CN104650731A - 一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，其各组分质量份数为：硼改性有机硅树脂：45-58份，耐热颜填料：35—45份，聚芳醚砜酮改性树脂：10-15份，碳化硅微粉：15-25份，氟化石墨：15-20份；硅烷偶联剂：30-35份；助剂：2-4份，其中，硼改性有机硅树脂为硼酸改性有机硅树脂或环氧改性硅硼树脂；其中，聚芳醚砜酮改性树脂按质量百分比计包括以下成分：环氧树脂：40-70份，聚芳醚砜酮：20-35份；碳化硅微粉粒径为6μm；氟化石墨粒径为5-10μm；耐热颜填料包括：纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；本发明哈设计了一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及复合涂料的生产制造领域，特别是一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料及其制备方法。
背景技术
暴露在野外环境中的金属结构，其表面极易与周围环境发生化学及电化学作用而腐蚀，因此需要在其表面涂覆一层防腐层以保护金属结构主体不被锈蚀。但当金属结构表面防腐涂层料性能较差而破损时，也会使金属结构本体暴露在外产生锈蚀。
采用传统的防锈漆涂装，防锈漆膜不能彻底阻止空气中的水合氧气浸透，并且高分子涂漆材料存在“老化现象”，因而导致漆层产生裂纹、鼓泡和粉化；一旦漆层出现裂纹、剥块，刚结构表面会很快被腐蚀并迅速蔓延；采用阴极保护法或环境控制降低大气湿度法，均需要专门的检测控制装置，需要长期维护，维护费高；采用热浸镀法和电镀法不仅成本高，效率低、污染严重，而且钢结构尺寸受镀槽限制，不适合大型钢结构。
面对未来“低碳”的发展趋势，有机硅耐高温涂料行业其实早有准备；近年来，涂料行业一直致力于开发低污染、高固体份或无溶剂(包括粉末、光固化)涂料、水性涂料(有机硅耐高温漆)；开发低环境风险的防污技术和防污涂料；开发非铅、铬的防锈颜料及替代品开发钛白粉、氧化铁颜料的清洁生产工艺；另外，近几年开发的玻璃节能涂料、辐射散热降温涂料、防晒隔热涂料、耐高温封闭涂料、高效耐污损太阳热吸收涂料等新型涂料，也为涂料行业在“低碳”道路上带来了新的发展机遇，但耐高温涂料中对于较高温度如600度以上涂料的耐候性，尤其是耐腐蚀性，仍存在不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种
为了解决以上技术问题，本发明提供一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，其各组分质量份数为：硼改性有机硅树脂：45-58份，耐热颜填料：35—45份，聚芳醚砜酮改性树脂：10-15份，碳化硅微粉：15-25份，氟化石墨：15-20份；硅烷偶联剂：30-35份；助剂：2-4份，其中，硼改性有机硅树脂为硼酸改性有机硅树脂或环氧改性硅硼树脂；
硅烷偶联剂是低相对分子质量的有机硅化合物，通式为 RnSiX（n-4）(n<4)（其中R为非水解基团，X为可水解的基团），作为可水解的基团X，能与无机物或有机物表面的活性基团发生反应形成化学键，从而增加了漆膜附着力；
本发明中偶联剂的第一个作用是能提高涂料的干燥速度，加大偶联剂用量涂料的干燥速率加快，但相对涂层的韧性降低，硬度增加，反之较少的偶联剂干燥速度较低；但涂层的韧性增高，硬度降低，所以需要选择一个较为合适的偶联剂量，本发明所提供的偶联剂含量除了对涂层的干燥时间有影响以外，硅烷偶联剂还对纳米粒子的分散有重要的作用；纳米材料较强的表面效应使其在有机硅树脂中难以分散、极易团聚而形成聚集体，为了克服这一缺点可对其进行表面处理，使纳米二氧化硅的表面存在着大量的活性羟基,这为使用硅烷偶联剂对其进行表面处理提供了可靠性，以实现纳米二氧化硅粒子与有机硅树脂化学界面的结合；
其中，聚芳醚砜酮改性树脂按质量百分比计包括以下成分：环氧树脂：40-70份，聚芳醚砜酮：20-35份；
碳化硅微粉粒径为6μm；氟化石墨粒径为5-10μm；硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合物；
耐热颜填料包括：
纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：2-6份， 石墨：10-15份，细晶氧化铝：25-30份，二硫化钼：5-10份，氧化锌：1-5份，滑石粉：3-6份；碳化硅：10-30份，氧化铝：25-45份，氧化锌0.8-6份，环氧树脂12-18份；
阻隔型功能填料中采用二硫化钼、石墨、滑石粉，石墨材料由于特有的晶体结构使其易产生滑移，同时石墨干摩擦润滑剂具有吸附性，可以形成一层润滑膜（石墨晶体膜），起到减少摩擦磨损的作用，具有良好的散热性和导热性，由于碳的熔点很高，故不会产生碳和金属材料的咬焊现象；滑石粉作为填料，可起到骨架作用，降低制造成本同时提高涂料的漆膜硬度，增加产品形状的稳定，增加张力强度，剪切强度，绕曲强度，压力强度，降低变形，伸张率，热膨胀系数，白度高、粒度均匀分散性强等特点，使涂料的延展性以及可加工性等优良得到优化；
将石墨与二硫化钼混合在一起使用，石墨与二硫化钼具有良好的协同效应，两者以一定的比例混合使用能有效地提高涂料的耐磨性能，减小磨损失重及摩擦系数，同时在涂料中加入一定量的三氧化二锑，可有效增强涂料涂层的硬度，并提高涂层的耐磨性；
纳米二氧化硅由于和基料的基本结构大致相同，粒径也较小，能够更好地填充到树脂基料的间隙中，甚至能够成为树脂基料网络结构一部分，对高交联度的耐热体型结构有很好的补充作用，使得树脂在受热分解时可以形成一层耐热性能优良的SiO2耐热保护层，阻止了内层树脂基料的继续分解，能够赋予漆膜更好的热稳定性；
助剂包括：
固化剂：20-50份，消泡剂：2-8份，流平剂：2-8份；分散剂：10-15份，润湿剂：2-6份，消光剂：2-6份，成膜助剂：5-10份，增稠剂：5-10份，羟乙基纤维素：5-10份，pH调节剂：1－5份。
本发明中采用聚芳醚砜酮改性树脂作为锌铝复合涂料的成分，该树脂具有自润滑、耐磨性、机械性能好、耐高温、耐化学品性、阻燃性、耐辐射性、耐水解性、绝缘稳定性等特点；锌、铝在钢表面形成电极电位低于钢铁金属层，当表面有电解液构成腐蚀电池时，其电源电流从涂层流向钢铁肌体，结果涂层受到腐蚀而肌体受到阴极保护作用。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，前述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，硼酸改性有机硅树脂的制备方法为：选取硼酸与硅树脂作为反应物，硼酸与硅树脂的质量比为9.1:1，水用量为硅树脂完全水解所需水用量的45%，在80-90℃下进行聚合反应，反应时间为4h，随后在390-410℃下受热3h，既得到硼酸改性有机硅树脂。
前述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，环氧改性硅硼树脂的制备方法为：
选取环氧树脂与有机硼硅树脂的质量比为25:100，选取正丁醇、环己酮和二甲为苯混合溶剂，其体积比为3.5:1:4.5，在145-155℃下反应7h既得到环氧改性硅硼树脂。
前述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，硼酸改性有机硅树脂制备过程中，在85℃下进行聚合反应，反应时间为4h，随后在400℃下受热3h。
前述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，环氧改性硅硼树脂制备过程中反应温度为150℃。
本发明还设计了一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料的制备方法，包括如下具体步骤：
（1）按质量份数取耐热颜填料，充分研磨细化并混合均匀，在80℃下烘干10min；
（2）按质量份取硼改性有机硅树脂及聚芳醚砜酮改性树脂投入到分散缸中密封搅拌，搅拌速度为400-500转/min，搅拌0.5h后按质量份数投入助剂，继续密封搅拌8-12分钟制得均匀的预混物；
（3）将耐热颜填料在搅拌状态下加入预混物中，调节转速为450-550转/min，密封搅拌时间为35-45分钟，控制分散缸温度≤45℃，最后，按质量份数加入碳化硅微粉、氟化石墨及硅烷偶联剂，检测粘度≧95s，固含量≧75%，即制得硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料。
