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基本信息

項(xiàng)目名稱：
TiO2/有機(jī)硅/SiO2雜化納米涂層的制備
小類：
能源化工
簡介：
本項(xiàng)目基于溶膠-凝膠法將無機(jī)組分SiO2和TiO2以共價(jià)鍵的形式接枝到有機(jī)硅中,制備出綜合有機(jī)、無機(jī)材料優(yōu)良性能的有機(jī)/無機(jī)雜化涂料，采用該涂料制備的涂層具有“三防”(防腐蝕、防濕熱、防霉菌)、抗沖蝕和抗高低溫沖擊的優(yōu)良性能。該方法具有工藝簡單、成本低廉、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)。
詳細(xì)介紹：
濕熱、鹽霧和霉菌構(gòu)成了我國南方沿海區(qū)域的典型腐蝕環(huán)境，這種環(huán)境對(duì)飛機(jī)等會(huì)造成嚴(yán)重腐蝕。而TiO2/有機(jī)硅/SiO2雜化涂層具有耐沖蝕、抗熱沖擊、防腐蝕、防濕熱、防霉菌的優(yōu)良性能，在我國沿海艦載機(jī)防護(hù)涂層方面有著良好的潛在應(yīng)用前景。 本項(xiàng)目基于溶膠-凝膠法，具有工藝簡單、成本低廉、實(shí)用、環(huán)保的特點(diǎn)。以正硅酸乙酷(TEOS)為無機(jī)相前驅(qū)體，二甲基三乙氧基硅烷(MTES)和二苯基二甲氧基硅烷(DDS)為有機(jī)相前驅(qū)體，通過溶膠-凝膠法制備有機(jī)硅/SiO2雜化材料，通過向涂層中加入改性銳鈦礦型的納米TiO2使涂層具有良好的防霉菌性能，從而賦予涂層更好的綜合性能。 采用上述方法制備的雜化涂層具有“三防”(防腐蝕、防濕熱、防霉菌)、抗沖蝕和抗高低溫沖擊的優(yōu)良性能。

作品圖片

  • TiO2/有機(jī)硅/SiO2雜化納米涂層的制備
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  • TiO2/有機(jī)硅/SiO2雜化納米涂層的制備
  • TiO2/有機(jī)硅/SiO2雜化納米涂層的制備
  • TiO2/有機(jī)硅/SiO2雜化納米涂層的制備

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的：飛機(jī)承受冷熱交變沖擊，受到雨滴、冰雹和砂石的沖刷，在沿海地區(qū)特別是南方沿海地區(qū)，空氣潮濕且含有鹽霧，對(duì)飛機(jī)涂層的侵蝕更加嚴(yán)重。目前我國戰(zhàn)斗機(jī)蒙皮一般采用聚氨酯類的涂層，但該涂料成本較高，施工復(fù)雜，環(huán)境要求也很高，漆膜容易產(chǎn)生弊病，而其中所含未反應(yīng)的甲苯二異氰酸酯，危害人體健康；耐熱性也不理想（通常在-40～120℃），難以對(duì)飛機(jī)一些高溫部位如油箱等進(jìn)行長時(shí)間的保護(hù)。因此，有必要研發(fā)一種新型涂層。本作品通過有機(jī)／無機(jī)雜化，獲得一種新型的“三防”(防腐蝕、防濕熱、防霉菌)、抗沖蝕和抗高低溫沖擊的有機(jī)／無機(jī)雜化涂料并制備涂層。 基本思路：本作品先采用溶膠-凝膠法制備出綜合有機(jī)和無機(jī)材料性能的有機(jī)硅/SiO2雜化溶膠。再通過物理共混法將改性后的銳鈦礦型納米TiO2粉體加入到雜化溶膠中制備出與雜化材料有機(jī)結(jié)合的TiO2/有機(jī)硅/ SiO2雜化涂料。 創(chuàng)新點(diǎn)：(1)該涂層物理、化學(xué)性能良好，防腐蝕與聚氨酯相當(dāng)；防濕熱、耐高溫性能和防霉菌性能優(yōu)于聚氨酯涂層。 (2) 與一般物理共混不同，改性的TiO2與有機(jī)硅形成了化學(xué)鍵，有機(jī)/無機(jī)相通過共價(jià)鍵結(jié)合。 (3)本項(xiàng)目采用溶膠-凝膠法，該工藝環(huán)保、工藝簡單、成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)。 技術(shù)指標(biāo)：雜化涂層硬度0.92; 擊強(qiáng)度45kg.cm; 韌性1mm；附著力1級(jí)，耐高溫：最高450℃?！驹斠姼郊y(cè)試報(bào)告】注：【丙烯酸聚氨酯漆膜性能分別為：0.3~0.8；15~50kg.cm；2mm；≤1級(jí)】

科學(xué)性、先進(jìn)性

（1）SiO2以共價(jià)鍵和有機(jī)硅結(jié)合，涂層耐高溫：采用正硅酸乙酯(TEOS)為無機(jī)物的前驅(qū)體、二甲基三乙氧基硅烷(MTES)為有機(jī)物的前驅(qū)體，利用溶膠－凝膠技術(shù)，通過TEOS、MTES的共水解－縮聚反應(yīng)制備出兩相以共價(jià)鍵結(jié)合的均質(zhì)透明的二氧化硅/有機(jī)硅雜化體系。該方法制備的TiO2/有機(jī)硅/SiO2雜化涂層未出現(xiàn)有機(jī)/無機(jī)相分離。解決了現(xiàn)有雜化材料易出現(xiàn)相分離的缺點(diǎn)。 （2）納米TiO2與有機(jī)硅以共價(jià)鍵結(jié)合，防霉菌：涂層中加入納米TiO2使得涂層具有良好的防霉性能，該涂層尤其適合南方濕熱環(huán)境下使用。 （3）合成工藝簡單、成本低廉、環(huán)保。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2011年5月第十二屆“挑戰(zhàn)杯“全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽XX省賽區(qū)獲獎(jiǎng)作品

