温杰平¹ ,贺 辉 ² ,赵 薇¹ ,姜清淮¹ ,王明强¹ ,王瑞华¹ 

(1.海洋化工研究院有限公司,高端装备涂料全国重点实验室,山东 青岛 266001;2.航空工业第一飞机设计研究院,西安 710089)

摘要：耐热涂层是高温环境下有效保护金属材料的技术手段，耐热成膜物是影响涂层耐热性能的重要组成，其在高温下 的耐热性能是决定涂层的服役周期和性能的关键因素。本文从有机材料的角度出发，对近年来耐热涂层的研发及应用现状进行梳理，重点对聚氨酯耐热涂层、有机硅耐热涂层、聚酰亚胺耐热涂层的性能进行描述，并分析了树脂结构及性能设计优化来实现耐热功能的机理，阐述了耐热涂层的合成方法。最后从改性树脂的角度进行简要展望，以满足未来工业涂料的防护要求。

关键词：耐热涂层;树脂改性;有机涂层;预聚物

引言

在高温环境中，金属材料容易与空气中的氧气等物质反应，发生腐蚀，这破坏了金属材料的强度，导致材料结构性缺损，增加了安全隐患。因此，为了降低安全隐患，金属表面需要涂装耐高温防腐涂料；同时，航空、航天^[1]等工业的迅速发展，对材料特殊部件耐高温性能的要求越来越高。为了延长金属的使用寿命，提高耐热涂层的操作特性，同时拓宽超耐热材料操作能力的温度-时间间隔，需研究出不同类型的有机耐热涂层，以满足各行业领域不同的工况要求。本文归纳了近年来有机耐热涂层技术的研究现状及应用情况，对耐热涂层的前沿发展方向进行了展望，为未来有机耐热涂层的研究技术发展方向提供参考。

在实际应用中，主要是围绕解决耐热和耐腐蚀性的问题来设计研发。现有应用的耐热涂料产品一般是由耐热成膜物、填料、颜料、助剂和稀释剂组成。其中，耐热成膜物是影响涂层耐热性能的重要组成，其在高温下的耐热性能是决定涂层的服役周期和性能的关键因素。目前，主要根据耐热特性筛选成膜树脂，并且与涂料配方体系设计协同，共同对其进行调控。

根据成膜物的不同，可以分为有机和无机涂层、热塑性和热固性涂层等种类。由于国家大力提倡环境保护和安全，材料的选择越发被限制，由此开发出毒性较小，甚至无毒性的耐热涂层材料，并取得了实际的应用效果。

有机耐热涂层具有优异的机械性能和化学稳定性，应用广泛。聚氨酯涂料、聚酰亚胺涂料和有机硅涂料等有机涂料因其耐磨、耐油、高强度、耐溶剂、耐热等特征，在有机涂料领域具有举足轻重的地位。

 1 聚氨酯耐热涂层

聚氨酯是一种用途广泛的聚合物材料，在石油和天然气工业中表现出卓越的操作品质、良好的耐磨性和出色的耐热特性。这使得聚氨酯适用于各种工业应用，如石油和天然气、汽车、生物医学等。聚氨酯涂料的、耐热性能一直是众多研究的主题，旨在增强其耐热特性，以满足各个工业部门日益增长的耐热涂料的需求^[2]。聚氨酯在这个背景下发展迅速，基于聚氨酯的涂层具有高强度性能、耐腐蚀环境、对各种材料的附着力强，可以满足国家大力提倡绿色环保的要求，这确保了其在各行业中的广泛应用。然而，聚氨酯涂层的特点是耐热性低，通过引入各种性质的化合物，包括含有胺和氰基的化合物，可以提高耐热性^[3]。因此，迫切需要开发和研究基于含异氰酸酯预聚物和活性改性剂的具有一套所需操作性能的新型耐热聚合物材料，这将使其能够在高温暴露条件下使用。其中一种改性剂是双氰胺，传统上用于固化环氧树脂。当用双氰胺对含异氰酸酯的体系进行改性时，双氰胺的氨基能够与预聚物的异氰酸酯基团相互作用，整合到聚合物结构中。存在于双氰胺结构中的氰基和形成的脲基可以提高涂层的黏附性和耐热性。 

ROGOZHINALG等^[4]用双氰胺对含异氰酸酯的预聚物进行改性，制备成具有不同超分子结构、高耐热性能和操作性能的聚氨酯清漆。这是因为双氰胺的引入增加了硬脲嵌段的浓度，提高了氨基甲酸乙酯涂层的结晶度，同时形成了有序的超分子结构，并提高了玻璃化转变温度和弹性模量。在含有异氰酸酯的预聚物的组成中引入 1.5% ~ 2.0 % 的双氰胺，可以提高涂层的强度和耐热性。

聚氨酯(PU)材料具有良好的物理和机械性能，但其缺点是耐开孔性低和耐高温差。改善 PU 热特性的一种方法是用低聚酯进行改性，在链中引入低聚酯的芳香部分可以增强聚氨酯的耐热性和耐火性。因此 PASERBMA 等^[5]在二苯基丙烷和二羧酸的羟乙基化衍生物的基础上合成具有末端羟基的新型芳香族低聚酯，该低聚酯具有高硬度和高弹性、保持附着力和强度的特点，并用合成的低聚酯改性聚氨酯材料，研究结果得出低聚酯改性后的聚氨酯材料拥有良好的耐热性能和防火性能。