本发明还设计了一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料的制备方法，作为优选的技术方案：包括如下具体步骤：
（1）按质量份数取耐热颜填料，充分研磨细化并混合均匀，在80℃下烘干10min；
（2）按质量份取硼改性有机硅树脂及聚芳醚砜酮改性树脂投入到分散缸中密封搅拌，搅拌速度为450转/min，搅拌0.5h后按质量份数投入助剂，继续密封搅拌11分钟制得均匀的预混物；
（3）将耐热颜填料在搅拌状态下加入预混物中，调节转速为500转/min，密封搅拌时间为36分钟，控制分散缸温度≤45℃，最后，按质量份数加入碳化硅微粉、氟化石墨及硅烷偶联剂，检测粘度≧95s，固含量≧75%，即制得硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，其各组分质量份数为：硼改性有机硅树脂：45份，耐热颜填料：45份，聚芳醚砜酮改性树脂：10份，碳化硅微粉：25份，氟化石墨：15份；硅烷偶联剂：35份；助剂：2份，其中，硼改性有机硅树脂为硼酸改性有机硅树脂，制备方法为：选取硼酸与硅树脂作为反应物，硼酸与硅树脂的质量比为9.1:1，水用量为硅树脂完全水解所需水用量的45%，在90℃下进行聚合反应，反应时间为4h，随后在390℃下受热3h，既得到硼酸改性有机硅树脂；
其中，聚芳醚砜酮改性树脂按质量百分比计包括以下成分：环氧树脂：70份，聚芳醚砜酮：20份；
碳化硅微粉粒径为6μm；氟化石墨粒径为10μm；硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合物；
耐热颜填料包括：
纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：2份， 石墨：15份，细晶氧化铝：25份，二硫化钼：10份，氧化锌：1份，滑石粉：6份；碳化硅：10份，氧化铝：45份，氧化锌0.8份，环氧树脂18份；
助剂包括：
固化剂：20份，消泡剂：8份，流平剂：2份；分散剂：15份，润湿剂：2份，消光剂：6份，成膜助剂：5份，增稠剂：10份，羟乙基纤维素：5份，pH调节剂：5份。
本发明还设计了一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料的制备方法，包括如下具体步骤：
（1）按质量份数取耐热颜填料，充分研磨细化并混合均匀，在80℃下烘干10min；
（2）按质量份取硼改性有机硅树脂及聚芳醚砜酮改性树脂投入到分散缸中密封搅拌，搅拌速度为400转/min，搅拌0.5h后按质量份数投入助剂，继续密封搅拌12分钟制得均匀的预混物；
（3）将耐热颜填料在搅拌状态下加入预混物中，调节转速为450转/min，密封搅拌时间为45分钟，控制分散缸温度≤45℃，最后，按质量份数加入碳化硅微粉、氟化石墨及硅烷偶联剂，检测粘度≧95s，固含量≧75%，即制得硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料。
实施例2
本实施例提供的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，其各组分质量份数为：硼改性有机硅树脂： 58份，耐热颜填料：35份，聚芳醚砜酮改性树脂：15份，碳化硅微粉：15份，氟化石墨：20份；硅烷偶联剂：30份；助剂：4份，其中，硼改性有机硅树脂为环氧改性硅硼树脂，制备方法为：
选取环氧树脂与有机硼硅树脂的质量比为25:100，选取正丁醇、环己酮和二甲为苯混合溶剂，其体积比为3.5:1:4.5，在150℃下反应7h既得到环氧改性硅硼树脂；
其中，聚芳醚砜酮改性树脂按质量百分比计包括以下成分：环氧树脂：40份，聚芳醚砜酮：35份；
碳化硅微粉粒径为6μm；氟化石墨粒径为10μm；硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合物；
耐热颜填料包括：
纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：6份， 石墨：10份，细晶氧化铝：30份，二硫化钼：5份，氧化锌：5份，滑石粉：3份；碳化硅：30份，氧化铝：25份，氧化锌6份，环氧树脂12份；
