摘要：利用有机硅树脂对环氧树脂共混改性，并对涂料中所使用的无机颜填料进行选择，显著提高了粉末涂料的耐热性能，使得涂层能够在250℃以上的环境中长期使用。

引言

随着涂料工业的发展，粉末涂料在金属底材的涂装方面已经得到了广泛的应用，近年来，抗菌型、高耐磨型、耐热型等功能性产品的开发与应用成为粉末涂料的发展方向。

耐热性粉末涂料是指能长期经受200℃以上温度，涂膜良好，并能使被保护对象在高温环境中正常发挥作用的粉末涂料。

从聚合物热稳定性机理来讲，聚合物的耐热性主要取决于其分子结构。通过在主链上引入较大或较多的极性侧基，增加分子间相互作用力等方法，可提高聚合物的热稳定性。

提高粉末涂料耐热性能的另一途径是在聚合物中加入耐热的颜料和填料。常用的颜填料有铝粉、云母粉、不锈钢粉、镉粉、二氧化硅等。

1、试验部分

1.1 涂膜的制备

按照配方制备粉末涂料，混合粉碎，双螺杆挤出机挤出，压片、粉碎、过筛（180目），静电喷涂到经喷砂处理的钢板底材上，200℃/20min固化。

1.2 性能测试

耐热性能：300℃烘箱；耐冲击性：GB 1732-79；光泽度：GB 1743-79。

2、结果与讨论

2.1 树脂的耐热性

树脂作为涂料的主要成膜物质是决定涂层耐热性的最基本因素，通常的树脂产品耐热指标见表1。

粉末涂料一般在180~200℃，20min的条件下固化成膜，属于热固性涂料，其涂层形成网状交联结构，所以较热塑性涂料的耐热性能有一定的提高。

通过对环氧型、环氧聚酯混合型、聚酯/TGIC型等粉末涂料的耐热试验（表2）表明，这些涂层基本都能够在低于150℃的条件下长期使用。

但是在高于250℃的环境中，涂层则表现出失光、附着力下降、涂层脆化、柔韧性降低、粉化等破坏现象，使得涂层失去对底材的保护作用。

表2结果表明，现有的通用型产品在以下几个方面存在缺陷：

①涂层表面严重失光；

②涂层机械性能明显变差；

③涂层的柔韧性明显下降；

④涂层的连续使用时间基本上都小于30h。

目前应用最为广泛的耐热树脂主要有有机硅树脂和氟树脂。有机硅树脂以硅氧键（—Si—O—）为主链。

由于其键能高，因而具有高的氧化稳定性，并且有机硅树脂能够在涂层表面生成稳定链—Si—O—Si—的保护层，减轻了对聚合物内部的影响；

有机硅树脂在耐热涂料中具有广泛的应用，但是单独使用有机硅树脂由于其分子间作用力小，附着力差，而且价格过高。

依据初步试验结果，采用添加适量的有机硅树脂的方法改性环氧树脂，达到既保证一定的耐热性能又满足市场需求的目的。

选用的2种有机硅树脂均为含羟基官能团的树脂，Si/Epoxy采用0.1、0.3 2个比例进行试验，实验结果见表3。

通过对有机硅树脂在不同体系中的应用可以看出，有机硅树脂的加入明显地提高了涂层的耐热性能。

通过连续烘烤破坏试验证明，涂层的耐热时间由原来的10h以上延长到了100h以上，另一方面，涂层的柔韧性也得到明显改善，在连续9h的使用过程中能保持相当的柔韧性。

2种不同的有机硅树脂用量不同其性能也不同。当有机硅树脂占总量的0.1时，涂层的柔韧性能有显著改善，但是其耐热时间仍然较低，约为50h。

但当其比例增加到0.3时，涂层的使用寿命可以超过100h。这说明有机硅含量的增加使得其与环氧树脂接枝比例增加，使得涂层在高温环境中能够保持良好的性能。

有机硅树脂1和2性能差别不大，有机硅树脂1在改善涂层的柔韧性方面较树脂2有优势，但其对于涂层高温烘烤后的表面硬度有负面影响；而树脂2则在涂层表面硬度方面优于树脂1。

3、选择耐热颜填料的试验

3.1 耐热体质填料

耐热填料的选用也将直接影响到涂层的使用寿命，选用市场上较为常用的体质填料，进行一系列的实验，结果见表4。

在所有试用过的填料中，烘烤前涂层的耐冲击性由好到差依次为：硅灰石、云母粉、高岭土＞ 硅线石＞石英。烘烤后则为：云母粉最好，其余相差无几。

从表4可以看出，云母粉作为耐热填料较好，选用径厚比＞80的细鳞片状结构，在涂层中能够形成良好的层间结构，从而有效的阻止氧的渗入，减缓涂层树脂基料的老化，达到延长涂层寿命的保护作用。

其他的填料如硫酸钡、高岭土等由于是球状外形，所以在高温环境中氧气容易渗透，使得涂层内部树脂受到氧化破坏，从而降低涂层的附着力。

3.2 耐热颜料

普通的有机颜料在高于200℃的使用环境中，会发生变色甚至分解，因此在耐热型粉末涂料中只能选用无机颜料。

如氧化铁、石墨、炭黑等，通过实验，综合抗变色性、涂层机械性能等各种因素，氧化铁类以及石墨是最佳的黑色颜料，不仅具有良好的抗高温变色性，而且也不影响涂层的机械性能，其用量较大（可以占到树脂总量的5%~20%）。

在耐热型粉末涂料中颜填料的总量对于涂层的耐热性能有较为明显的影响，一般填料越多涂层耐热性能越好，但是涂层的机械性能变差，通过实验最终确定其最佳的用量范围为60%~100%之间（与树脂总量的比）。

3.3 抗氧剂

由于涂层在高温环境中使用，有机高分子会产生降解，尤其是在氧气存在下，会加速涂层的老化过程，因此要添加一定量的抗氧剂来减缓涂层的老化过程。

粉末涂料使用的抗氧剂主要以亚磷酸酯和受阻酚类为主。亚磷酸酯类的主要功能是防止涂层在烘烤过程中黄变；

受阻酚类的主要功能是长期防止聚合物的氧化。亚磷酸酯和受阻酚, 类抗氧剂复合使用方能达到最佳的防老化效果。实验结果见表5。

从表5可以看出，抗氧剂单独使用时对于涂层的抗黄变性能没有明显的作用，但是当两者混合使用，且比例为4/1时，涂层表现出了明显的抗黄变性能。

但是当将使用温度提高到300℃则发现，抗氧剂所起作用已不明显，这可能是由于抗氧剂受热挥发使得其含量下降，涂层中树脂的分解速度过快，使得抗氧剂无法及时的消除树脂因受热产生的自由基。

4、结语

通过在环氧树脂中添加树脂总量10%~30%的有机硅树脂，并选用耐热填料——云母粉以及适量的复合型抗氧剂，使得粉末涂料的耐热性能显著提高（使用寿命由原先的300℃1h，提高到70h以上）。

能够满足在350℃以下的环境中长期使用，且涂层具有良好的附着力和耐冲击性，一定的柔韧性，同时将涂层的变色性降到最小。