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基本信息
- 項目名稱：
- 低毒溶劑制備含鈦有機硅耐溫涂料的關(guān)鍵技術(shù)
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 本作品采用兩種不含苯基的廉價硅烷單體作原料，制備出一種含鈦的有機硅樹脂。 用環(huán)氧樹脂和已制備的有機鈦硅樹脂為原料，用環(huán)已酮作為溶劑，以二月桂酸二丁基錫作為催化劑，進行改性實驗，制備出環(huán)氧改性有機鈦硅樹脂。測涂膜的耐溫性能、耐腐蝕性能、機械性能。 采用以上制備出來的新型環(huán)氧有機鈦硅樹脂作為基料，使用修飾過的氧化釔為填料，研制出新型的耐高溫涂料。
- 詳細介紹：
- 本作品采用兩種不含苯基的廉價硅烷單體作原料，以無水乙醇為溶劑制備樹脂，在反應(yīng)過程中用鈦酸四正丁酯作為鈦源將鈦引入到Si-O-Si主鏈中，從而制備出一種含鈦的有機硅樹脂。 用環(huán)氧樹脂E-20和已制備的有機鈦硅樹脂為原料，用環(huán)已酮作為溶劑，以二月桂酸二丁基錫作為催化劑，進行改性實驗，制備出環(huán)氧改性有機鈦硅樹脂。并對樹脂進行了羥值、環(huán)氧值的測定以及紅外光譜表征和熱重分析，得到的環(huán)氧改性有機鈦硅樹脂用正丁醇溶解，在馬口鐵上進行涂膜實驗。固化后再測涂膜的耐高溫性能、耐冷熱交替性能、耐腐蝕性能(耐沸水、耐鹽水、耐酸、耐堿)、附著力、鉛筆硬度、抗沖擊力等綜合性能。結(jié)果表明，以鈦酸四正丁酯為固化劑，改性樹脂具有高固化活性，在100℃下涂膜實干時間小于或等于10 min ；當(dāng)環(huán)氧樹脂E-20和鈦硅樹脂的質(zhì)量比為1:1時，固化膜的附著力達1級，硬度達到3H，抗沖擊力大于50 cm；改性樹脂可耐450~500℃的高溫，固化膜在500℃高溫下烘烤3h, 涂層基本沒有裂紋和脫落現(xiàn)象。另外，環(huán)氧改性后樹脂耐腐蝕性能有較大提升，其中在耐冷熱交替性能測試中，40個循環(huán)后涂膜不起泡、不開裂、不剝落。 以硅烷偶聯(lián)劑為修飾劑，采用超聲攪拌的分散方式，對氧化釔進行修飾，采用FT-IR和SEM對修飾前后的氧化釔進行表征，結(jié)果表明，修飾后的氧化釔具有有良好分散性和親油性。采用以上制備出來的新型環(huán)氧有機鈦硅樹脂作為基料，使用修飾過的氧化釔為填料，添加多種其他耐高溫顏填料和助劑研制出新型的耐高溫涂料。研究樹脂、反應(yīng)條件、顏填料對耐高溫涂料性能的影響。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 針對目前有機硅涂料存在的主要缺點，通過對新型有機硅樹脂的研制和改性、并用加入無機稀土材料，探索出一種新型、環(huán)保的、實用的耐高溫涂料的合成工藝，開發(fā)性能優(yōu)良的產(chǎn)品。 本作品使用不含有苯環(huán)的單體，用醇類、酮類為溶劑，制備鈦硅樹脂，并將環(huán)氧樹脂接對鈦硅樹脂進行改性，從而開發(fā)一種高固化活性的防腐耐溫環(huán)氧改性有機鈦硅樹脂；將修飾后的氧化釔添加到環(huán)氧改性樹脂中，制備出良好防腐性能和耐熱性能的涂料。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 本作品結(jié)合國內(nèi)外耐高溫有機硅樹脂涂料研究發(fā)展的趨勢，進行深入分析，設(shè)計科學(xué)合理的實驗方案。著重分析和解決有機硅涂料附著力差、固化時間長等方面的熱點問題。 將鈦引入到樹脂的Si-O-Si主鏈中。樹脂制備采用不含苯基的硅烷單體，用乙醇、環(huán)己酮作為溶劑。用環(huán)氧樹脂改性樹脂，涂膜附著力提高，防腐、耐溫等性能提升。鈦酸四正丁酯為固化劑，固化時間縮短，低溫固化。將稀土材料應(yīng)用到有機硅耐高溫涂料中。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 樹脂是制備涂料的主要原料，本作品制備的環(huán)氧改性有機含鈦硅樹脂，涂膜在耐溫、防腐、低溫固化等方面都有一定的改進。 耐高溫涂料在多個領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用，本作品中研制的耐高溫有機鈦硅樹涂料的原料廉價易得，采用的合成工藝簡單，采用低毒溶劑制備技術(shù)，降低了環(huán)境的污染，同時產(chǎn)品的綜合性能與同類商品相比有一定的改進，因而具有良好的應(yīng)用前景和推廣價值。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本作品采用兩種不含苯基的廉價硅烷單體作原料，在反應(yīng)過程中用鈦酸四正丁酯作為鈦源將鈦引入到Si-O-Si主鏈中，從而制備出一種含鈦的有機硅樹脂。 用環(huán)氧樹脂和已制備的有機鈦硅樹脂為原料進行改性實驗，制備出環(huán)氧改性有機鈦硅樹脂。并對樹脂進行了羥值、環(huán)氧值的測定以及紅外光譜表征和熱重分析。測涂膜的耐溫性能、耐腐蝕性能、附著力等綜合性能。結(jié)果表明，改性樹脂具有高固化活性，在100℃下涂膜實干時間小于或等于10 min ；固化膜的附著力1級，硬度3H，抗沖擊力50 cm；固化膜在500℃高溫下烘烤3h, 涂層基本沒有裂紋和脫落現(xiàn)象。在耐冷熱交替性能測試中，40個循環(huán)后涂膜不起泡、不開裂、不剝落。 對氧化釔進行修飾，修飾后的氧化釔具有有良好分散性和親油性。采用以上制備出來的新型環(huán)氧有機鈦硅樹脂作為基料，使用修飾過的氧化釔為填料，研制出新型的耐高溫涂料。
