耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料及制備與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬零部件的耐高溫防腐蝕、耐核輻射防護(hù)技術(shù)，具體為一種耐高溫防腐蝕、耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]核能作為一種新型能源正逐漸被世界各國(guó)重視。核能的利用主要以核電為主，一般情況下核電廠建在海邊，所處的海洋大氣環(huán)境具有極強(qiáng)的腐蝕性，導(dǎo)致金屬構(gòu)件容易出現(xiàn)老化腐蝕現(xiàn)象。核反應(yīng)堆周圍潛在的核輻射亦會(huì)加速材料的老化，同時(shí)為了防止放射性粉塵的出現(xiàn)目前的核反應(yīng)設(shè)施上均需進(jìn)行涂裝保護(hù)，涂裝用的涂料需要滿足耐高溫、防腐蝕、耐溫度交變和耐核輻射。
[0003]有機(jī)硅涂料是一類廣泛應(yīng)用的重要耐高溫涂料品種，從20世紀(jì)50年代開始人們投入大量精力研宄耐高溫涂層與涂料，開發(fā)了各種各樣的產(chǎn)品，尤以美國(guó)、日本的發(fā)展為佳。純有機(jī)硅樹脂在干燥環(huán)境中可以長(zhǎng)期耐250°C高溫，經(jīng)過改性的有機(jī)硅樹脂可以提高到耐600°C高溫。在有機(jī)硅研發(fā)方面，往往過分注重耐高溫性，而忽略了耐腐蝕性等問題。為了提高有機(jī)硅樹脂涂料的耐高溫性能，目前國(guó)際上常采取制備特種有機(jī)硅耐高溫樹脂、有機(jī)硅樹脂改性和添加耐高溫填料等工藝措施來提高其耐高溫性能，如:美國(guó)道康寧公司、Tempild Divis1n和日本國(guó)立材料化工研宄所等，通過有機(jī)娃樹脂與銷粉等配合耐溫性可實(shí)現(xiàn)從650?1400°C，但只添加鋁粉的有機(jī)硅涂料耐核輻射性能和防腐蝕性能較差。有機(jī)硅涂料的一個(gè)特點(diǎn)是:在高溫環(huán)境中使用時(shí)，由于涂料中有機(jī)物的揮發(fā)常造成一定數(shù)量的孔洞等缺陷，這些缺陷成為侵蝕性Cl—離子和O2的擴(kuò)散通道，易造成涂層下基體材料的氧化和鹽霧腐蝕，這是該類高溫涂料在海洋環(huán)境中防腐蝕性能不佳的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫防腐蝕、耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料及其制備方法與應(yīng)用，解決在高溫、高濕、高鹽份、核輻射環(huán)境中服役的金屬構(gòu)件的氧化、腐蝕和輻射問題，簡(jiǎn)化施工工藝，降低生產(chǎn)成本。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料，該涂料包括A組分和B組分，A組分包括有機(jī)硅樹脂、納米粉和稀釋劑，B組分為聚氨酯樹脂；按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，涂料的組成為:有機(jī)硅樹脂50?100份，納米粉5?60份，聚氨酯樹脂5?40份，稀釋劑O?50份；納米粉為納米鈦粉和納米二氧化鈦粉的混合物，納米鈦粉和納米二氧化鈦粉的質(zhì)量比例為0.1 ?10
[0007]所述的耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料，優(yōu)選的，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，涂料的組成為:有機(jī)硅樹脂60?90份，納米粉10?50份，聚氨酯樹脂10?35份，稀釋劑5?40份；納米粉為納米鈦粉和納米二氧化鈦粉的混合物，納米鈦粉和納米二氧化鈦粉的質(zhì)量比例為I?10。
[0008]所述的耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料，有機(jī)硅樹脂包括:甲基有機(jī)硅樹脂、苯基有機(jī)硅樹脂和甲基苯基有機(jī)硅樹脂之一種或兩種以上，溶劑為二甲苯，聚氨酯樹脂為固化劑。
