能特点

    MMO颜料品种众多,因此其性能也不尽相同。一般而言,这种颜料的第一个特点是绝对无毒 尽管它们中含有一些被认为有毒的金属如铬、锑、镍等,但由于在1000℃以上高温煅烧,所形成的混相氧化物的惰性很高,人体的胃酸根本无法使其溶解,因此即使进人胃肠内,也对人体无害;人身接触它,也是绝对安全的,这在强调环保安全的今天而言是十分可贵的。

    MMO颜料的第二个特点是它的各种耐性都非常高。正是这一特点决定了它在超耐久型涂料的价值。这是由它的制造条件决定的:高温使它们变成高惰性。彩色混相无机颜料的超长耐候性与超高耐热性是许多别的彩色颜料所不能比拟的,因而它是高温氟碳涂料的首选颜料。

MMO颜料的第三个特点是,经过不断改进,它们的漆用性能如分散性、遮盖力、吸油量等都比较好。

    MMO颜料的缺点是着色力低,色度不高,因此有些品种在有些应用系统中必须与相应的高档有机颜料配套使用。湖南巨发公司正在着手开发着色力、遮盖力和光泽更高的A型钛黄,除适用于耐光、耐候和耐热的涂料料外,还适用于与食品接触的应用领域。

MMO颜料的特点决定了它们的用途,表2是湖南巨发科技有限公司彩色混相无机颜料产品性能表


表2 湖南巨发科技有限公司MMO颜料产品性能表

产品型号 染料

索引号 颜料

名称 外观 耐热性

(℃) 耐光性 耐候性 吸油量(g/100g) pH 平均粒径

A型(μm)

JF-A(B)5301~5304 P.Y.53 钛镍黄 绿光黄色 1000 8 5 11-17 7-9 ≤1.2

JF-A(B)2401~2408 P.Br.24 钛铬棕 红光黄色 1000 8 5 11-17 7-9 ≤1.1

JF-A(B)3301~3304 P.Br.33  铁锌铬棕 咖啡色 1000  8 5 16-23 6-8 ≤1.2

JF-A(B)5001~5004 P.G.50 钴绿 黄光绿色 1000 8 5 12-20 7-9 ≤1.1

JF-A(B)2801~2804 P.B.28 钴蓝 红光蓝色 1200 8 5 28-37 7-9 ≤0.95

JF-A(B)3601~3604 P.B.36 钴蓝 绿光蓝色 1000 8 5 16-25 7-9 ≤1.1

JF-A(B)2851~2854 P.Bk.28 铜铬黑 黑色 750 8 5 12-22 7-8 ≤1.5

JF-A2901~2913 P.Br.29 铁铬黑 棕黑色 1000 8 5 12-22 7-8 ≤1.5

JF-A(B)1841~1844 P.Y.184 铋黄 鲜亮柠檬黄 260 8 5 17-25 6-9 ≤1.0


3有机硅耐高温涂料配方设计

国内许多有机硅耐高温涂料市场厂家选用湖南巨发科技有限公司钴蓝钴绿铜铬黑钛铬棕钛镍黄MMO颜料(高性能环保复合无机颜料进行专门研究,如西北永新化工股份有限公司孙正红撰写的“W61-810各色有机耐高温涂料研究”(《中国涂料》2011年第十二期)、曲阜师范大学印刷学院与北京印刷学院李树坤撰写的“ 钴蓝在弱溶剂体系中的分散稳定性研究原文刊登在《颜料》杂志2011年第6期、《信息记录材料》2011年 第3)。现从网上摘选部分配方资料,以飨观众。

3.1原材料选择

原材料主要包括树脂、颜料、填料、溶剂和助剂。

树    脂:改性有机硅树脂,固体分含量48%+2%,武汉现代,工业品;

高温颜料:钴蓝钴绿、铜络黑、钛络棕等颜料,湖南巨发科技有限公司,均为工业级。

其   它:金红石型钛白粉、氧化铁红、云母粉、陶瓷粉、低熔点玻璃粉、石英粉、石棉粉、防沉剂、分散剂、溶剂,工业品;

3.2参考配方

各色有机硅耐高温涂料建议配方量参见下表:

                 耐高温颜料,涂料颜料,巨发颜料

3.3生产工艺

将改性有机硅树脂、分散剂、防沉剂、助溶剂按配方量准确配置,用GFJ-0.4高速搅拌分散均匀后,在按照先轻后重、先少后多的原则加入颜料、填料,高速(1200-1500r/min.)分散均匀,再用SK450震荡式混合机震荡研磨至60μm以下,加入低熔点玻璃粉高速分散约3h,再加入消泡剂、流平剂等助剂,用专用稀释剂调黏度到合适的范围,检测,合格后过滤包装。

3.4性能测试

耐热性能:由于普通喷砂钢板(厚度为0.8-1.2mm)在约800℃高温的马弗炉内出现严重弯曲变形现象,现选择厚度为6-8mm钢板。钢板表面在涂装底漆前应喷砂处理达到S a2.5级,不便喷砂处理采用动力工具除锈至St3级(ISO8501-1:1988)。表面不允许有焊渣、药皮、电弧烟尘,边角不允许有毛刺及未除去的锈斑。表面不平处或其它因喷砂处理引起的表面瑕疵须设法磨平、填补或适当处理。钢板在表面处理后4h内喷涂w60-800耐高温涂料,试样在恒温恒湿室【(25±2)℃,57%±2%】自然干燥48h,放入马弗炉中,调温至800℃并恒温8h后取出,冷却至室温,用放大镜观察涂层表面状况,如无龟裂、起泡、脱落现象,即说明涂层耐热性能良好。

冷热交变性能:涂装后的样板经过持续800℃保持8h后,取出,冷至室温25℃,重新放入马弗炉中,经过两小时高温后,取出,冷至室温。反复多个周期,用放大镜观察涂层表面状况,如无龟裂、起泡、脱落现象,即说明涂层耐热性能良好。

其它指标按相应国标:涂膜制备按GB/T1727-92;涂膜颜色与外观按GB 1727—79测试;细度按GB/T1724—79测试;黏度按GB 9269-88测试;附着力按GB/T1720—1979测试;柔韧性按GB/T1731—1993测试;冲击强度按GB/T1732—1993测试;干燥时间按GB/T1782—1979测试;耐水性按GB/T1733—1993测试;耐盐水性GB/T1763—1979测试;耐热性按GB1735—79测试;耐人工老化按GB/T1765—97测试;耐盐雾按GB/T1740—79(89)测试。

W61-800各色有机硅耐高温涂料检测结果参见如下表:

  涂料颜料,耐高温颜料,巨发颜料

4结语

通过国内外有机硅树脂性能对比和耐高温环保型复合颜料(MMO颜料)、耐高温低熔点陶瓷粉、低熔点玻璃粉及云母粉、石英粉等无机硅酸盐填料和助剂的选择,我们摘选各色有机硅耐热涂料建议配比和试验检测结果。检测数据显示各色有机硅耐热涂料不仅具有优异的耐高温性能,而且还具有优良的耐盐雾、耐人工老化、天然暴晒等防腐、耐候性能,是理想的室内外高温防腐保护涂料,色彩选择性明显增强,装饰性提高,可广泛应用于高温设备如高炉、壁炉、锅炉、热风炉内外壁、烟囱、焰道、排气管、热交换气工艺品、油气田管道及设备、炼钢设备及管道等领域,市场前景非常广阔。


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