基本信息
- 项目名称：
- 低毒溶剂制备含钛有机硅耐温涂料的关键技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品采用两种不含苯基的廉价硅烷单体作原料，制备出一种含钛的有机硅树脂。 用环氧树脂和已制备的有机钛硅树脂为原料，用环已酮作为溶剂，以二月桂酸二丁基锡作为催化剂，进行改性实验，制备出环氧改性有机钛硅树脂。测涂膜的耐温性能、耐腐蚀性能、机械性能。 采用以上制备出来的新型环氧有机钛硅树脂作为基料，使用修饰过的氧化钇为填料，研制出新型的耐高温涂料。
- 详细介绍：
- 本作品采用两种不含苯基的廉价硅烷单体作原料，以无水乙醇为溶剂制备树脂，在反应过程中用钛酸四正丁酯作为钛源将钛引入到Si-O-Si主链中，从而制备出一种含钛的有机硅树脂。 用环氧树脂E-20和已制备的有机钛硅树脂为原料，用环已酮作为溶剂，以二月桂酸二丁基锡作为催化剂，进行改性实验，制备出环氧改性有机钛硅树脂。并对树脂进行了羟值、环氧值的测定以及红外光谱表征和热重分析，得到的环氧改性有机钛硅树脂用正丁醇溶解，在马口铁上进行涂膜实验。固化后再测涂膜的耐高温性能、耐冷热交替性能、耐腐蚀性能(耐沸水、耐盐水、耐酸、耐碱)、附着力、铅笔硬度、抗冲击力等综合性能。结果表明，以钛酸四正丁酯为固化剂，改性树脂具有高固化活性，在100℃下涂膜实干时间小于或等于10 min ；当环氧树脂E-20和钛硅树脂的质量比为1:1时，固化膜的附着力达1级，硬度达到3H，抗冲击力大于50 cm；改性树脂可耐450~500℃的高温，固化膜在500℃高温下烘烤3h, 涂层基本没有裂纹和脱落现象。另外，环氧改性后树脂耐腐蚀性能有较大提升，其中在耐冷热交替性能测试中，40个循环后涂膜不起泡、不开裂、不剥落。 以硅烷偶联剂为修饰剂，采用超声搅拌的分散方式，对氧化钇进行修饰，采用FT-IR和SEM对修饰前后的氧化钇进行表征，结果表明，修饰后的氧化钇具有有良好分散性和亲油性。采用以上制备出来的新型环氧有机钛硅树脂作为基料，使用修饰过的氧化钇为填料，添加多种其他耐高温颜填料和助剂研制出新型的耐高温涂料。研究树脂、反应条件、颜填料对耐高温涂料性能的影响。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 针对目前有机硅涂料存在的主要缺点，通过对新型有机硅树脂的研制和改性、并用加入无机稀土材料，探索出一种新型、环保的、实用的耐高温涂料的合成工艺，开发性能优良的产品。 本作品使用不含有苯环的单体，用醇类、酮类为溶剂，制备钛硅树脂，并将环氧树脂接对钛硅树脂进行改性，从而开发一种高固化活性的防腐耐温环氧改性有机钛硅树脂；将修饰后的氧化钇添加到环氧改性树脂中，制备出良好防腐性能和耐热性能的涂料。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品结合国内外耐高温有机硅树脂涂料研究发展的趋势，进行深入分析，设计科学合理的实验方案。着重分析和解决有机硅涂料附着力差、固化时间长等方面的热点问题。 将钛引入到树脂的Si-O-Si主链中。树脂制备采用不含苯基的硅烷单体，用乙醇、环己酮作为溶剂。用环氧树脂改性树脂，涂膜附着力提高，防腐、耐温等性能提升。钛酸四正丁酯为固化剂，固化时间缩短，低温固化。将稀土材料应用到有机硅耐高温涂料中。
应用价值和现实意义
- 树脂是制备涂料的主要原料，本作品制备的环氧改性有机含钛硅树脂，涂膜在耐温、防腐、低温固化等方面都有一定的改进。 耐高温涂料在多个领域有着越来越广泛的应用，本作品中研制的耐高温有机钛硅树涂料的原料廉价易得，采用的合成工艺简单，采用低毒溶剂制备技术，降低了环境的污染，同时产品的综合性能与同类商品相比有一定的改进，因而具有良好的应用前景和推广价值。
学术论文摘要
- 本作品采用两种不含苯基的廉价硅烷单体作原料，在反应过程中用钛酸四正丁酯作为钛源将钛引入到Si-O-Si主链中，从而制备出一种含钛的有机硅树脂。 用环氧树脂和已制备的有机钛硅树脂为原料进行改性实验，制备出环氧改性有机钛硅树脂。并对树脂进行了羟值、环氧值的测定以及红外光谱表征和热重分析。测涂膜的耐温性能、耐腐蚀性能、附着力等综合性能。结果表明，改性树脂具有高固化活性，在100℃下涂膜实干时间小于或等于10 min ；固化膜的附着力1级，硬度3H，抗冲击力50 cm；固化膜在500℃高温下烘烤3h, 涂层基本没有裂纹和脱落现象。在耐冷热交替性能测试中，40个循环后涂膜不起泡、不开裂、不剥落。 对氧化钇进行修饰，修饰后的氧化钇具有有良好分散性和亲油性。采用以上制备出来的新型环氧有机钛硅树脂作为基料，使用修饰过的氧化钇为填料，研制出新型的耐高温涂料。
获奖情况
