基本信息
- 項目名稱：
- TiO2/有機硅/SiO2雜化納米涂層的制備
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目基于溶膠-凝膠法將無機組分SiO2和TiO2以共價鍵的形式接枝到有機硅中,制備出綜合有機、無機材料優(yōu)良性能的有機/無機雜化涂料，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。
- 詳細介紹：
- 濕熱、鹽霧和霉菌構成了我國南方沿海區(qū)域的典型腐蝕環(huán)境，這種環(huán)境對飛機等會造成嚴重腐蝕。而TiO2/有機硅/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，在我國沿海艦載機防護涂層方面有著良好的潛在應用前景。 本項目基于溶膠-凝膠法，具有工藝簡單、成本低廉、實用、環(huán)保的特點。以正硅酸乙酷(TEOS)為無機相前驅體，二甲基三乙氧基硅烷(MTES)和二苯基二甲氧基硅烷(DDS)為有機相前驅體，通過溶膠-凝膠法制備有機硅/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
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的：飛機承受冷熱交變沖擊，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，對飛機涂層的侵蝕更加嚴重。目前我國戰(zhàn)斗機蒙皮一般采用聚氨酯類的涂層，但該涂料成本較高，施工復雜，環(huán)境要求也很高，漆膜容易產生弊病，而其中所含未反應的甲苯二異氰酸酯，危害人體健康；耐熱性也不理想（通常在-40～120℃），難以對飛機一些高溫部位如油箱等進行長時間的保護。因此，有必要研發(fā)一種新型涂層。本作品通過有機／無機雜化，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／無機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和無機材料性能的有機硅/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結合的TiO2/有機硅/ SiO2雜化涂料。 創(chuàng)新點：(1)該涂層物理、化學性能良好，防腐蝕與聚氨酯相當；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與有機硅形成了化學鍵，有機/無機相通過共價鍵結合。 (3)本項目采用溶膠-凝膠法，該工藝環(huán)保、工藝簡單、成本低廉、實用性強。 技術指標：雜化涂層硬度0.92; 擊強度45kg.cm; 韌性1mm；附著力1級，耐高溫：最高450℃?！驹斠姼郊y試報告】注：【丙烯酸聚氨酯漆膜性能分別為：0.3~0.8；15~50kg.cm；2mm；≤1級】
科學性、先進性
- （1）SiO2以共價鍵和有機硅結合，涂層耐高溫：采用正硅酸乙酯(TEOS)為無機物的前驅體、二甲基三乙氧基硅烷(MTES)為有機物的前驅體，利用溶膠－凝膠技術，通過TEOS、MTES的共水解－縮聚反應制備出兩相以共價鍵結合的均質透明的二氧化硅/有機硅雜化體系。該方法制備的TiO2/有機硅/SiO2雜化涂層未出現有機/無機相分離。解決了現有雜化材料易出現相分離的缺點。 （2）納米TiO2與有機硅以共價鍵結合，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。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年5月第十二屆“挑戰(zhàn)杯“全國大學生課外學術科技作品競賽XX省賽區(qū)獲獎作品
作品所處階段
- 已在實驗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。
技術轉讓方式
- 尚未進行技術轉讓
作品可展示的形式
- 實物（產品）、現場演示、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 作品的技術特點和優(yōu)勢：溶膠-凝膠法制備涂層材料，由于反應組分在納米級均勻混合，因此材料的均一性好；化學成分可以有選擇的摻雜，制品的純度高，反應溫度在300℃以內。采用該方法制備的TiO2/有機硅/ 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。 作品的適應范圍及推廣前景的技術性說明：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，在我國沿海艦載機防護涂層方面有著良好的潛在應用前景，也可以在民用領域應用于耐高溫部件的涂裝?！疽姼郊脩粼囉脠蟾妗? 市場分析和經濟效益預測：該作品如果能通過中試生產，在耐高溫、絕緣涂層、沿海濕熱環(huán)境下有廣闊的應用前景，如果能在沿海戰(zhàn)斗機上適用其經濟效益顯著。通過工廠對該產品的試用表明，該涂料在民用領域也有較廣闊的應用前景?！疽姼郊脩粼囉脠蟾妗?
同類課題研究水平概述
- 飛機飛行時由于空氣動力熱和發(fā)動機散發(fā)出大量熱的作用，蒙皮溫度變化很大，當飛機馬赫數達到2.5時蒙皮溫度達到220℃；而降落到地面時，東北最低溫度可達到-40℃以下，飛機蒙皮承受冷熱交變沖擊；飛行時還受到雨滴、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，對飛機涂層的侵蝕更加嚴重。因此需要開發(fā)適應苛刻條件下的涂料。 有機/無機雜化材料實現了有機高分子材料和無機材料的分子級復合，比傳統(tǒng)的復合材料具有更明顯的優(yōu)點，同時它還具備較強的材料性能可設計性。因此制備有特殊功能的有機/無機雜化材料成為材料科學研究的前沿領域。 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一無機雜化涂層涂層。該有機/無機雜化涂層耐腐蝕性能優(yōu)良。因此，通過有機/無機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/無機雜化納米涂層，將經過表面處理的納米粒子加入到單體中，混合均勻，然后適當條件引發(fā)單體可進行原位聚合。由于聚合物單體分子較小，粘度低，表面有效改性后的無機納米粒子容易均勻分散，因此保證了體系的均勻性及各項物理性能。典型的代表有SiO2/PMMA, TiO2/聚丙烯酸酯雜化材料。 原位聚合法反應條件溫和，粒子的納米特性完好無損，同時在聚合過程中，只經一次聚合成型，不需熱加工，避免了由此產生的降解，從而保持了基本性能的穩(wěn)定。該方法成為制備有機/無機雜化材料的重要方法。 我國已有將有機硅應用于殲擊機的涂裝的案例，如有機硅聚氨酯瓷漆W04-1，由含羥基的有機硅樹脂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/無機雜化材料制備的涂層有望抑制雜化膜內部有機和無機相可能發(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，通過加入納米TiO2粒子，可望獲得有防霉菌性能的有機/無機雜化涂層。
