[發明專利]一種自固化金屬防腐蝕雜化硅溶膠及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201711423529.4
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN109957111A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 馬西飛;黃曉;胡娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C08G77/44
• 分類號: C08G77/44;C08G77/26;C08G77/06;C09D183/10;C09D183/08;C09D5/08
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;熊子君

本發明提供一種自固化金屬防腐蝕雜化硅溶膠及其制備方法與應用。該雜化硅溶膠含有式I化合物：式中x、y、n和m均為整數，R₁、R₂、R₄、R₅具為烷基且可相同也可不同。

技術領域

本發明涉及一種自固化金屬防腐蝕雜化硅溶膠及其制備方法與應用，該種雜化硅溶膠使用后可在室溫下自固化，形成的防護膜不僅具有無機涂層的高硬度、高耐磨、高耐候性、耐熱性等優異性能，而且具有有機涂層的韌性、耐蝕性、疏水性、耐堿性等優點。

背景技術

隨著時代的發展，科技的進步，金屬材料被廣泛的應用在機械制造、管道輸送、交通運輸、國防科技等工業及生活領域。金屬在使用過程中，受環境的影響，易發生腐蝕現象，導致其性能壽命等方面受到影響。金屬腐蝕不僅給國民經濟帶來巨大的損失，而且給個人生命財產帶來極大威脅。據統計，全球1/5的能量因腐蝕而浪費，全世界每年因腐蝕產生的經濟損失約為7000-10000億美元，占各國國民生產總值(GDP)的2％-4％。美國、日本、加拿大等發達國家公布的報告顯示，每年因腐蝕所產生的直接經濟損失約占GDP的1％-4％，腐蝕的鋼鐵約占鋼鐵年產量的20％左右[D.H.Wang,G.P.Biervvagen.Sol-gel coatings onmetals for corrosion protection.Progress in Organic Coatings,2009,64(4):327-338]。而在我國，每年由于腐蝕造成的損失占GDP的3％以上。因此，金屬的防腐蝕研究已越來越受到全球各國的重視。

金屬表面的涂層技術是金屬防腐保護領域應用最廣泛的方法之一。其作用是將金屬材料與腐蝕介質隔離，利用涂層的耐蝕性、致密性等性能來保護金屬免受腐蝕。有機無機雜化的溶膠凝膠涂層作為一種新型的表面防護涂層，具有與金屬基體結合力強、對環境無危害和工藝流程簡單等優點，具有無機涂層的高硬度、高耐磨、高耐候性、耐熱性等優異性能，又具有有機涂層的韌性、耐蝕性、疏水性、耐堿性等優點，得到了廣泛研究。有機無機雜化的溶膠凝膠涂層制備的主要原料是硅烷，在溶膠配制過程中有機硅烷發生水解，生成大量反應活性很高的硅醇基團(Si-OH)。溶膠涂敷在金屬基團表面以后，硅醇基團之間發生縮聚反應生成Si-O-Si的空間網絡結構，而硅醇基團與金屬表面也發生反應，反應后通過Me-O-Si鍵連接，從而達到覆蓋金屬表面的效果。但是單純的硅氧烷涂層的厚度較小，一般在納米級別，甚至單分子層，并且硬度和耐磨性等力學性能較差，不能對基體起到較好的保護作用。因此，采用其他物質來改性硅氧烷涂層制備復合涂層，來改善涂層的性能。

發明內容

本發明從硅氧烷的制備上出發，通過含有機官能團的硅氧烷單體與正硅酸脂類共同水解縮聚來引入有機組分，提高涂層的厚度、致密度、力學性和耐腐蝕性能等。通過共聚引入的有機鏈與傳統不存在化學鍵(僅通過物理混合得到)的雜化涂層相比，共聚雜化硅膠涂層，涂層既具有無機涂層的高硬度、高耐磨、高耐候性、耐熱性等優異性能，又具有有機涂層的韌性、耐腐蝕性、疏水性等優點。由于在共聚過程中引入了在水解條件下穩定的Si-C，C-C鍵，這些穩定的鍵是成膜基質的一部分，這將提高雜化硅膠膜的耐堿性能。

本發明不僅在提高性能做出改進，而且考慮施工的方便性。從雜化硅溶膠的固化機理上出發，在共聚過程中引入含胺基硅氧烷。由于胺基催化硅溶膠的水解，所以在基質中引入胺基將能加速雜化硅膠在室溫有水分的條件下快速固化，從而減少了硅溶膠需要在加熱或者較長時間固化的步驟。胺基官能團的引入使得雜化硅膠的制備具有一定難度，本發明通過控制多種共聚化合物水解速度及水解順序上，實現了自固化雜化硅膠的制備。

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種自固化金屬防腐蝕雜化硅溶膠及其制備方法與應用。該雜化硅溶膠不僅兼具無機涂層的高硬度、高耐磨、高耐候性、耐熱性等優異性能、以及有機涂層的韌性、耐蝕性、疏水性、耐堿性等優點，而且使用后可在室溫下自固化。

一方面，本發明提供一種雜化硅溶膠，其特征在于，含有式I化合物：