基本信息
- 项目名称：
- 有机硅树脂的水性化技术
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 有机硅树脂具有优良的热氧化稳定性，耐候性，电绝缘性，憎水性以及耐腐蚀性，已被广泛用于耐高低温绝缘漆，特种涂料，胶黏剂，膜塑料等。但是，目前有机硅树脂耐高低温绝缘漆及特种涂料等主要采用芳烃、醇类等有机物作溶剂，会产生大量的VOC(挥发性有机化合物)，对环境及人体造成极大的危害，故树脂的水性化是目前的研究热点和发展趋势。 本作品研究设计氨水作为成盐剂，利用有机硅树脂中的硅羟基在碱性条件下易成盐的特点，使其成盐实现自乳化，以水为分散介质，形成水性乳液。树脂采用水为溶剂，不产生VOC，使用贮存都很方便；氨和水在固化时，又会自行脱掉，不会影响树脂的结构和性能。本方法简便可靠，成本低，污染小，适于工业化生产，具有很好的应用前景。通过红外和热重测试分析表明：水性化后树脂的结构和性能不受影响。
- 详细介绍：
- 有机硅树脂具有优良的热氧化稳定性，耐候性，电绝缘性，憎水性以及耐腐蚀性，已被广泛用于耐高低温绝缘漆，特种涂料，胶黏剂，膜塑料等。但是，目前有机硅树脂耐高低温绝缘漆及特种涂料等主要采用芳烃、醇类等有机物作溶剂，会产生大量的VOC(挥发性有机化合物)，对环境以及人体造成极大的危害，故树脂的水性化是目前的研究热点和发展趋势。本课题研究设计氨水作为成盐剂，利用有机硅树脂中的硅羟基在碱性条件下易成盐的特点，使其成盐实现自乳化，以水为分散介质，形成水性乳液。树脂采用水为溶剂，不产生VOC，使用贮存都很方便；氨和水在固化时，又会自行脱掉，不会影响树脂的结构和性能。本方法简便可靠，成本低，污染小，适于工业化生产，具有很好的应用前景。 目前有机硅树脂的乳化方法主要有直接乳化法、乳液聚合法和自乳化法。前两种方法都要引入乳化剂，改变了树脂的结构，对材料的性能产生了影响。自乳化方法通常是通过引入亲水性基团，如非离子性的-OH、-NH、-CO-NH-、-CO-，离子性的-SO3、-NR2、-HX,这些基团都能与水作用，形成氢键，或直接生成水合离子溶于水中。本作品采用自乳化法，设计采用氨水为成盐剂，使有机硅树脂中的硅羟基在碱性条件下变成盐，实现自乳化分散于水中，形成水性乳液。本方法采用氨化法，与树脂中的硅羟基反应使其成盐，从而引入亲水性基团，完成自乳化，以水为分散介质，形成水性乳液，研究改性前后树脂结构和性能的变化。通过改性，提高了树脂的亲水性，且以水为溶剂，不产生VOC，无污染，使树脂的使用和贮存都得到优化，很有创新性；且树脂固化后，氨和水又会自行脱掉，对树脂的结构和性能不产生影响。本方法简便可靠，成本低，污染小，适于工业化生产，具有很好的应用前景。 在实验过程中，为了达到乳化效果我们进行了条件实验分别通过温度、时间、搅拌强度和原料的配比等实验条件进行探索。最终由实验得到简便可靠，成本低，污染小，适于工业化生产，具有很好的应用前景实验方法。由条件实验实验得到，在30～40 ℃下先后将一定质量配比的工业化成品有机硅树脂和2%～4%（wt）氨水加入到反应器中，用分散机强力搅拌，转速为1500r/min～2000r/min，预乳化1~2h，然后再加入20%～40%（wt）水，控制溶液中树脂固含量为40%～60%,继续搅拌1~2h，即可制得有机硅树脂的水性乳液。然后采用常温放置观察是否分层，进一步进行离心分离以达到稳定状态。将成品涂到马口铁上观察成膜，最后将成膜稳定的乳液进行红外、热重等分析手段研究水性化后有机硅树脂可以得到：水性化后树脂的结构和性能不受影响且不含有环境污染的有机溶剂。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 有机硅树脂的水性化技术国内未见报道。本作品主要设计研究了一种新的有机硅树脂的水性化方法。基本思路是了利用有机硅树脂中硅羟基在碱性条件下易成盐的特点，设计选择氨水作为成盐剂，使硅羟基成盐实现自乳化，形成水性乳液。采用红外和热重分析等手段研究树脂水性化前后结构和性能的变化。