作品所處階段

已在實(shí)驗(yàn)室合成和制備了性能優(yōu)良的雜化涂層，目前處于中試階段。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

尚未進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

實(shí)物（產(chǎn)品）、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像、樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：溶膠-凝膠法制備涂層材料，由于反應(yīng)組分在納米級(jí)均勻混合，因此材料的均一性好；化學(xué)成分可以有選擇的摻雜，制品的純度高，反應(yīng)溫度在300℃以內(nèi)。采用該方法制備的TiO2/有機(jī)硅/ SiO2雜化納米涂層具有“三防”、抗沖蝕和抗高低溫沖擊的優(yōu)良性能。 作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明：該雜化涂層具有耐沖蝕、抗冷熱沖擊、防腐蝕、防濕熱、防霉菌的優(yōu)良性能，在我國沿海艦載機(jī)防護(hù)涂層方面有著良好的潛在應(yīng)用前景，也可以在民用領(lǐng)域應(yīng)用于耐高溫部件的涂裝?！疽姼郊脩粼囉脠?bào)告】 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：該作品如果能通過中試生產(chǎn)，在耐高溫、絕緣涂層、沿海濕熱環(huán)境下有廣闊的應(yīng)用前景，如果能在沿海戰(zhàn)斗機(jī)上適用其經(jīng)濟(jì)效益顯著。通過工廠對(duì)該產(chǎn)品的試用表明，該涂料在民用領(lǐng)域也有較廣闊的應(yīng)用前景?！疽姼郊脩粼囉脠?bào)告】

同類課題研究水平概述

飛機(jī)飛行時(shí)由于空氣動(dòng)力熱和發(fā)動(dòng)機(jī)散發(fā)出大量熱的作用，蒙皮溫度變化很大，當(dāng)飛機(jī)馬赫數(shù)達(dá)到2.5時(shí)蒙皮溫度達(dá)到220℃；而降落到地面時(shí)，東北最低溫度可達(dá)到-40℃以下，飛機(jī)蒙皮承受冷熱交變沖擊；飛行時(shí)還受到雨滴、冰雹和砂石的沖刷和磨蝕；在沿海地區(qū)特別蝕南方沿海地區(qū)，空氣潮濕且含有鹽霧，對(duì)飛機(jī)涂層的侵蝕更加嚴(yán)重。因此需要開發(fā)適應(yīng)苛刻條件下的涂料。 有機(jī)/無機(jī)雜化材料實(shí)現(xiàn)了有機(jī)高分子材料和無機(jī)材料的分子級(jí)復(fù)合，比傳統(tǒng)的復(fù)合材料具有更明顯的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它還具備較強(qiáng)的材料性能可設(shè)計(jì)性。因此制備有特殊功能的有機(jī)/無機(jī)雜化材料成為材料科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。 董素芳采用溶膠—凝膠法制得二氧化硅(SiO2)及三氧化二鋁(A12O3)溶膠，將其摻入到聚酞胺酸基體中，得到SiO2-Al2O3/聚酞亞胺雜化薄膜，該薄膜材料熱分解溫度提高。有研究者采用溶膠一凝膠法以二甲基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯為原料，用浸漬-提拉法在LYl2鋁合金基體表面成功制備了有機(jī)一無機(jī)雜化涂層涂層。該有機(jī)/無機(jī)雜化涂層耐腐蝕性能優(yōu)良。因此，通過有機(jī)/無機(jī)雜化可能合成一種耐蝕性能良好的新型涂層。 采用原位聚合工藝可以獲得性能優(yōu)良的有機(jī)/無機(jī)雜化納米涂層，將經(jīng)過表面處理的納米粒子加入到單體中，混合均勻，然后適當(dāng)條件引發(fā)單體可進(jìn)行原位聚合。由于聚合物單體分子較小，粘度低，表面有效改性后的無機(jī)納米粒子容易均勻分散，因此保證了體系的均勻性及各項(xiàng)物理性能。典型的代表有SiO2/PMMA, TiO2/聚丙烯酸酯雜化材料。 原位聚合法反應(yīng)條件溫和，粒子的納米特性完好無損，同時(shí)在聚合過程中，只經(jīng)一次聚合成型，不需熱加工，避免了由此產(chǎn)生的降解，從而保持了基本性能的穩(wěn)定。該方法成為制備有機(jī)/無機(jī)雜化材料的重要方法。 我國已有將有機(jī)硅應(yīng)用于殲擊機(jī)的涂裝的案例，如有機(jī)硅聚氨酯瓷漆W04-1，由含羥基的有機(jī)硅樹脂HDI和TDI的加成物組成，該涂層的耐熱性較丙烯酸聚氨酯涂層好，但耐大氣老化差一些，由于異氰酸中有TDI，易粉化。 目前，采用原位聚合方法制備有機(jī)/無機(jī)雜化材料制備的涂層有望抑制雜化膜內(nèi)部有機(jī)和無機(jī)相可能發(fā)生的分離，獲得綜合性能良好的涂料和涂層。納米TiO2具有無毒、無味、無刺激性、熱穩(wěn)定性好、抗菌作用快等優(yōu)點(diǎn)，通過加入納米TiO2粒子，可望獲得有防霉菌性能的有機(jī)/無機(jī)雜化涂層。
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