[發明專利]常溫固化高硬度有機-無機雜化涂料及其制備和使用方法

有效

• 申請號: 201410222500.X
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN103965778A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 劉云暉
• 申請（專利權）人: 泉州三欣新材料科技有限公司
• 主分類號: C09D183/08
• 分類號: C09D183/08;C09D183/06;C09D7/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發明屬于雜化涂料技術領域，特別涉及一種可常溫固化、高硬度、二氧化硅基有機-無機雜化涂料及其制備和使用方法。

背景技術

有機-無機雜化材料是一種性能優異的復合材料，它是通過一定的物理和化學方法將有機相結合到無機網絡中，并形成相互貫穿的有機無機網絡；其中的有機相和無機相通過化學鍵(共價鍵和配位鍵)、氫鍵或者是范德華力在納米水平上結合，且相分離尺寸不大于納米級。有機-無機材料作為一種分散均勻的多相材料，有機相和無機相之間的界面面積非常大、界面相互作用強，這些結構特點使得有機-無機雜化材料比傳統的復合材料有著明顯的優勢。它綜合了有機聚合物和無機材料的優良特性，具有良好的力學性能、耐高溫性能以及良好的柔韌性；此外，有機-無機雜化材料能夠在分子水平控制物質的結構，使材料的性能產生豐富的變化，在機械、光學、電子、分離、催化、化學和生物等許多領域有著廣泛的應用前景。

二氧化硅基有機-無機雜化材料是最近發展起來的一類高性能有機-無機雜化材料，它以二氧化硅為無機組分，通過強的化學鍵與有機相結合，從而提高材料整體的耐熱性、抗氧化性、硬度等性能，由該雜化材料所制備的涂層致密度好，抗老化能力強，提高了材料的抗腐蝕能力，往往被用作為金屬表面涂裝，提高金屬的耐腐蝕性能。目前，二氧化硅基有機-無機雜化材料主要通過溶膠-凝膠法(Sol-Gel)來制備，一般用金屬烷氧化物Si(OR)_Z(OR是烷基，Z是金屬的氧化數)作為先驅體，先驅體分子水解后產生活性的羥基，經過縮水或縮醇反應形成溶膠，它可以直接注入模具中成型，也可以采用浸涂法或旋涂法成膜。隨著水解縮聚反應的進行，溶膠的粘度進一步增加，最后成為凝膠。凝膠經過陳化、干燥成為干凝膠。在溶膠-凝膠過程中，金屬烷氧化物的活性、水解比例R(H₂O:Si)、溶劑、催化劑、反應溫度等都將影響產物的結構和性能。

隨著現代科學技術的發展，工業領域對各種材料的表面性能要求不斷提高，特別對材料表面涂層的耐磨耐刮、耐腐特性的要求也越來越高。研究發現，雜化涂層的硬度和附著力直接影響到其耐磨耐刮特性；同時，材料涂層的硬度和附著力受到水解程度以及固化交聯度等多方面的影響。目前，國內外對提高二氧化硅基有機-無機雜化材料涂層硬度和附著力的研究很多，但往往都是通過提高溶膠體系的水解度，并且采用中溫或高溫加熱烘烤或紫外光固化等方式來獲得較高硬度和附著力的雜化涂層，難以對大件進行表面處理，同時增加能耗，導致涂料施工不方便，限制其應用范圍；并且所制備的雜化涂料流平性差，成膜不穩定，且產品容易凝膠,貯存期較短。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種可常溫固化、高硬度、二氧化硅基有機-無機雜化涂料。所述涂料能夠實現常溫固化，且涂層薄，在微米級厚度即可獲得高硬度、高附著力、耐磨耐刮、抗腐蝕等多種特性功能，同時克服了雜化涂料容易凝膠，貯存期較短等缺點。

本發明另一目的在于提供一種上述可常溫固化、高硬度、二氧化硅基有機-無機雜化涂料的制備方法。該制備方法是在硅烷氧基水解縮合反應的基礎上，利用環氧基團和氨基基團進行反應制成了反應型雙組分二氧化硅基有機-無機雜化涂料，即結合了無機部分的水解縮合和有機部分的化學反應完成涂料體系常溫固化過程。

本發明的目的通過下述方案實現：

本發明提供的一種可常溫固化、高硬度、二氧化硅基有機-無機雜化涂料，包括質量比為0.1:1～10:1的A組分和B組分，其中，A組分為氨基改性有機-無機雜化溶膠，B組分為環氧改性有機-無機雜化溶膠。

A組分由以下方法制備得到：

把氨基硅烷、雜化前驅體、有機溶劑和水在室溫攪拌均勻，再加入酸性催化劑，加熱回流反應，室溫陳化，得到氨基改性有機-無機雜化溶膠。

以質量百分比計，反應體系中氨基硅烷含量為10～70％、雜化前驅體含量為0～50％、有機溶劑含量為30～80％、水含量為0.1～20％和酸性催化劑含量為0～2％。

為了更好地實現本發明，所述加熱回流反應優選在40～60℃下冷凝回流1～3h。

為了更好地實現本發明，所述陳化的時間優選為8～48h。

為了更好地實現本發明，加入酸性催化劑前可調整反應體系溫度為10～50℃。

B組分由以下方法制備得到：

把環氧硅烷、雜化前驅體、有機溶劑和水在室溫攪拌均勻，再加入酸性催化劑，加熱回流反應，室溫陳化，得到環氧改性有機-無機雜化溶膠。