搜索
有机硅改性涂料的开发现状摘要：本文主要对有机硅改性涂料的开发现状进行了分析.首先对有机硅涂料改性开发方法及官能团引入对性能影响进行了分析和阐述,然后对建筑涂料中的高尖品种开发现状进行了分析和总结,希望对有关人士有所帮助.关键词：机硅改性涂料、开发现状、建筑涂料一、前言从21世纪开始起，新材料产业已经是社会经济发展的三大支柱之一，且有机硅材料在化工新材料中占有重要的地位,也是高新建筑涂料品种的顶级原料之一。有机硅是第一个获得广泛应用的有机高分子化合物，因其独特的化学结构而具有优异的性能，广泛应用于国民经济的各个领域,在涂料工业中亦占有相当重要的地位.有机硅涂料是以有机硅聚合物或有机硅改性聚合物为主要成膜物质的涂料,它具有优良的耐热耐寒、电绝缘、耐辐射、耐潮湿和憎水、耐候、耐沾污及耐化学腐蚀等性能。同时近年来在产品性能改进及应用方面都得到了迅速发展.现今涂料工业的两大支柱为建筑涂料与汽车涂料.汽车的发展将推动汽车涂料在质量、产量和品种上迈上新台阶。二、有机硅涂料改性开发方法及官能团引入对性能影响改性方法主要有物理共混法和化学共聚法，大多数情况下,有机硅树脂只有通过化学改性才能取得良好的改性效果,化学改性主要是通过缩聚、自由基聚合及加成反应,在聚有机硅氧烷主链的末端或侧链连接上其它有机树脂,形成嵌段、接枝或互穿网络共聚物,从而赋予有机硅树脂新的性能,使其获得新的应用.另一种改性方法是制备反应性的有机硅低聚物,用以和醇酸树脂上的自由羟基进行反应;也可将有机硅低聚物作为多元醇与醇酸树脂进行共缩聚.丙烯酸树脂是主链不含或基本不含不饱和结构的碳氢化合物,具有优异的成膜性、耐候性和装饰性,用有机硅氧烷改性丙烯酸树脂可获得兼具二者优良性能的树脂.另外,在涂料工业中用有机硅树脂对其它有机树脂进行改性时,有机硅树脂的用量一般在30%~50%之间,用量低于30%改性效果不明显,用量高于50%则成本太高.近年来,国内外有机硅改性树脂涂料的品种主要有有机硅改性醇酸树脂、聚酯和聚丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯涂料等。涂料用有机硅树脂一般以甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷及甲基苯基二氯硅烷等为原料进行水解缩聚而制得。单体结构、官能团数目与比例对涂层性能的影响很大,硅原子上连接的有机基团种类对树脂的性能也有影响，不同的有机基团可使有机硅树脂表现出不同的性能。例如，当有机基团为甲基时，可赋予有机硅树脂热稳定性、脱模性、憎水性、耐电弧性；为苯基时，赋予有机硅树脂氧化稳定性,在一定范围内可破坏高聚物的结晶性；为乙烯基时，可改善有机硅树脂的固化特性,并带来偶联性；为苯基乙基时,可改善有机硅树脂与有机物的共混性。在硅氧烷主链引入基团可增加其与醇酸树脂、聚酯树脂等的相容性;引入亚苯基、二苯醚亚基、联苯亚基等芳亚基及硅碳硼高聚物，时耐辐射性强、耐温可达300~500e;主链结构为Si)N键的有机硅高聚物,其热稳定性在400e以上。在实际应用中，可根据需要选用不同的单体,在有机硅树脂中引入不同的有机基团.晨光化工研究院采用粘度为(20~40)mPa#s的羟基硅油、及甲基三乙氧基硅烷为原料羟硅油的质量比为70B30,并采用滴加水的方式于50e共水解1h,得到具有良好硬度和弹性的甲基硅树脂,可用于制备金属膜电阻器的阻燃涂料。三、建筑涂料中的高尖品种开发现状1、溶剂型硅丙建筑涂料硅树脂因具有优良的耐高低温性、电绝缘性、耐候性、耐臭氧性及表面活性等,主要用于耐热、电绝缘和特种功能性涂料。国内有机硅涂料的产量在1993年突破1000t/a,1996年为2863t/a，目前已达4000t/a，主要为工业专用涂料和特种功能性涂料。