[發(fā)明專利]一種耐高溫有機(jī)硅樹(shù)脂涂料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110589515.X
• 申請(qǐng)日: 2021-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113185915A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李齊方;楊建宇;周政
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C09D183/04
• 分類號(hào): C09D183/04;C09D7/65;C09D7/61;C09D7/63
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本發(fā)明提供了一種利用兩種納米填料提高有機(jī)硅樹(shù)脂涂料耐高溫性能的制備方法。主要特征是利用超細(xì)全硫化有機(jī)硅橡膠顆粒可以提高有機(jī)硅樹(shù)脂涂料的韌性，從而避免有機(jī)硅樹(shù)脂涂層出現(xiàn)高溫開(kāi)裂的現(xiàn)象。同時(shí)疏水型納米二氧化硅顆粒作為體系的增稠劑，將其加入至體系中能夠增加體系的粘度，從而促進(jìn)超細(xì)全硫化有機(jī)硅橡膠顆粒在體系中的分散。并且，疏水型納米二氧化硅還能夠起到提升涂層的力學(xué)性能以及耐磨性能的作用。制備過(guò)程是首先將超細(xì)全硫化有機(jī)硅橡膠顆粒與疏水型納米二氧化硅顆粒分散在有機(jī)硅樹(shù)脂預(yù)聚物溶液中，同時(shí)加入固化劑進(jìn)行固化，最終得到高溫下不易發(fā)生開(kāi)裂的有機(jī)硅樹(shù)脂涂層。該制備過(guò)程具有工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用前景廣闊等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于利用兩種納米填料提高有機(jī)硅樹(shù)脂涂料耐高溫性能的制備方法，屬于復(fù)合材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)生活的快速發(fā)展，某些金屬部件需要在高溫環(huán)境下工作并長(zhǎng)期保持結(jié)構(gòu)及性能穩(wěn)定性。據(jù)此，使用耐高溫涂料是一種操作簡(jiǎn)易、性能優(yōu)良且成本較低的保護(hù)性措施，為減少金屬材料受高溫腐蝕產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟(jì)損失及潛在的人員傷害具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

有機(jī)硅耐高溫樹(shù)脂和涂料以其優(yōu)異的耐高溫性能，成為高溫環(huán)境下基體防護(hù)的重要手段。有機(jī)硅耐高溫涂料是眾多耐高溫涂料中最為常見(jiàn)的品種之一，它的耐高低溫性好，并且具有極佳的耐候性、電絕緣性及耐水性，被廣泛用于高溫爐、蒸汽管道、發(fā)熱器等需要高溫作業(yè)的場(chǎng)合。

有機(jī)硅耐高溫涂料以有機(jī)硅樹(shù)脂為基體樹(shù)脂，有機(jī)硅樹(shù)脂以鍵能較高的Si-O鍵為主體，單純的熱運(yùn)動(dòng)很難使Si-O鍵斷裂，因此其對(duì)熱、氧的穩(wěn)定性比一般的有機(jī)高聚物高得多，具有較好的耐高溫性能。但是，有機(jī)硅樹(shù)脂的交聯(lián)密度較高，造成其韌性較差。在受熱時(shí)，有機(jī)硅樹(shù)脂涂層的線性熱膨脹系數(shù)低于金屬底材的線性熱膨脹系數(shù)，因此在涂層和金屬底材之間會(huì)出現(xiàn)較大內(nèi)應(yīng)力，韌性較差的有機(jī)硅樹(shù)脂涂層容易發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，從而失去對(duì)金屬底材的保護(hù)作用。因此，若能提升有機(jī)硅樹(shù)脂的韌性，便能極大地提升有機(jī)硅樹(shù)脂涂層在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。

目前，人們對(duì)有機(jī)硅樹(shù)脂增韌方面的研究進(jìn)行地較少。但是，其它樹(shù)脂(尤其是環(huán)氧樹(shù)脂)的增韌已經(jīng)被研究地較為透徹。可以借鑒增韌其它樹(shù)脂的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)硅樹(shù)脂的增韌。樹(shù)脂增韌的方法有多種，其中比較常見(jiàn)的兩種方法分別是向樹(shù)脂基體中引入柔性鏈段，以及在樹(shù)脂基體中添加納米填料。由于有機(jī)硅樹(shù)脂與其它有機(jī)物的相容性較差，因此，向有機(jī)硅樹(shù)脂基體中引入柔性鏈段較難實(shí)現(xiàn)。而向有機(jī)硅樹(shù)脂基體中加入納米填料容易操作，并且能夠起到較好的增韌效果。

傳統(tǒng)的粉末橡膠是未經(jīng)過(guò)硫化的生膠粉末，平均粒徑一般為0.3-0.6nm，一般情況下傳統(tǒng)的粉末橡膠只能作為橡膠生膠使用而不能作為填充劑使用，而超細(xì)全硫化有機(jī)硅橡膠顆粒已經(jīng)交聯(lián)，流動(dòng)性很差，不能作為生膠使用，而是作為填料使用。少量超細(xì)全硫化有機(jī)硅橡膠顆粒與樹(shù)脂共混時(shí)，可作為樹(shù)脂的增韌改性劑。增韌的原因在于粉末橡膠以幾百納米或微米級(jí)的尺寸分散在樹(shù)脂基體中，交聯(lián)粒子的高彈性起到了增韌的作用。

加入超細(xì)全硫化有機(jī)硅橡膠顆粒后，基體的力學(xué)強(qiáng)度通常會(huì)降低。為了對(duì)樹(shù)脂的力學(xué)強(qiáng)度做出彌補(bǔ)，可選用納米二氧化硅顆粒作為增強(qiáng)劑。然而，不做改性的二氧化硅表面有大量羥基，為親水型結(jié)構(gòu)，在樹(shù)脂基體中容易形成團(tuán)聚狀，不易分散。故選用表面修飾了硅烷的疏水型二氧化硅納米顆粒作為增強(qiáng)填料。并且，將其加入至體系中能夠增加體系的粘度，從而促進(jìn)超細(xì)全硫化有機(jī)硅橡膠顆粒在體系中的分散。

將以上兩種填料通過(guò)物理共混加入有機(jī)硅樹(shù)脂涂層中，可以提高涂層的韌性和耐高溫性能，用該方法得到耐高溫有機(jī)硅樹(shù)脂涂層具有實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良且可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用兩種納米填料提高有機(jī)硅樹(shù)脂涂料耐高溫性能的簡(jiǎn)便制備方法。制備過(guò)程中，首先稱取一定質(zhì)量的有機(jī)硅樹(shù)脂預(yù)聚物溶液于燒杯中，加入適量超細(xì)全硫化有機(jī)硅橡膠顆粒和疏水型二氧化硅納米顆粒，攪拌超聲共混，加入適量硅烷偶聯(lián)劑KH550，繼續(xù)攪拌混合均勻。將制備好的有機(jī)硅樹(shù)脂涂料涂覆于金屬基材上，或自然干燥，或在烘箱中固化，得到一系列應(yīng)用于金屬基材上的有機(jī)硅樹(shù)脂涂料。