一種有機矽改性環氧樹脂耐高溫防腐塗料及其製備方法與流程

2023-12-02 03:28:46

本發明涉及複合材料領域，具體涉及一種有機矽改性環氧樹脂耐高溫防腐塗料，及其製備工藝。

背景技術：

有機矽樹脂廣泛用於耐高溫防腐塗料、耐高溫絕緣塗料、耐高溫防火隔熱阻燃塗料等，但存在附著力差、溫度較高時漆膜的力學強度降低等問題，使其應用受到限制。用一些具有優良耐溫性和絕緣性的無機材料對有機樹脂進行改性和摻雜，是近年來一個新的研究方向。環氧樹脂由於具有許多優異的性能而廣泛應用於耐腐蝕塗料領域，但存在耐高溫性差、韌性差、質脆等缺點，以有機矽聚合物改性環氧樹脂用以提高環氧樹脂塗料的韌性、耐熱性、耐腐蝕性具有重要的意義。

龎玉寧在其碩士學位論文《有機矽改性環氧樹脂塗料製備及性能研究》一文中，以一甲基三乙氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷為原材料，在催化劑HCl的作用下，經過水解縮合反應後，形成有機矽聚合物；以有機矽聚合物作為改性劑，對環氧樹脂E-20進行改性，以改性後的樹脂作為基體，加入各種顏填料、助劑及固化劑製備得耐高溫防腐塗料。但是存在耐高溫防腐性能不足。

本發明以甲基三乙氧基矽烷為矽源、鈦酸丁酯為鈦源、硼酸為硼源、HCl為催化劑，二甲苯為溶劑，二月桂酸二丁基錫為催化劑，經水解-縮合反應合成了含鈦-硼有機矽樹脂；KH-570改性ATO粉體、納米TiO2，以聚乙烯醇為分散劑，製成穩定的分散良好的料漿，用改性環氧樹脂作為成膜物，製備了透明隔熱塗料；用球磨法製備了Sb2O3/高嶺土複合阻燃微粉，Sb2O3屬於添加型阻燃劑，以銻白粉為主，高嶺土附在銻白粉表面，充分與銻白粉發生物理、化學作用，與聚磷酸銨並用，產生協同效應，阻燃效果更佳；經過接枝聚合改性處理後的納米SiO2粒子通過研磨、攪拌分散後，在有機矽樹脂中具有非常好的分散性和儲存穩定性；即得到一種有機矽改性環氧樹脂耐高溫防腐塗料。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種有機矽改性環氧樹脂耐高溫防腐塗料及其製備工藝，依照該工藝製作的塗料耐高溫、防腐性能好。

本發明所要解決的技術問題採用以下的技術方案來實現：

環氧樹脂E-20 20-33，甲基三乙氧基矽烷10-22，二月桂酸二丁基錫1-3，聚醯胺固化劑1-2，硼酸3-5，鈦酸丁酯3-6，納米SiO2 3-5，矽烷偶聯劑A-174 1-2，偶氮二異丁腈1-3，甲基丙烯酸丁酯1-3，納米氧化銻錫2-4，納米TiO24-6，KH-570 1-2，聚乙烯醇1-2，高嶺土2-5，Sb2O3 1-4，聚磷酸銨1-3，空心玻璃微珠1-3，滑石粉1-2，二甲苯、蒸餾水、HCl、無水乙醇、氨水、甲苯適量。

一種有機矽改性環氧樹脂耐高溫防腐塗料的製備方法，其特徵在於，按以下步驟進行：

a. 將甲基三乙氧基矽烷、硼酸、無水乙醇混合，加入二甲苯溶解的鈦酸丁酯，攪拌均勻，升溫至50-70℃，加蒸餾水與HCl的混合液，調pH為3-4，保溫反應1-2h，過濾，將濾液在120-140℃抽真空，得透明粘稠的液體，即為含鈦-硼有機矽樹脂；

b. 向環氧樹脂E-20中加入二甲苯，於60-80℃水浴加熱並攪拌，溶解完全後過濾，加入a中所得物料、二月桂酸二丁基錫進行混合，攪拌均勻，於130-150℃下油浴加熱2-4h；

