耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料及制备与应用

耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料及制备与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属零部件的耐高温防腐蚀、耐核辐射防护技术，具体为一种耐高温防腐蚀、耐核辐射纳米改性有机硅涂料及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]核能作为一种新型能源正逐渐被世界各国重视。核能的利用主要以核电为主，一般情况下核电厂建在海边，所处的海洋大气环境具有极强的腐蚀性，导致金属构件容易出现老化腐蚀现象。核反应堆周围潜在的核辐射亦会加速材料的老化，同时为了防止放射性粉尘的出现目前的核反应设施上均需进行涂装保护，涂装用的涂料需要满足耐高温、防腐蚀、耐温度交变和耐核辐射。
[0003]有机硅涂料是一类广泛应用的重要耐高温涂料品种，从20世纪50年代开始人们投入大量精力研宄耐高温涂层与涂料，开发了各种各样的产品，尤以美国、日本的发展为佳。纯有机硅树脂在干燥环境中可以长期耐250°C高温，经过改性的有机硅树脂可以提高到耐600°C高温。在有机硅研发方面，往往过分注重耐高温性，而忽略了耐腐蚀性等问题。为了提高有机硅树脂涂料的耐高温性能，目前国际上常采取制备特种有机硅耐高温树脂、有机硅树脂改性和添加耐高温填料等工艺措施来提高其耐高温性能，如:美国道康宁公司、Tempild Divis1n和日本国立材料化工研宄所等，通过有机娃树脂与销粉等配合耐温性可实现从650?1400°C，但只添加铝粉的有机硅涂料耐核辐射性能和防腐蚀性能较差。有机硅涂料的一个特点是:在高温环境中使用时，由于涂料中有机物的挥发常造成一定数量的孔洞等缺陷，这些缺陷成为侵蚀性Cl—离子和O2的扩散通道，易造成涂层下基体材料的氧化和盐雾腐蚀，这是该类高温涂料在海洋环境中防腐蚀性能不佳的主要原因。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于提供一种耐高温防腐蚀、耐核辐射纳米改性有机硅涂料及其制备方法与应用，解决在高温、高湿、高盐份、核辐射环境中服役的金属构件的氧化、腐蚀和辐射问题，简化施工工艺，降低生产成本。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]一种耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料，该涂料包括A组分和B组分，A组分包括有机硅树脂、纳米粉和稀释剂，B组分为聚氨酯树脂；按质量份数计，涂料的组成为:有机硅树脂50?100份，纳米粉5?60份，聚氨酯树脂5?40份，稀释剂O?50份；纳米粉为纳米钛粉和纳米二氧化钛粉的混合物，纳米钛粉和纳米二氧化钛粉的质量比例为0.1 ?10
[0007]所述的耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料，优选的，按质量份数计，涂料的组成为:有机硅树脂60?90份，纳米粉10?50份，聚氨酯树脂10?35份，稀释剂5?40份；纳米粉为纳米钛粉和纳米二氧化钛粉的混合物，纳米钛粉和纳米二氧化钛粉的质量比例为I?10。
[0008]所述的耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料，有机硅树脂包括:甲基有机硅树脂、苯基有机硅树脂和甲基苯基有机硅树脂之一种或两种以上，溶剂为二甲苯，聚氨酯树脂为固化剂。
[0009]所述的耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料，纳米钛粉粒径为1nm?10nm,纳米二氧化钛粉粒径为1nm?lOOnm。
[0010]所述的耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料的制备方法，首先，按比例称取有机硅树脂、纳米钛粉、纳米二氧化钛粉及二甲苯并充分混合构成A组分；称取研磨珠，连同A组分边搅拌边放入高速循环砂磨机中；在循环砂磨机中以1500?2500rpm的转速搅拌20?40分钟后，取出后即得到研磨好的A组分；按比例称取B组分聚氨酯树脂，与A组分充分搅拌均匀，形成耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料。
[0011]所述的耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料的制备方法，研磨珠为粒径0.5?1.5mm的玛瑙珠、陶瓷珠或不锈钢珠。
[0012]所述的耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料的应用，取耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料，采用喷涂、刷涂或浸涂的方式，在经过喷砂处理的零部件表面制备涂层，涂层在室温固化24h以上，一道涂层厚度为10?100 μ m，根据需要进行一道或一道以上多道涂装。