科学性、先进性及独特之处
- 树脂的水性化是目前油漆、涂料等行业的研究热点和发展趋势。有机硅树脂因具有优良的电性能、热性能等。在许多领域都有广泛的应用，但目前大部分都是溶剂型，因此，本作品探索研究一种新的有机硅树脂的水性化方法，具有很好的创新性。
应用价值和现实意义
- 有机硅树脂因具有良好的耐热性、耐候性、电绝缘性和憎水性等性能，已被广泛的应用于耐高低温油漆、涂料等领域。但目前大多数是溶剂型，在使用过程中会产生大量VOC，对环境和人体造成极大的伤害。本作品探索研究一种新的有机硅树脂的水性化方法，实现有机硅树脂由溶剂型向水性的转换，可以很好的弥补上述的缺陷。具有很好的应用前景。
学术论文摘要
- 有机硅树脂具有优良的热氧化稳定性，耐候性，电绝缘性，憎水性以及耐腐蚀性，已广泛用于耐高低温绝缘漆，特种涂料，胶黏剂，膜塑料等。但是，目前有机硅树脂耐高低温绝缘漆及特种涂料等主要采用芳烃、醇类等有机物作溶剂，会产生大量的VOC(挥发性有机化合物)，对环境以及人体造成极大的危害，故树脂的水性化是目前的研究热点和发展趋势。本课题研究设计氨水作为成盐剂，利用有机硅树脂中的硅羟基在碱性条件下易成盐的特点，使其成盐实现自乳化，以水为分散介质，形成水性乳液。树脂采用水为溶剂，不产生VOC，使用以及贮存都很方便；氨和水在固化时，又会自行脱掉，不会影响树脂的结构和性能。本方法简便可靠，成本低，污染小，适于工业化生产，具有很好的应用前景。经实验得到，在30～40 ℃下先后将一定质量配比的工业化成品有机硅树脂和2%～4%（wt）氨水加入到反应器中，用分散机强力搅拌，转速为1500r/min～2000r/min，预乳化1~2小时，然后再加入20%～40%（wt）水，控制溶液中树脂固含量为40%～60%,继续搅拌1~2个小时，即可制得有机硅树脂的水性乳液。
获奖情况
- 现已经获得专利申请号200910033116.4
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 陆享融．我国溶剂型建筑涂料沿革与展望[J]．化学建材，1998（3）：5－6． [2] 贾梦秋，邓海锋．耐高温有机硅树脂的合成[J]．化工新型材料，2007，35 (7)：46-48． [3] 李清材，杨茂林，崔锦峰，等．黑色有机硅耐热漆的研制[J]．现代涂料与涂装，2007，10（1)：11-13． [4] 孔详正，阚成友，罗东等．有机硅改性丙烯酸酯乳液合成方法及胶膜性能的研究[J]．高等学校化学学报．1995，16(11)：1810~1813． [5] 杨春晖，陈兴娟，徐用军．涂料配方设计与制备工艺[]M．北京：化学工业出版社．2003．
同类课题研究水平概述
- 目前国内外使用的有机硅树脂大多数为溶剂型，而这些制备的有机硅树脂最大的缺点就是污染环境、易燃、对人体有害，并且有机溶剂的价格也十分的昂贵。但是随着经济的发展和人们生活素质的不断提高，保护环境和节约能源越来越受到重视，因而有机硅树脂的合成朝着无溶剂和水性化方向发展。 在世界范围内，对水性耐高温的涂料及水性防锈涂料的研究都是热点问题，而国内对于这方面的研究还未见文献报道。现有的国外技术如日本用高价的金属磷酸盐和高价金属氧化物或者氢氧化物制成的防腐涂料。但是，着这种研究往往具有单一性，制备的涂料或者是可耐高温，或是可防锈，或是可带锈涂刷，或是双组分水性涂料，很少见到同时具有耐高温、带锈防锈功能的水溶剂型涂料。 本作品的有机硅树脂水性化技术具有优良的热氧化稳定性，耐候性，电绝缘性，憎水性以及耐腐蚀性，已被广泛用于耐高低温绝缘漆，特种涂料，胶黏剂，膜塑料等，更重要的是这种水性化技术不仅保护环境和节约能源具有绝对的优越性。本课题研究设计氨水作为成盐剂，利用有机硅树脂中的硅羟基在碱性条件下易成盐的特点，使其成盐实现自乳化，以水为分散介质，形成水性乳液。树脂采用水为溶剂，不产生VOC，使用贮存都很方便；氨和水在固化时，又会自行脱掉，不会影响树脂的结构和性能。本方法简便可靠，成本低，污染小，适于工业化生产，具有很好的应用前景。