[0009]所述的耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料，納米鈦粉粒徑為1nm?10nm,納米二氧化鈦粉粒徑為1nm?lOOnm。
[0010]所述的耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料的制備方法，首先，按比例稱取有機(jī)硅樹脂、納米鈦粉、納米二氧化鈦粉及二甲苯并充分混合構(gòu)成A組分；稱取研磨珠，連同A組分邊攪拌邊放入高速循環(huán)砂磨機(jī)中；在循環(huán)砂磨機(jī)中以1500?2500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌20?40分鐘后，取出后即得到研磨好的A組分；按比例稱取B組分聚氨酯樹脂，與A組分充分?jǐn)嚢杈鶆?，形成耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料。
[0011]所述的耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料的制備方法，研磨珠為粒徑0.5?1.5mm的瑪瑙珠、陶瓷珠或不銹鋼珠。
[0012]所述的耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料的應(yīng)用，取耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料，采用噴涂、刷涂或浸涂的方式，在經(jīng)過噴砂處理的零部件表面制備涂層，涂層在室溫固化24h以上，一道涂層厚度為10?100 μ m，根據(jù)需要進(jìn)行一道或一道以上多道涂裝。
[0013]所述的耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料的應(yīng)用，耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料適用于溫度為200?700°C核輻射環(huán)境中對(duì)金屬零部件的防護(hù)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下:
[0015]1、本發(fā)明研制出的耐高溫防腐蝕、耐核輻射防護(hù)涂層，制備工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0016]2、本發(fā)明中以有機(jī)硅樹脂和聚氨酯樹脂為成膜物，使用彌散分布的納米鈦粉和納米二氧化鈦粉實(shí)現(xiàn)耐高溫腐蝕和耐核輻射性能，納米鈦粉和二氧化鈦粉具有良好耐高溫性能的同時(shí)，還具有耐核輻射性能。另一方面，納米鈦粉氧化過程中的體積膨脹作用，彌合了由于有機(jī)硅樹脂在高溫分解時(shí)產(chǎn)生的微觀孔洞問題，提高了涂層的致密性，進(jìn)而使涂層具有自修復(fù)功能。
[0017]3、本發(fā)明中采用聚氨酯樹脂改性有機(jī)硅樹脂，實(shí)現(xiàn)了涂料的常溫固化，更適用于管線等狹長(zhǎng)空間的施工。
[0018]4、本發(fā)明適用于高溫、高濕、高鹽份、核輻射環(huán)境中的金屬構(gòu)件，采用噴涂、刷涂或浸涂的方式在經(jīng)過噴砂處理的金屬構(gòu)件表面制備涂層，涂層固化后，在350°C、鹽和水蒸氣環(huán)境中加速腐蝕100h后，涂層完好，涂層下的金屬不氧化和腐蝕。經(jīng)1.5X107Gy的γ射線輻射后，涂層完好，金屬基體得到了有效防護(hù)。
【附圖說明】
[0019]圖1為在350°C鹽和水蒸氣環(huán)境中經(jīng)100h加速腐蝕后的涂層形貌。其中，(a)為表面掃描電子顯微鏡(SEM)形貌圖；(b)為截面掃描電子顯微鏡(SEM)形貌SEM形貌圖。