獲獎情況
- 共已申請專利2個： 11、《一種高固化活性耐高溫有機硅樹脂的制備方法》專利申請于2009年4月，申請?zhí)枺?00910038502.2 2、《一種可室溫固化的耐高溫環(huán)氧-鈦硅樹脂及其制備方法和應(yīng)用》專利申請于2009年11月，申請?zhí)?200910193928.5 共已發(fā)表論文3篇： 1、《環(huán)氧樹脂E-20改性有機鈦硅樹脂的制備》發(fā)表在《合成樹脂及塑料》2011年第28卷第2期 2、《共混法制備有機硅涂料的研究進展》發(fā)表在《廣東化工》2009年第36卷第11期 3、《可室溫固化的環(huán)氧改性鈦硅樹脂的制備與性能研究》發(fā)表在《涂料工業(yè)》2010年第40卷第11期
鑒定結(jié)果
- 第四屆“挑戰(zhàn)杯”廣東工業(yè)大學(xué)課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎。 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎
參考文獻
- [1] 馮海猛, 王力. 有機硅耐高溫涂料的研究進展[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] 郭中寶, 劉杰民, 范慧俐, 等. 顏填料對環(huán)氧改性有機硅耐高溫涂料綜合性能的影響[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 2007, 10(3): 13-18. [4] 劉雷. 柔性有機硅樹脂的合成與改性[D]. 濟南: 山東大學(xué), 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] 孫舉濤，黃玉東，曹海．Co3O4粒子的表面改性及其對復(fù)合材料性能的影響[J]．復(fù)合材料學(xué)報，2004，21(3)：33-37． [7] 朱慶紅．技術(shù)與“涂料”之我見[J]．中國涂料，2002，1：21~23． [8] 白紅英, 賈夢秋等．SiO2的原位改性及在耐熱涂料中的運用［J］．表面技術(shù)，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．
同類課題研究水平概述
- 目前國外已研制出最高耐1427℃的耐高溫涂料。但我國這方面的研究較弱，能耐700℃高溫涂料的報道較少。 硅樹脂的高分子結(jié)構(gòu)中，以Si-O-Si為主鏈，與其它高分子材料相比，有機硅樹脂中Si-O鍵能(450kJ/mol)遠大于C-C鍵能(345kJ/mol)和C-O鍵(351kJ/mol )。因此，有機硅產(chǎn)品的最突出性能是優(yōu)良的耐溫特性、介電性、耐侯性、生理惰性和低表面張力。 目前，用作涂料基材的耐熱型有機硅樹脂主要是甲基苯基硅樹脂。當(dāng)前，耐熱型的硅樹脂大多為支鏈含苯基的有機硅樹脂，因為苯基含量高硅樹脂的熱穩(wěn)定性好、熱老化時間長、柔韌性好、自干性好。但是，含苯基的硅樹脂所使用的原料苯基氯硅烷或苯基烷氧基硅烷，價格較貴，而且制備過程一般使用甲苯作為溶劑，毒性較大。因此，開發(fā)低成本且具有高固化活性的耐熱有機硅樹脂是目前該領(lǐng)域的發(fā)展方向。 有機硅樹脂作涂料用的主要缺點是需高溫(150～200℃)固化，且高溫固化時間長，而且在高溫時防腐能力較差，對基材的附著力差，耐有機溶劑性差，溫度較高時漆膜的機械強度不好。由于有機硅樹脂的這些缺點而限制了它的應(yīng)用，因此，人們常利用其他樹脂對有機硅樹脂進行改性。 環(huán)氧改性有機硅樹脂是改性有機硅研究領(lǐng)域中較為重要的一個研究方向。用環(huán)氧樹脂對有機硅進行改性，恰好可以彌補有機硅樹脂的缺點，尤其可以提高有機硅樹脂的附著力和有效降低有機硅樹脂的固化溫度。 固化劑是涂料產(chǎn)品中的一個重要成分，對樹脂的性能有很大的影響。有機硅樹脂一般要加熱到150～250℃才能完全固化。環(huán)氧樹脂用固化劑已有脂肪類、胺類、酸酐類、酚類、等固化劑。 利用無機材料的特點，對有機硅樹脂進行改性是近年來研究的熱點。目前，國內(nèi)外對稀土氧化物研究的較多是制備方法，對于稀土氧化物在涂料，尤其是有機硅涂料中的應(yīng)用尚鮮見報道。此外，由于納米粒子的奇異特性，使得涂料性能得到進一步改善，諸如涂層與基體之間的接合強度、涂膜的表面硬度、涂膜的自潔能力等也獲得了顯著提高，進一步擴展了涂料的應(yīng)用領(lǐng)域。
