引 言

隨著科技的進步和現代工業的不斷發展，對在高溫環境下工作設備的需求也日趨增多，如高溫管道、 煙囪、排氣管、飛機發動機外殼等。如果沒有良好的 保護措施，這些設備很容易在高溫下被氧化或腐蝕，因此耐高溫現代工業不可缺少的一部分。耐高溫涂料一般指能在要求時間內承受高溫且能保持部分力學性能的一種特種涂料。按成膜物質的不同，通常將其分為有機耐高溫涂料、無機耐高溫 涂料和有機-機雜化耐高溫涂料 . 其中有機耐高溫涂 料中應用較廣的是有機硅耐高溫涂料。 

有機硅樹脂（也稱為聚硅氧烷）是指一類由硅原子和氧原子交替連結組成骨架，硅原子上連結有不同 有機基團聚合物的統稱。由于有機硅樹脂中Si-O 鍵的鍵能（460.5 kJ/mol）明顯高于C-O 鍵（358.0 kJ/mol） 和 C-C 鍵（304.0 kJ/mol），故其有優異的耐高溫性能和耐候性，并逐漸成為有機耐高溫涂料的主要成膜物質。本研究著重闡述了以有機硅樹脂及其改性樹脂為成膜物質的耐高溫涂料的現狀及發展趨勢。

1、有機硅耐高溫涂料

有機硅耐高溫涂料是指將有機硅樹脂作為成膜 物質，通過添加耐熱顏填料、助劑、溶劑等配制而成， 其中有機硅樹脂種類、顏填料種類以及樹脂與顏填料的比例搭配對耐高溫性能都有非常大的影響。

在耐熱填料的篩選搭配方面，除了常規的鈦白、 鋁粉、云母粉、玻璃粉料等之外，中空結構的隔熱填料 還可以進一步提高耐高溫涂料的隔熱性能。如吳連鋒等通過在有機硅樹脂中搭配云母粉、納米二氧化硅等耐熱填料來提高涂層的耐高溫性能，通過添加中空微球隔熱填料來降低涂層的導熱系數。還通過對 比不同隔熱填料的尺寸，發現小尺寸隔熱填料能減小堆積孔隙，提高顏基比，有利于彌補孔隙和受熱收縮進一步提高涂層的耐高溫性能，使得涂層在 500 ℃耐 受 1 h 高溫后仍具備較高的硬度。

常見的有機硅耐高溫涂料在常溫條件下無法完 全固化，需要經過高溫烘烤或后期高溫使用時才能徹 底固化,在實際應用中會出現漆膜提前失效的現象。 在常溫固化方面，方健君以烷氧基硅低聚物為耐高 溫樹脂，通過對功能性填料云母粉和低熔點玻璃粉不 同含量的篩選，研制了一款單組分常溫固化有機硅耐 高溫涂料。其配方中云母粉的用量為 9%時，能較好 地平衡漆膜的耐熱性和完整性；當低熔點玻璃粉添加 量為 6%時，在 600 ℃耐高溫測試后有機硅樹脂分解 形成的空隙可以被玻璃粉二次成膜完全填充，樣板在 240 h 鹽霧后表面基本無銹蝕。該單組分常溫固化有機硅耐高溫涂料不僅實現了對 600 ℃高溫的耐受性， 而且具備優異的防腐性。 

目前有機硅耐高溫涂料還是以溶劑型為主，水性較少。相對于溶劑型有機硅耐高溫涂料，水性有機硅耐高溫涂料環保優勢明顯。如張耿濤等以水性有機硅樹脂為基料，通過搭配云母粉、硅微粉等耐高溫顏填料，開發出了一款水性有機硅耐高溫涂料，可以 在 600 ℃ 下耐受 3 h 高溫，而且只含少量溶劑。 

雖然有機硅耐高溫涂料通過調整耐高溫顏填料的組成，達到不錯的耐高溫性能，但由于有機硅樹脂自身的特性，大多在不同基材上的附著力和力學性能上欠佳，而很多有機樹脂通常有不錯的附著力、耐彎折和耐沖擊等機械性能，所以可通過有機樹脂對有機硅樹脂進行改性，在保持較好的耐高溫性能的同時，提高有機硅涂料的綜合性能。

2、改性有機硅耐高溫涂料

目前，對有機硅耐高溫涂料的改進方法主要有 2 類：一是通過對有機硅樹脂進行改性，在保持較好耐 熱性的同時，提高涂層的綜合性能；二是研究新的耐 高溫機理，使用新的耐高溫顏填料進行搭配改性。

2.1 丙烯酸改性有機硅耐高溫涂料

丙烯酸樹脂通常具有不錯的機械性能，通過丙 烯酸樹脂對有機硅樹脂進行改性，不僅可提高丙烯酸 樹脂的耐熱性，也可顯著提高有機硅樹脂的硬度、粘 接性等機械性能，并且通過丙烯酸引入 UV 固化技術， 還可以在低溫下實現快速固化而不會產生揮發性有 機化合物排放。