溶剂型有机硅改性丙烯酸酯涂料是开发较早的建筑涂料。硅树脂与热塑性丙烯酸树脂采用物理共混改性时,由于极性差别大，相容性差,加之有机硅组分易迁移,难以获得均质性好的涂料;所以一般推荐化学改性。含羟基、烷氧基的硅烷或有机硅中间体和羟基丙烯酸酯或其低聚物也可以通过含双键的丙烯酸酯低聚物与硅烷单体或中间体的硅氢键的加成反应实现化学改性根据这两个反应制得的溶剂型硅丙涂料一般是热塑性的,涂膜中缺乏交联密度大的网络结构,涂膜性能不高。其中我们可以通过国炜等人研制的溶剂型常温交联硅丙涂料,是将能在常温下发生反应的官能团引入丙烯酸主链上,得到的硅丙建筑涂料性能良好。有机硅在树脂中的质量分数对涂膜的交联密度有显著影响。用丙酮提取法测定涂膜的凝胶率,当有机硅的质量分数为5%时,凝胶率只有79%;当达到20%时,凝胶率达到85%。固化催化剂用量则从015%增加到3%,涂膜的凝胶率从77%提高到94%。选择合适的有机硅质量分数(15%以上)和固化剂用量获得的硅丙建筑涂料,其耐候性等大大优于溶剂型纯丙烯酸树脂建筑涂料。这种硅丙涂料对水十分敏感,树脂合成后需减压除水。产品应用初期,采用双包装贮存;目前经过改进,单包装可稳定贮存半年以上。2、水性硅丙乳胶涂料为符合环保的要求,建筑涂料水性化发展很快。在美国,内墙涂料水性化达90%以上,外墙涂料也在80%左右,其中水乳胶涂料占绝大部分。国内建筑涂料水性化不足50%。建筑涂料水性化发展中,硅丙乳胶涂料倍受推崇,推动了硅丙乳液研究的发展在用有机硅改性丙烯酸乳胶过程中,如何避免有机硅的水解缩聚是技术关键。从性能上考虑,有机硅在改性树脂中的含量越高,涂料的性能越好;但有机硅用量高，更易产生水解缩聚。为解决这一难题,国内一些高校和科研单位作了不少工作。王燕等人选用在水中溶解度小、水解速度慢、空间位阻大的硅烷单体,严格控制体系pH值为6~7,采用氧化-还原引发剂体系,控制反应温度60~62e,同时添加二元醇、丙二醇丙醚等水解抑制剂。通过这些措施,可以获得有机硅含量最高达25%、稳定贮存半年的硅丙乳液，同时有机硅在改性树脂中的质量分数达到10%以上时,涂膜的耐候性明显提高,最低成膜温度和贮存稳定性得到进一步改进。市售的硅丙乳胶涂料中,有机硅的质量分数一般为5%。北方涂料工业研究设计院正在推广的一种硅丙乳胶外墙涂料,有机硅质量分数在15%左右。周子鹄等人也考察了影响硅丙乳液稳定性的因素,发现有机硅单体因位阻性不同,水解稳定性差异很大,有的2min就能完全水解，如乙烯基三甲氧基硅烷;有的则需600min才会水解,如乙烯基三异丙氧基硅烷。3、多功能陶瓷复合含硅弹性涂料日本SK化研株式会社正在国内推广的一种外墙涂料陶瓷复合含硅弹性涂料，采用了SK先进的陶瓷复合专利技术,以弹性硅丙树脂为原料,涂膜耐久性更好,既富有弹性,又抗沾污,透湿性好、防水性佳,成为耐久、抗沾污的新一代弹性涂料。由于采用特殊配方,该涂料还可防霉、防藻,是一种多功能的弹性外墙涂料。四、结束语综上所述，有机硅建筑涂料、功能性建筑涂料及助剂是目前建筑涂料中的最为高新技术的产品。在我国建筑业迅速发展的形势下，有机硅建筑涂料与功能性建筑涂料水性化的发展,更是将高性能、功能化与低污染化三者发展相结合,是现在社会建筑涂料的发展方向之一。参考文献：[1]王国炜,席发臣,冯俊忠.溶剂型单包装室温交联的有机硅丙烯酸涂料.高功能涂料的开发与应用(1)论文集.北京,2002.38.[2]王燕,张保利,朱柯等.丙烯酸有机硅共聚物乳液聚合及性能研究.涂料工业.2000,30(10):1[3]刘国杰.有机硅改性涂料的开发现状[J].2003,17(2):25-28.