助剂包括：
固化剂：50份，消泡剂：2份，流平剂：8份；分散剂：10份，润湿剂：6份，消光剂：2份，成膜助剂：10份，增稠剂：5份，羟乙基纤维素：10份，pH调节剂：1份。
本实施例还提供了一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料的制备方法，包括如下具体步骤：
（1）按质量份数取耐热颜填料，充分研磨细化并混合均匀，在80℃下烘干10min；
（2）按质量份取硼改性有机硅树脂及聚芳醚砜酮改性树脂投入到分散缸中密封搅拌，搅拌速度为500转/min，搅拌0.5h后按质量份数投入助剂，继续密封搅拌8分钟制得均匀的预混物；
（3）将耐热颜填料在搅拌状态下加入预混物中，调节转速为550转/min，密封搅拌时间为35分钟，控制分散缸温度≤45℃，最后，按质量份数加入碳化硅微粉、氟化石墨及硅烷偶联剂，检测粘度≧95s，固含量≧75%，即制得硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料。
实施例3
本实施例提供的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，其各组分质量份数为：硼改性有机硅树脂：5666份，耐热颜填料：36份，聚芳醚砜酮改性树脂：11份，碳化硅微粉：16份，氟化石墨：18份；硅烷偶联剂：31份；助剂：3份，其中，硼改性有机硅树脂为硼酸改性有机硅树脂，制备方法为：选取硼酸与硅树脂作为反应物，硼酸与硅树脂的质量比为9.1:1，水用量为硅树脂完全水解所需水用量的45%，在85℃下进行聚合反应，反应时间为4h，随后在400℃下受热3h，既得到硼酸改性有机硅树脂。
前述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，环氧改性硅硼树脂的制备方法为：
选取环氧树脂与有机硼硅树脂的质量比为25:100，选取正丁醇、环己酮和二甲为苯混合溶剂，其体积比为3.5:1:4.5，在145-155℃下反应7h既得到环氧改性硅硼树脂。
其中，聚芳醚砜酮改性树脂按质量百分比计包括以下成分：环氧树脂：56份，聚芳醚砜酮：24份；
碳化硅微粉粒径为6μm；氟化石墨粒径为6μm；硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合物；
耐热颜填料包括：
纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：4份， 石墨：11份，细晶氧化铝：26份，二硫化钼：8份，氧化锌：3份，滑石粉：4份；碳化硅：26份，氧化铝：36份，氧化锌5份，环氧树脂16份；
助剂包括：
固化剂：36份，消泡剂：6份，流平剂：6份；分散剂：11份，润湿剂：4份，消光剂：4份，成膜助剂：8份，增稠剂：7份，羟乙基纤维素：8份，pH调节剂：3份。
本实施例还提供了一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料的制备方法，包括如下具体步骤：
（1）按质量份数取耐热颜填料，充分研磨细化并混合均匀，在80℃下烘干10min；
（2）按质量份取硼改性有机硅树脂及聚芳醚砜酮改性树脂投入到分散缸中密封搅拌，搅拌速度为450转/min，搅拌0.5h后按质量份数投入助剂，继续密封搅拌11分钟制得均匀的预混物；
（3）将耐热颜填料在搅拌状态下加入预混物中，调节转速为500转/min，密封搅拌时间为36分钟，控制分散缸温度≤45℃，最后，按质量份数加入碳化硅微粉、氟化石墨及硅烷偶联剂，检测粘度≧95s，固含量≧75%，即制得硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，其特征在于，其各组分质量份数为：硼改性有机硅树脂：45-58份，耐热颜填料：35—45份，聚芳醚砜酮改性树脂：10-15份，碳化硅微粉：15-25份，氟化石墨：15-20份；硅烷偶联剂：30-35份；助剂：2-4份，其中，硼改性有机硅树脂为硼酸改性有机硅树脂或环氧改性硅硼树脂；
其中，所述聚芳醚砜酮改性树脂按质量百分比计包括以下成分：环氧树脂：40-70份，聚芳醚砜酮：20-35份；