Li 等通過季戊四醇四丙烯酸酯（PETTA）和氫化 物封端聚二甲基硅氧烷（H-PDMS）的一步氫化硅烷 化，獲得了多功能丙烯酸有機硅預聚物(Prepolymers)。 這些預聚物在聚硅氧烷鏈的兩端各含有3個丙烯酸酯基團，可以參與 UV 固化過程，因此具有很高的 UV 固化活性，加入少量光引發劑后，預聚物可以快速固化。 只用樹脂本身制備的薄膜便可耐受接近 400 °C 的高 溫，在耐高溫領域有不錯的應用潛力。

 2.2 聚酯改性有機硅耐高溫涂料

聚酯樹脂有許多吸引人的特性，如優異的抗沖擊 性、粘接性和耐化學腐蝕性等。將聚酯樹脂和有機硅 樹脂結合，能改進有機硅樹脂的粘接性、抗彎折等力 學性能，同時改善聚酯樹脂的耐熱性與耐水性。

Wang 等以聚酯和氟硅樹脂為原料，制備了一系列不同硅含量的聚酯改性有機硅樹脂，不僅具有優異 的耐熱性，而且還具有較好的耐黃變與耐水性。作者從 10%到 50%的氟硅樹脂含量都做了測試，當氟硅樹脂含量在 50%左右時，具有最佳的耐熱性，而且隨著 氟硅樹脂含量的增加，復合膜的耐黃變和耐水性也逐 漸增強。

田發以聚酯改性有機硅樹脂為主要成膜物質， 通過搭配不同的耐高溫顏填料，成功制備了一系列可 以在 450~500 ℃條件下長期使用的有機硅耐高溫涂 料。其制備的涂層不僅具有優異的硬度、附著力等機 械性能，而且其在 200 ℃條件下也具有非常不錯的熱 硬度，最高可以達到 H。

2.3 聚氨酯改性有機硅耐高溫涂料

聚氨酯樹脂具有較好的附著力、韌性、耐磨性和耐溶劑性，將聚氨酯接枝到有機硅樹脂里，可以提高 有機硅耐高溫涂料的附著力、韌性、耐磨性和耐溶劑 性，獲得綜合性能更加優異的有機硅耐高溫涂料。

Xu 等采用溶膠-凝膠工藝制備了一系列耐高溫疏水的交聯結構聚硅氧烷基聚氨酯薄膜。通過將 3-氨丙基三乙氧基硅烷引入聚硅氧烷基聚氨酯體系 中，然后進行脫水和縮合過程形成三維網絡結構。 該樹脂不僅具有優異的耐熱性，初始最高分解溫度 達 475 °C，同時還有較好的耐水性和拉伸強度。 

郭斌等通過異氰酸酯與用含羥基的有機硅樹 脂的反應，成功對有機硅樹脂進行聚氨酯改性，制備 出具有優異附著力、柔韌性和耐沖擊性的聚氨酯改性 有機硅耐高溫涂料，并且其涂層還可常溫固化,在 700 ℃的高溫下耐受 1 h 后涂層不起層、不脫落、不起泡。這款聚氨酯改性有機硅耐高溫涂料不僅實現了 超強的耐高溫性能，并且還賦予涂層非常優異的綜合性能。

2.4 聚酰亞胺改性有機硅耐高溫涂料

聚酰亞胺（Polyimide，簡寫為 PI）是指主鏈上含有 酰亞胺環（-CO-NR-CO-）的一類聚合物，具有優異的耐高溫和機械性能，優良的絕緣性及耐化學品腐蝕性，是綜合性能最佳的有機高分子材料之一，在極端 環境下有廣泛應用的高性能聚合物材料。 

林耀明等以聚酰亞胺改性有機硅樹脂為主要成膜物質，輔以聚乙基苯基有機硅樹脂和雙酚 A 型不 飽和聚酯樹脂，通過添加鋁粉、滑石粉等耐高溫填料， 復配而成一款耐高溫防腐涂料,可以在 450~500 ℃條 件下耐受超過 30 h，附著力良好，不起泡、不開裂，同時具有良好的防腐效果，耐鹽霧時長＞1 000 h。 

Zhang 等開發了一種新型雙馬來酰亞胺有機硅 （PMI-HSi）低聚物以及配套的含鈦鄰苯二甲酸酯固 化劑（PAEs）的具有高耐熱性和強附著力的涂層。 PMI-HSi 和 PAE在潮濕（Moisture Curing）的環境氣氛 中通過脫乙醇反應進行半固化。所得的預聚體分子骨架包括酰胺鍵產生強氫鍵、苯環和鈦原子，有助于制備的涂層在高溫條件下的穩定性，最終涂層通過熱 引發的自由基聚合(Thermal curing)進行二次固化。制 備的涂層附著力達到最高等級為 0，硬度達到 5H，在高達 600 °C 的高溫下仍能保持穩定，不會在涂層表面 上出現變色和裂紋，在高溫保護領域具有較大的應用 潛力。

