有机硅涂层材料

WeSpeakYourLanguage©3M2008.AllRightsReserved.有机硅涂层材料2©3M2009.AllRightsReserved.目录一、概述二、有机硅性质合成、水解固化性质的影响因素三、有机硅涂层自清洁涂层耐高温涂层耐磨透明涂层防腐涂层四、发展趋势3©3M2009.AllRightsReserved.概述耐高温有机硅涂料是耐高温涂料的主要品种之一，通常由有机硅树脂、耐热颜填料、助剂、溶剂等配制而成。颜填料的选择大同小异，耐高温白色颜料可选用TiO2；彩色颜料一般选用无机颜料，如铁系、镉系、铬系颜料等，但也要考虑重金属颜料对环境的污染；金属颜料选用铝、锌、不锈钢粉及钛镁粉，对提高耐热性和防腐性有利；体质颜料选用滑石粉、云母粉、硫酸钡、硅藻土、低熔点玻璃粉、陶瓷粉等，甚至用陶瓷釉料或磁性瓷料，使用温度可达800℃以上。毫无疑问，有机硅树脂的种类和基本特性对涂料的耐高温性起着举足轻重的作用。4©3M2009.AllRightsReserved.概述耐高温涂料应用广泛，在钢铁结构和大型机械设备，各种高炉、壁炉、锅炉、热风炉内外壁，烟囱、烟道、排气管、热交换器、油气田管道及设备、炼钢设备及管道等设备的外表面抗氧化保护中起着重要的作用。在现代工业、军事、航天领域都需采用诸如耐高温涂料等保护措施。集装箱5©3M2009.AllRightsReserved.一、简介有机硅树脂是以Si—O—Si为主链,硅原子上连接有机基团的交联型半无机高聚物。有如下特点：硅原子电负性较低Si—O键具有一定的离子性Si—O—Si键能、键角均比C—C键大耐高温低表面能接触角大，能去污还有耐辐射性、耐氧化性、高透气性、耐候性、绝缘性等等6©3M2009.AllRightsReserved.二、有机硅性质：合成有机硅树脂常用甲基氯硅烷和苯基氯硅烷这类具有可以水解的活泼基团的有机硅单体经缩聚反应而得7©3M2009.AllRightsReserved.烷氧基取代的有机硅单体同样可水解成硅醇：有机硅单体极易水解生成不稳定的硅醇：上述一系列反应形成的一元硅醇、硅二醇或硅三醇，即可发生缩聚反应，形成分子链中具有键能大而稳定的硅氧键的缩聚物：8©3M2009.AllRightsReserved.有机硅性质：固化有机硅树脂是由双官能团和三官能团的单体共水解缩聚而得。有机硅树脂固化一般是在较高温度下(200～250度)热固化，最常用的固化剂为三乙醇胺或它和过氧化二苯甲酰的混合物，固化时间较长。要使树脂完全固化,须经过加热和加入催化剂来加速反应进行。许多物质可起硅醇缩合反应的催化作用，它们包括酸和碱，铅、钴、锡、铁和其它金属的可溶性有机盐类，有机化合物如二丁基二月桂酸锡9©3M2009.AllRightsReserved.固化的三种方式一是利用硅原子上的羟基进行缩水聚合交联而成网状结构，这是硅树脂固化所采取的主要方式二是利用硅原子上连接的乙烯基，采用有机过氧化物为触媒，类似硅橡胶硫化的方式三是利用硅原子上连接的乙烯基和硅氢键进行加成反应的方式，例如无溶剂硅树脂与发泡剂混合可以制得泡沫硅树脂。10©3M2009.AllRightsReserved.有机硅性质：性能的影响因素甲基与苯基基团的比例有机基团中苯基含量越低，生成的漆膜越软，缩合越快，苯基含量越高，生成的漆膜越硬，越具有热塑性。R与Si的比值R：Si的值愈小,所得到的硅树脂就愈能在较低温度下固化；R：Si的值愈大，所得到的硅树脂要使它固化就需要在200-250℃的高温下长时间烘烤，所得的漆膜硬度差，但热弹性要比前者好得多11©3M2009.AllRightsReserved.