曾柳惠团队^[6]为改善聚氨酯/环氧树脂胶黏剂的耐水性\耐热性及力学性能，以 γ - 氨丙基三乙氧基硅烷作为有机硅组分对聚氨酯/环氧树脂胶黏剂进行改性，形成有机硅与聚氨酯/环氧树脂的互穿网络结构，最终制成耐热性能良好的有机硅改性聚氨酯/环氧树脂胶黏剂。

ZHUYM 等^[7]通过分子结构设计，将三羟甲基丙烷(TMP)作为交联剂和硅氧烷偶联剂 KH - 602 精确接枝到 PPCD 水性聚氨酯的支链上。通过选择聚碳二氧基多元醇(PPCD)和异氰酸酯(IPDI)作为软硬链段，合成了一系列水性聚氨酯(WP U)通过分析附着力、力学性能和热性能，研究了 TMP 和 KH - 602 含量对 WPU 涂层性能的影响。结果表明，聚氨酯涂料的热稳定性显著提高，分解温度从 190.3 ℃ 提高到 274 ℃ ，质 量损失 5 % 。此外，随着涂层中聚硅氧烷含量的增加，水接触角从 63.4 ° 增加到 75.5 ° 。疏水性的增加伴随着黏合强度的显著增加，剥离强度从 1.19 N / mm 增加到 2.91 N / mm ，增加了 2.44 倍。这种改性树脂的方法使涂料具有优异的耐热性和附着力，因此该改性方法被广泛应用于水性聚氨酯树脂。

2 有机硅耐热涂层

许多高温工业部件在更高的温度下会严重退化，它们在这些温度下的保护可以通过耐热有机涂层来实现。硅基和硅改性涂层因其 Si —O —Si 的优异结合强度和良好的耐腐蚀性而具有良好的高温稳定性，因此被广泛用于耐热。SHAILESHK 等^[8]先用二甲基乙胺(DMEA)中和低分子量硅改性醇酸树脂，以六甲基甲氧基三聚氰胺(HMMM)为交联剂，以对甲苯磺酸 (p - TSA)为催化剂，添加了速冻防锈剂、润湿剂、杀菌剂等，将各组分按适当比例混合，研制了有机硅改性醇酸树脂涂料。研究发现，随着纳米 ZnO 的加入，涂层的耐热性和力学性能显著提高。

ZHANG 等^[9]研制出一种耐 550 ℃ 高温腐蚀的涂层，以硼改性有机硅树脂为原料，玻璃鳞片为填料，二氧化 钛为颜料，硅烷偶联剂为添加剂，制备了耐盐雾时间为 168 h 的有机硅树脂。利用硼改性有机硅树脂胶黏剂后，由于硼原子进入了分子的主链中，形成的 B —O 键 键能为 561 kJ / mol，比 Si—O 键的键能 452 kJ / mol 高得多，因此改性后的有机硅树脂主链更加牢固；而且硼酸等多官能团的引入使得改性后的有机硅树脂分子在 固化过程中，在内部会形成紧密型网络结构，增强了有机硅树脂的耐热性和力学性能强度。

SEMENOVVV ^[10]以 3 - 氨基丙基三乙氧基硅烷、磷酸三苯酯和八甲基环四硅氧烷为原料，加热合成了含磷有机硅清漆，该涂层的耐热性能优异，同时，在合成过程中加入八甲基环四硅氧烷后，该涂层的耐水性能会显著提高。

轮式装甲车消声器零件上涂覆的有机耐热涂料在连续行驶数百公里后，在加热过程中容易变色和剥落，导致零件表面腐蚀，严重影响车辆的整体外观质量，特别是在腐蚀较为突出的沿海地区。为解决轮式装甲车辆消声器涂层在高温(350 ~ 550 ℃ )和变温环境下变色和剥落的质量问题，张德琦团队^[11]开发了一种环氧改性有机硅耐热涂料，并详细阐述了其制备方法、施工方法以及漆膜技术指标和测试。通过试验，验证了该涂料的可行性，并介绍了其在车辆评估和批量生产中的应用状况。

在航天、航空等工业快速发展的背景下，对材料特殊部件耐高温性能的要求越来越高，火箭等发射装置的基体材料为铝合金材料或玻璃纤维复合材料，为保护这种材料免受高温燃气流的冲刷及高温氧化，现在比较常用的方法是在基体材料表面涂覆一层或多层防护涂料，为了更好地保护发射装置基体，国内外的许多科研人员都在研究可以耐高温燃气流冲刷的涂层材料，对不同树脂进行大量的研究，其中包括丙烯酸、聚氨酯、醇酸及环氧改性有机硅树脂等，而其中最成功的是环氧树脂的改性，例如改性后的有机硅树脂兼有环氧树脂和聚硅氧烷的优点，耐热性能、粘接性能、耐介质、耐水和耐大气老化性能均良好，其中 HUANGKK 等^[12]以环氧改性的有机硅树脂为基料，配以耐高温颜料、金属氧化物和硅酸盐类填料，制备了耐高温抗冲刷涂层，通过漆膜在高温条件下由有机型硅到无机型硅的转变从而实现对基体的保护，该涂层材料可经受 50 次 500 ms 的 1400 ℃ 高温燃气流冲刷作用。

3 展望

本文系统地回顾和总结了有机耐热涂料应用产品和技术的研究和开发现状，技术角度主要是从树脂结构及性能设计优化来实现耐热功能。随着工业的发展，大多数传统的耐热涂料被广泛应用于高温工业中，要求也不断提高，对耐热涂层的发展也是一个巨大的挑战。在未来，我们仍需加强改性树脂方面的研究，加快产品迭代升级，以满足涂料在未来复杂的工业环境标准的要求。

 

 

 

来源:《现代涂料与涂装》2025年第5期