所述碳化硅微粉粒径为6μm；所述氟化石墨粒径为5-10μm；所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合物；
所述耐热颜填料包括：
纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且所述纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
所述阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：2-6份， 石墨：10-15份，细晶氧化铝：25-30份，二硫化钼：5-10份，氧化锌：1-5份，滑石粉：3-6份；碳化硅：10-30份，氧化铝：25-45份，氧化锌0.8-6份，环氧树脂12-18份；
所述助剂包括：
固化剂：20-50份，消泡剂：2-8份，流平剂：2-8份；分散剂：10-15份，润湿剂：2-6份，消光剂：2-6份，成膜助剂：5-10份，增稠剂：5-10份，羟乙基纤维素：5-10份，pH调节剂：1－5份。
2.根据权利要求1所述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，其特征在于，所述硼酸改性有机硅树脂的制备方法为：选取硼酸与硅树脂作为反应物，硼酸与硅树脂的质量比为9.1:1，水用量为硅树脂完全水解所需水用量的45%，在80-90℃下进行聚合反应，反应时间为4h，随后在390-410℃下受热3h，既得到硼酸改性有机硅树脂。
3.根据权利要求1所述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，其特征在于，所述环氧改性硅硼树脂的制备方法为：
选取环氧树脂与有机硼硅树脂的质量比为25:100，选取正丁醇、环己酮和二甲为苯混合溶剂，其体积比为3.5:1:4.5，在145-155℃下反应7h既得到环氧改性硅硼树脂。
4.根据权利要求2所述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，其特征在于，硼酸改性有机硅树脂制备过程中，在85℃下进行聚合反应，反应时间为4h，随后在400℃下受热3h。
5.根据权利要求3所述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料，其特征在于，环氧改性硅硼树脂制备过程中反应温度为150℃。
6.根据权利要求1所述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
（1）按质量份数取耐热颜填料，充分研磨细化并混合均匀，在80℃下烘干10min；
（2）按质量份取硼改性有机硅树脂及聚芳醚砜酮改性树脂投入到分散缸中密封搅拌，搅拌速度为400-500转/min，搅拌0.5h后按质量份数投入助剂，继续密封搅拌8-12分钟制得均匀的预混物；
（3）将耐热颜填料在搅拌状态下加入预混物中，调节转速为450-550转/min，密封搅拌时间为35-45分钟，控制分散缸温度≤45℃，最后，按质量份数加入碳化硅微粉、氟化石墨及硅烷偶联剂，检测粘度≧95s，固含量≧75%，即制得硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料。
7.根据权利要求1所述的硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
（1）按质量份数取耐热颜填料，充分研磨细化并混合均匀，在80℃下烘干10min；
（2）按质量份取硼改性有机硅树脂及聚芳醚砜酮改性树脂投入到分散缸中密封搅拌，搅拌速度为450转/min，搅拌0.5h后按质量份数投入助剂，继续密封搅拌11分钟制得均匀的预混物；
（3）将耐热颜填料在搅拌状态下加入预混物中，调节转速为500转/min，密封搅拌时间为36分钟，控制分散缸温度≤45℃，最后，按质量份数加入碳化硅微粉、氟化石墨及硅烷偶联剂，检测粘度≧95s，固含量≧75%，即制得硼改性有机硅树脂锌铝复合涂料。
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