有机硅树脂价格太高，且固化时间长，因此涂料中多采用有机硅改性的其他树脂做成膜物质市场上常见溶剂型涂料产品的种类醇酸类：醇酸是最常见的溶剂型产品，能够应用于木器、金属、混凝土等各种底材上,漆膜致密，具有一定的柔韧性，能有效保护底材免受损伤和腐蚀。但醇酸产品的耐久性很差，因此不能用于重防腐的涂装。现在醇酸类产品在很多场合已经被环氧或聚氨酯类产品所替代12©3M2009.AllRightsReserved.2、丙烯酸类：与醇酸涂料相比，丙烯酸涂料在漆膜耐候性、硬度（强度）、耐化学品性等方面都有明显改善在附着力、耐磨性、耐化学品性方面，丙烯酸涂料要比环氧涂料稍差，但耐候性要好于环氧涂料；丙烯酸涂料的耐候性要比聚氨酯涂料稍差，但透气性要比聚氨酯好。因此，可以说丙烯酸涂料是一类性能均衡的中高档涂料。丙烯酸涂料主要应用于中等防护要求的钢结构、混凝土表面的涂装。大多数防火涂料的基料（成膜物质）都采用丙烯酸树脂。13©3M2009.AllRightsReserved.3.环氧类：环氧化合物指含有氧杂环丙烷的化合物，环氧树脂就是环氧化合物的衍生物。环氧树脂与固化剂交联固化就形成了耐磨性、耐化学品性、附着力等多项性能都很优异的环氧漆膜。14©3M2009.AllRightsReserved.4.聚氨酯类：聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，其结构单元并非完全是氨基甲酸酯，而是指聚合物中含有相当量的氨基甲酸酯键。聚氨酯涂料分为单组分和双组分两种。双组分聚氨酯的组成为：甲组分：多异氰酸酯聚合体乙组分：含羟基的高分子聚氨酯涂料形成的漆膜中含有酰胺基、酯基等，分子间很容易形成氢键，因此使其具有优异的耐磨性、耐化学品性以及良好的附着力。聚氨酯涂料多方面性能都很好，是一种高档涂料15©3M2009.AllRightsReserved.聚硅氧烷+醇酸树脂+聚丙烯酸酯+环氧树脂+异氰酸酯有机硅改性醇酸树脂有机硅改性聚丙烯酸树脂有机硅改性环氧树脂异氰酸酯改性有机硅树脂有机硅导热高压绝缘涂料丙烯酸有机硅外墙漆环氧改性有机硅树脂16©3M2009.AllRightsReserved.耐高温涂料有机硅绝缘涂料有机硅耐候涂料弹性涂料有机硅涂料防水涂料有机硅涂料种类17©3M2009.AllRightsReserved.有机硅树脂涂料有机硅树脂是以Si—O无机键为主链的有机硅氧烷聚合物，一般也称为聚硅氧烷。根据聚硅氧烷的分子量不同，可分为硅油、硅树脂和硅橡胶三大类。高温稳定性好低温柔顺性好耐候性好绝缘性好表面张力低防水性能好耐油性差机械稳定性差优劣18©3M2009.AllRightsReserved.三、有机硅涂层：自清洁涂层丙烯酸酯类树脂是目前应用最广泛的外墙涂料基料硅氧烷独特的表面化学性能，使污损物无法轻易附着。用有机硅树脂对丙烯酸树脂进行改性,可以进一步提高涂膜性能,例如耐候性、保光性、透气性、防水性、耐沾污和耐磨性缺点：耐热、耐寒、耐溶剂性差,具有回粘性,耐沾污性能差19©3M2009.AllRightsReserved.现在房屋装饰材料中不可避免用到瓷砖，甚是漂亮，但由于表面有缺陷，和污染物接触时由于毛细管现象和表面吸附，很容易污染而影响美观和清洁涂覆防污剂，主要有苯乳胶、聚乙烯、硅油等。机理为在基材表面形成一层憎水层，缺点：与基材粘结性不好，不耐摩擦有机硅树脂中的Si-OH与基质表面的OH基生产牢固的化学键及其低的表面能，使得其不仅具有优异的自洁耐沾污性能,而且固化迅速有机低聚硅树脂材料制备了这种去污涂层，在抛光砖上使用后,不仅具有优异的自洁防污效果,而且能提高表面光泽,增加装饰效果20©3M2009.AllRightsReserved.