 2.5 環氧改性有機硅耐高溫涂料

環氧樹脂通常具有優異的力學性能和較強的粘 接強度，通過在有機硅樹脂中引入環氧基團，能夠在 保證涂層良好的耐高溫性能的同時，有效提高涂層 的粘接強度，賦予有機硅耐高溫涂料更優異的綜合性能。 王策等通過環氧改性有機硅樹脂搭配氨基樹脂，在優化填料、分散劑及溶劑的組合后，成功制備了一款高性能環氧改性有機硅耐高溫涂料，所得漆膜在耐高溫前后都有非常好的附著力。將涂層在 600 ℃ 高溫試驗箱中處理 5 h 后，漆膜表面無裂紋、無褶皺， 且不存在與測試前狀態不一致的現象；用百格刀在樣 件表面進行十字劃痕，切口交叉點脫落數≤5%。 

Xiong 等通過有機硅樹脂搭配自制的不同結構和官能度的硅烷化環氧樹脂，得到具有優異的附著力、出色的耐熱性和防腐性能的有機硅耐高溫涂料。 與純硅樹脂相比，含有 25 %硅烷化環氧樹脂的涂層擁有更好的熱性能，表現為降解溫度延遲，炭化率顯著提高。

2.6 有機-無機復合耐高溫涂料

將無機材料與有機硅樹脂通過溶膠-凝膠等雜化而成的涂料稱為有機無機復合耐高溫涂料，這種復合 涂料不僅可以提高涂層的耐高溫性能，還可以改善涂 層的硬度、粘結性、柔韌性等機械性能。

錢濤等將具有可水性化基團端羧基的聚酯改 性有機硅樹脂在改性鈦溶膠水體系中，原位發生中和成鹽反應，得到納米二氧化鈦粒子均勻分布的含鈦水 性聚酯改性有機硅樹脂。由于納米二氧化鈦粒子可 以保護酯鍵不被水解和氧化，使涂層在加熱環境下不會回黏、變軟，在高溫下仍然具有較好的硬度，涂層 150 ℃下熱硬度可以從 B 提高到 2H。 

周敏等在有機硅樹脂合成過程中加入含有環氧等基團的烷氧基偶聯劑單體同烷氧基硅烷單體共水解縮聚,形成以 Si-O-Si 鍵為主、以柔性鏈段為輔的 耐高溫復合有機硅樹脂。在溶膠凝膠過程中，還加入 無機納米溶膠進行摻雜,形成蜂窩保護結構,提高樹脂 耐高溫性能，所得涂層在 600 ℃烘烤 40 min 后無明顯變色褪色，不開裂脫落，而且附著力還可以達到 1 級。 

湯清瓊等用低熔點玻璃粉的“二次成膜”效應， 通過優化有機硅樹脂、低熔點玻璃粉及填料的用量比 例，制備出一款綜合性能優異的耐高溫涂料，其涂層在 700 ℃的高溫下保溫 6 h 后附著力仍可達到 1 級。 作者通過顯微鏡觀察，對比研究了不同高溫處理后耐 高溫涂層的表面形貌，確認了低熔點玻璃粉在 400 ℃ 以上高溫階段可以在熔融后起到二次成膜的作用，在 高溫下通過低熔點玻璃粉實現了涂層從有機涂層到 無機涂層的轉變,從而可以達到較長時間的耐高溫。

 Jiang等在烷氧基硅烷共聚縮合中，以正丙醇鋯作為結構控制組分，合成了一種新型鋯雜化硅樹脂， 具有更加優異的耐高溫和粘接性能。熱失質量分析 表明，有機硅樹脂隨著鋯的加入耐熱性顯著提高，在 1 000 ℃氬氣氣氛下，殘余質量從加入前的 31.58%， 提高至 84.71%，并且粘接性提高了將近 3 倍。

3、結 語

有機硅耐高溫涂料經過幾十年的發展，國內外均 取得了一系列研究成果，耐溫性也從最初的 200 ℃提 高到近 1 000 ℃。隨著科學技術的發展，有機硅耐高 溫涂料的應用場景越來越多，對涂料性能的要求也越來越高，并且隨著人們環保意識的增強，有機硅耐高 溫涂料也需要向綠色環保方向發展。結合在有機硅 改性及有機-無機硅復合方面的研究成果，開發具有 良好的施工性、平衡的機械性能、綠色環保和較低成 本的新技術、新工藝等都具有重要意義。

作者：劉文慶，宋立明

（PPG 全球涂料創新研究院，天津 300457）

來源：涂層與防護