[0013]所述的耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料的应用，耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料适用于温度为200?700°C核辐射环境中对金属零部件的防护。
[0014]本发明的优点及有益效果如下:
[0015]1、本发明研制出的耐高温防腐蚀、耐核辐射防护涂层，制备工艺简单，容易实现工业化生产。
[0016]2、本发明中以有机硅树脂和聚氨酯树脂为成膜物，使用弥散分布的纳米钛粉和纳米二氧化钛粉实现耐高温腐蚀和耐核辐射性能，纳米钛粉和二氧化钛粉具有良好耐高温性能的同时，还具有耐核辐射性能。另一方面，纳米钛粉氧化过程中的体积膨胀作用，弥合了由于有机硅树脂在高温分解时产生的微观孔洞问题，提高了涂层的致密性，进而使涂层具有自修复功能。
[0017]3、本发明中采用聚氨酯树脂改性有机硅树脂，实现了涂料的常温固化，更适用于管线等狭长空间的施工。
[0018]4、本发明适用于高温、高湿、高盐份、核辐射环境中的金属构件，采用喷涂、刷涂或浸涂的方式在经过喷砂处理的金属构件表面制备涂层，涂层固化后，在350°C、盐和水蒸气环境中加速腐蚀100h后，涂层完好，涂层下的金属不氧化和腐蚀。经1.5X107Gy的γ射线辐射后，涂层完好，金属基体得到了有效防护。
【附图说明】
[0019]图1为在350°C盐和水蒸气环境中经100h加速腐蚀后的涂层形貌。其中，(a)为表面扫描电子显微镜(SEM)形貌图；(b)为截面扫描电子显微镜(SEM)形貌SEM形貌图。
[0020]图2为在350°C经过1.5 X 17Gy的γ射线辐射后涂层形貌。
【具体实施方式】
[0021]在【具体实施方式】中，本发明耐高温防腐蚀耐核辐射纳米改性有机硅涂料，包括A组分和B组分，A组分包括有机硅树脂、纳米钛粉和纳米二氧化钛粉和稀释剂，B组分为聚氨酯树脂。各组分按质量份数计分别为:有机硅树脂50?100份，纳米粉5?60份，聚氨酯树脂5?40份，稀释剂O?50份。其中，有机硅树脂为甲基有机硅树脂、苯基有机硅树脂和甲基苯基有机硅树脂之一种或两种以上。纳米粉为纳米钛粉和纳米二氧化钛粉的混合物，其质量比例为0.1?10。纳米钛粉粒径为1nm?lOOnm，纳米二氧化钛粉粒径为1nm?lOOnm。另外，以二甲苯调节涂料的粘度为15?30s。
[0022]上述耐高温防腐蚀、耐核辐射涂料纳米改性有机硅涂料的制备方法为:
[0023]首先，将有机硅树脂、纳米粉和二甲苯溶剂充分混合；然后，边搅拌边将上述预混合均匀后的混合物连同适量的粒径为0.5?1_的研磨珠放入循环研磨机中(研磨珠与预混合均匀后的混合物的质量比例为1:1?1:10)，以1500?2500rpm的转速研磨20?40分钟后，取出后即得到A组分。
[0024]上述耐高温防腐蚀、耐核辐射涂料纳米改性有机硅涂料的应用为:
[0025]耐高温防腐蚀、耐核辐射纳米改性有机硅涂料用于在200?700°C核辐射环境中对金属制件的防护。按比例称取研磨好的组分A，并按比例称取B组分聚氨酯树脂，将二者充分搅拌均匀后，采用喷涂、刷涂或浸涂的方式在经过喷砂处理的金属零部件表面制备涂层，一道涂层厚度10?100 μ m，根据需要进行一道或一道以上多道涂装。涂层在室温环境中固化24h以上，即得到耐高温防腐蚀防腐蚀、耐核辐射涂层。
[0026]下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的说明:
[0027]实施例1
[0028]称取甲基有机娃树脂1000g、纳米钛粉(粒径50nm) 300g、纳米二氧化钛粉(粒径60nm) 100g、二甲苯300g和500g粒径为0.8mm的娃酸错研磨珠。预混合甲基有机娃树脂、纳米钛粉、纳米二氧化钛粉、二甲苯，将上述预混合均匀后的混合物连同研磨珠边搅拌边加入循环砂磨机中，以2300rpm的转速搅拌25min后，取出后获得A组分。称取300g聚氨醋树脂与上述A组分混合均匀后粘度为28s，采用喷涂的方式将涂料喷涂到经过喷砂处理的304不锈钢表面，在常温下固化24h，即获得耐高温防腐蚀、耐核辐射防护涂层。
[0029]本实施例中，耐高温防腐蚀、耐核辐射防护涂层的性能参数如下:
[0030]涂装了上述10 μ m耐高温防腐蚀、耐核辐射防护涂层的304不锈钢在350°C、盐和水蒸气环境中经100h加速腐蚀后，涂层完好，未出现剥落等破坏，不锈钢得到了有效防护，如图1所示。在350°C环境中经1.5X 17Gy的γ射线辐射后，涂层完好，未出现剥落、起泡等破坏。
[0031]实施例2
[0032]称取苯基有机硅树脂800g、纳米钛粉(粒径80nm) 200g、纳米二氧化钛粉(粒径50nm) 80g、二甲苯400g和600g粒径为0.8mm的娃酸错研磨珠。预混合苯基有机娃树脂、纳米钛粉、纳米二氧化钛粉、二甲苯，将上述预混合均匀后的混合物连同研磨珠边搅拌边加入循环砂磨机中，以2250rpm的转速搅拌35min后，取出后获得A组分。称取250g聚氨醋树脂与上述A组分混合均匀后粘度为25s，采用喷涂的方式将涂料喷涂到经过喷砂处理的304不锈钢表面，在常温下固化24h，即获得耐高温防腐蚀、耐核辐射防护涂层。
[0033]本实施例中，耐高温耐防腐蚀、耐核辐射防护涂层的性能参数如下:
[0034]涂装了上述40 μπι耐高温防腐蚀、耐核辐射防护涂层的304不锈钢在350°C环境中经1.5X107Gy的γ射线辐射后，涂层完好，未出