有机硅涂层：耐高温涂层固体火箭发动机壳体防热涂层，喷气式飞机上空气-空气热交换器上使用的有机硅耐热涂层，宇宙飞船上使用的有机硅隔热涂层等，均要求具有优异的耐热性改变用聚苯基倍半硅氧烷的做法，以甲基三氯硅烷为原料,通过与正丁胺反应,生成甲基三氯硅烷的胺解产物,作为梯形聚合物的“模板”,再经水解和缩聚反应制备的梯形聚甲基倍半硅氧烷,耐热性能优良。21©3M2009.AllRightsReserved.航天器穿梭在太空中，为了保证其内部仪器的正常工作温度，需利用热控涂层改变物体的表面热物理性质有机硅涂层具有高的热稳定性;高的氧化稳定性;良好的抗辐照性;极低的表面张力等物理化学特性，但是也只能在200-300摄氏度下使用要达到长期耐500℃～800℃的高温要求,配合.如加入二氧化钛、铝粉等耐热添料后可耐500℃～600℃;含硅酸盐的有机硅涂料可耐760℃高温。此外，有机硅热控涂层还具有较强的耐真空紫外辐照能力、抗电子轰击辐射能力及抗原子氧侵蚀能力22©3M2009.AllRightsReserved.有机硅涂层：耐磨透明涂层广泛用作各种材料的表面涂层,防止窗玻璃、镜片、光学仪器等受灰尘、连续擦痕导致的能见度变差的现象要求：耐磨、透明将正硅酸乙酯、γ-环氧丙氧基三甲氧基硅烷---在催化剂作用下,于醇、水溶液中水解---熟化,加入固化剂(例如二月桂酸二丁基锡、三乙烯四胺等)、流平剂等助剂,20℃左右混合均匀---再熟化几小时---得到的耐磨涂料在基材上涂覆,形成厚度为0.8～1.7μm的有机硅耐磨涂层可以显著的提高光学塑料表面的耐擦伤强度,而对其透光率等性能没有不良影响,对聚丙烯和聚苯乙烯等光学树脂还有增透作用。涂于JD树脂(苯乙烯与双酚A双甲基丙烯酸酯的共聚物)上的涂层铅笔硬度可达5H～6H,涂层与各种基材的粘接性良好,表面均一平整。23©3M2009.AllRightsReserved.为提高涂层的耐磨性,在涂料配方中通常加入一定量的无机溶胶(无机粒子)或烷氧基金属化合物,最常用的这类物质是质量分数为30%左右二氧化硅水溶胶;Ti(OBu)4、Ti(OEt)4、Zr(OBu)4等文献中也经常提到它们在硅树脂溶液中不只是起到填料和增粘的作用,SiO2表面的Si—OH基和金属化合物中的烷氧基可以参与硅氧烷中Si—OH、Si—OR的脱水(或脱醇)缩合反应,形成有机-无机复合涂层,使其兼有有机树脂的成膜性、可挠性、透明性及无机聚合物的高硬度、难燃性、防腐性等特点。24©3M2009.AllRightsReserved.有机硅涂层：防腐涂层目前,在能源、化工、冶金、建材等领域如何防护受湿热烟汽等作用腐蚀的钢结构设备,如钢制烟囱、散热器、烟汽管道等,达到既经济又实用的效果,是一项极为迫切、极具价值的工作。要求：耐高温、耐腐蚀选用复合有机硅添加各种填料，制成可用于受湿热烟汽作用下的钢结构设备耐热防腐涂料，且经济实用25©3M2009.AllRightsReserved.有机硅耐热防腐漆26©3M2009.AllRightsReserved.四、发展趋势(1)固化方式的改进:从传统的热固化向辐射固化、微波固化方面发展,当前,UV固化的硅氧烷防粘剂和光纤涂层已经取得重要进展;(2)功能性基团的引入:用氨基、环氧基、烯丙基、羟基等代替常用的甲基、苯基,可以在很宽的范围内改变有机硅的物理性能和化学反应活性;(3)非线性结构:环型、梯型、笼型、树枝型、超支化结构赋予其不同于线型聚合物的溶解性、耐热性和反应活性;(4)与其他材料复合使用:尽管有机硅材料具有许多优异的性能,但也存在强度低、与基材的粘结性差等缺点,与环氧、丙烯酸酯类、聚氨酯等树脂通过接枝、嵌段共聚的方法来改性,可以达到性能互补的效果27©3M2009.AllRightsReserved.Thankyou！