[0020]圖2為在350°C經(jīng)過1.5 X 17Gy的γ射線輻射后涂層形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明耐高溫防腐蝕耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料，包括A組分和B組分，A組分包括有機(jī)硅樹脂、納米鈦粉和納米二氧化鈦粉和稀釋劑，B組分為聚氨酯樹脂。各組分按質(zhì)量份數(shù)計(jì)分別為:有機(jī)硅樹脂50?100份，納米粉5?60份，聚氨酯樹脂5?40份，稀釋劑O?50份。其中，有機(jī)硅樹脂為甲基有機(jī)硅樹脂、苯基有機(jī)硅樹脂和甲基苯基有機(jī)硅樹脂之一種或兩種以上。納米粉為納米鈦粉和納米二氧化鈦粉的混合物，其質(zhì)量比例為0.1?10。納米鈦粉粒徑為1nm?lOOnm，納米二氧化鈦粉粒徑為1nm?lOOnm。另外，以二甲苯調(diào)節(jié)涂料的粘度為15?30s。
[0022]上述耐高溫防腐蝕、耐核輻射涂料納米改性有機(jī)硅涂料的制備方法為:
[0023]首先，將有機(jī)硅樹脂、納米粉和二甲苯溶劑充分混合；然后，邊攪拌邊將上述預(yù)混合均勻后的混合物連同適量的粒徑為0.5?1_的研磨珠放入循環(huán)研磨機(jī)中(研磨珠與預(yù)混合均勻后的混合物的質(zhì)量比例為1:1?1:10)，以1500?2500rpm的轉(zhuǎn)速研磨20?40分鐘后，取出后即得到A組分。
[0024]上述耐高溫防腐蝕、耐核輻射涂料納米改性有機(jī)硅涂料的應(yīng)用為:
[0025]耐高溫防腐蝕、耐核輻射納米改性有機(jī)硅涂料用于在200?700°C核輻射環(huán)境中對(duì)金屬制件的防護(hù)。按比例稱取研磨好的組分A，并按比例稱取B組分聚氨酯樹脂，將二者充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，采用噴涂、刷涂或浸涂的方式在?jīng)過噴砂處理的金屬零部件表面制備涂層，一道涂層厚度10?100 μ m，根據(jù)需要進(jìn)行一道或一道以上多道涂裝。涂層在室溫環(huán)境中固化24h以上，即得到耐高溫防腐蝕防腐蝕、耐核輻射涂層。
[0026]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0027]實(shí)施例1
[0028]稱取甲基有機(jī)娃樹脂1000g、納米鈦粉(粒徑50nm) 300g、納米二氧化鈦粉(粒徑60nm) 100g、二甲苯300g和500g粒徑為0.8mm的娃酸錯(cuò)研磨珠。預(yù)混合甲基有機(jī)娃樹脂、納米鈦粉、納米二氧化鈦粉、二甲苯，將上述預(yù)混合均勻后的混合物連同研磨珠邊攪拌邊加入循環(huán)砂磨機(jī)中，以2300rpm的轉(zhuǎn)速攪拌25min后，取出后獲得A組分。稱取300g聚氨醋樹脂與上述A組分混合均勻后粘度為28s，采用噴涂的方式將涂料噴涂到經(jīng)過噴砂處理的304不銹鋼表面，在常溫下固化24h，即獲得耐高溫防腐蝕、耐核輻射防護(hù)涂層。
[0029]本實(shí)施例中，耐高溫防腐蝕、耐核輻射防護(hù)涂層的性能參數(shù)如下:
[0030]涂裝了上述10 μ m耐高溫防腐蝕、耐核輻射防護(hù)涂層的304不銹鋼在350°C、鹽和水蒸氣環(huán)境中經(jīng)100h加速腐蝕后，涂層完好，未出現(xiàn)剝落等破壞，不銹鋼得到了有效防護(hù)，如圖1所示。在350°C環(huán)境中經(jīng)1.5X 17Gy的γ射線輻射后，涂層完好，未出現(xiàn)剝落、起泡等破壞。
[0031]實(shí)施例2
[0032]稱取苯基有機(jī)硅樹脂800g、納米鈦粉(粒徑80nm) 200g、納米二氧化鈦粉(粒徑50nm) 80g、二甲苯400g和600g粒徑為0.8mm的娃酸錯(cuò)研磨珠。預(yù)混合苯基有機(jī)娃樹脂、納米鈦粉、納米二氧化鈦粉、二甲苯，將上述預(yù)混合均勻后的混合物連同研磨珠邊攪拌邊加入循環(huán)砂磨機(jī)中，以2250rpm的轉(zhuǎn)速攪拌35min后，取出后獲得A組分。稱取250g聚氨醋樹脂與上述A組分混合均勻后粘度為25s，采用噴涂的方式將涂料噴涂到經(jīng)過噴砂處理的304不銹鋼表面，在常溫下固化24h，即獲得耐高溫防腐蝕、耐核輻射防護(hù)涂層。
[0033]本實(shí)施例中，耐高溫耐防腐蝕、耐核輻射防護(hù)涂層的性能參數(shù)如下:
[0034]涂裝了上述40 μπι耐高溫防腐蝕、耐核輻射防護(hù)涂層的304不銹鋼在350°C環(huán)境中經(jīng)1.5X107Gy的γ射線輻射后，涂層完好，未出