- 共已申请专利2个： 11、《一种高固化活性耐高温有机硅树脂的制备方法》专利申请于2009年4月，申请号：200910038502.2 2、《一种可室温固化的耐高温环氧-钛硅树脂及其制备方法和应用》专利申请于2009年11月，申请号:200910193928.5 共已发表论文3篇： 1、《环氧树脂E-20改性有机钛硅树脂的制备》发表在《合成树脂及塑料》2011年第28卷第2期 2、《共混法制备有机硅涂料的研究进展》发表在《广东化工》2009年第36卷第11期 3、《可室温固化的环氧改性钛硅树脂的制备与性能研究》发表在《涂料工业》2010年第40卷第11期
鉴定结果
- 第四届“挑战杯”广东工业大学课外学术科技作品竞赛一等奖。 第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛二等奖
参考文献
- [1] 冯海猛, 王力. 有机硅耐高温涂料的研究进展[J]. 化工文摘, 2008, (6): 29-30, 42. [2] Atul Tiwari, L.H. Hihara. Thermal stability and thermokinetics studies on silicone creamer coatings: Part 1-inert atmosphere parameters [J]. Polymer Degradation and Stability, 2009, 94(10): 1754-1771. [3] 郭中宝, 刘杰民, 范慧俐, 等. 颜填料对环氧改性有机硅耐高温涂料综合性能的影响[J]. 现代涂料与涂装, 2007, 10(3): 13-18. [4] 刘雷. 柔性有机硅树脂的合成与改性[D]. 济南: 山东大学, 2009 [5] S. Ananda Kumar, Z. Denchev. Development and characterization of phosphorus-containing siliconized epoxy resin coatings [J]. Progress in Organic Coatings, 2009, 66: 1-7. [6] 孙举涛，黄玉东，曹海．Co3O4粒子的表面改性及其对复合材料性能的影响[J]．复合材料学报，2004，21(3)：33-37． [7] 朱庆红．技术与“涂料”之我见[J]．中国涂料，2002，1：21~23． [8] 白红英, 贾梦秋等．SiO2的原位改性及在耐热涂料中的运用［J］．表面技术，2006，32(6)：59-62． [9] Shailesh K.Dhokea，A.S.Khannaa，T.Jai Mangal Sinhab．Effect of nano-ZnO particles on the corrosion behavior of alkyd-based waterborne coatings［J］．Progress in Organic Coatings，2009，(64)：371-382．
同类课题研究水平概述
- 目前国外已研制出最高耐1427℃的耐高温涂料。但我国这方面的研究较弱，能耐700℃高温涂料的报道较少。 硅树脂的高分子结构中，以Si-O-Si为主链，与其它高分子材料相比，有机硅树脂中Si-O键能(450kJ/mol)远大于C-C键能(345kJ/mol)和C-O键(351kJ/mol )。因此，有机硅产品的最突出性能是优良的耐温特性、介电性、耐侯性、生理惰性和低表面张力。 目前，用作涂料基材的耐热型有机硅树脂主要是甲基苯基硅树脂。当前，耐热型的硅树脂大多为支链含苯基的有机硅树脂，因为苯基含量高硅树脂的热稳定性好、热老化时间长、柔韧性好、自干性好。但是，含苯基的硅树脂所使用的原料苯基氯硅烷或苯基烷氧基硅烷，价格较贵，而且制备过程一般使用甲苯作为溶剂，毒性较大。因此，开发低成本且具有高固化活性的耐热有机硅树脂是目前该领域的发展方向。 有机硅树脂作涂料用的主要缺点是需高温(150～200℃)固化，且高温固化时间长，而且在高温时防腐能力较差，对基材的附着力差，耐有机溶剂性差，温度较高时漆膜的机械强度不好。由于有机硅树脂的这些缺点而限制了它的应用，因此，人们常利用其他树脂对有机硅树脂进行改性。 环氧改性有机硅树脂是改性有机硅研究领域中较为重要的一个研究方向。用环氧树脂对有机硅进行改性，恰好可以弥补有机硅树脂的缺点，尤其可以提高有机硅树脂的附着力和有效降低有机硅树脂的固化温度。 固化剂是涂料产品中的一个重要成分，对树脂的性能有很大的影响。有机硅树脂一般要加热到150～250℃才能完全固化。环氧树脂用固化剂已有脂肪类、胺类、酸酐类、酚类、等固化剂。 利用无机材料的特点，对有机硅树脂进行改性是近年来研究的热点。目前，国内外对稀土氧化物研究的较多是制备方法，对于稀土氧化物在涂料，尤其是有机硅涂料中的应用尚鲜见报道。此外，由于纳米粒子的奇异特性，使得涂料性能得到进一步改善，诸如涂层与基体之间的接合强度、涂膜的表面硬度、涂膜的自洁能力等也获得了显著提高，进一步扩展了涂料的应用领域。