c. 取乾燥後的納米SiO2置於甲苯中，超聲分散後，滴加矽烷偶聯劑A-174反應，抽濾、洗滌、烘乾後分散於甲苯中，在N2保護下，升溫至60-80℃，滴加偶氮二異丁腈、甲基丙烯酸丁酯反應，抽濾，烘乾得到表面接枝聚合改性處理的納米SiO2；

d. 室溫下，向納米氧化銻錫、納米TiO2中加入水，磁力攪拌下加入KH-570、聚乙烯醇，用氨水調節pH至7-9，加入c中所得物料，超聲分散1-2h，製得漿料；

e. 將高嶺土研磨水洗後於700-900℃煅燒1-2h，和Sb2O3混合，置於水中超聲分散製成漿液，球磨3-5h後放入烘箱，於110-130℃乾躁2-4h，得複合微粉，將其與聚磷酸銨混合均勻，待用；

f. 將b、d、e及其他剩餘物料混合，研磨10-30min，加入聚醯胺固化劑，攪拌均勻，升溫至95-115℃，固化1-2h，即得一種有機矽改性環氧樹脂耐高溫防腐塗料。

本發明的反應機理如下：

（1）以甲基三乙氧基矽烷為矽源、鈦酸丁酯為鈦源、硼酸為硼源、HCl為催化劑，二甲苯為溶劑，二月桂酸二丁基錫為催化劑，經水解-縮合反應合成了含鈦-硼有機矽樹脂；硼元素的摻雜，能顯著提高樹脂的耐熱性，有利於耐腐蝕性能的提高；所合成的摻雜鈦的有機矽樹脂的熱穩定性最佳。

（2）經過改性處理後，納米SiO2粒子的表面理化性能發生了比較明顯的變化，羥基數量明顯減少，粒子表面成功接枝聚合上有機聚合物層；經過接枝聚合改性處理後的納米SiO2粒子通過研磨、攪拌分散後，在有機矽樹脂中具有非常好的分散性和儲存穩定性。

（3）納米氧化銻錫（ATO）常用於透明隔熱塗料中，具有很高的紫外紅外屏蔽效果，並在可見光區具有良好的透過率，本發明通過矽烷偶聯劑KH-570改性ATO粉體、納米TiO2，再輔以分散劑聚乙烯醇分散，經過高速分散和超聲波分散後，製成穩定的且分散良好的料漿，用改性環氧樹脂作為成膜物，製備了透明隔熱塗料。

（4）用球磨法製備了Sb2O3/高嶺土複合阻燃微粉，Sb2O3屬於添加型阻燃劑，以銻白粉為主，高嶺土附在銻白粉表面，充分與銻白粉發生物理、化學作用；

與聚磷酸銨並用，產生協同效應，阻燃效果更佳。

（5）空心玻璃微珠內部有許多孔洞，導熱係數、密度都很低，應用在塗料中能夠顯著的增加塗料的隔熱保溫效應；滑石粉表面潤滑、抗粘，能提高塗層的機械力、表面硬度以及再塗覆性，主要成分為含水的矽酸鎂，適用於耐高溫塗料。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。

實施例

一種有機矽改性環氧樹脂耐高溫防腐塗料，由下述重量份(g)的原料製得：

環氧樹脂E-20 23，甲基三乙氧基矽烷22，二月桂酸二丁基錫3，聚醯胺固化劑2，硼酸5，鈦酸丁酯6，納米SiO2 5，矽烷偶聯劑A-174 1，偶氮二異丁腈3，甲基丙烯酸丁酯3，納米氧化銻錫4，納米TiO2 6，KH-570 1，聚乙烯醇1，高嶺土5，Sb2O3 4，聚磷酸銨3，空心玻璃微珠3，滑石粉2，二甲苯、蒸餾水、HCl、無水乙醇、氨水、甲苯適量。

一種有機矽改性環氧樹脂耐高溫防腐塗料的製備方法，其特徵在於，按以下步驟進行：

a. 將甲基三乙氧基矽烷、硼酸、無水乙醇混合，加入二甲苯溶解的鈦酸丁酯，攪拌均勻，升溫至60-70℃，加蒸餾水與HCl的混合液，調pH為3-4，保溫反應2h，過濾，將濾液在130-140℃抽真空，得透明粘稠的液體，即為含鈦-硼有機矽樹脂；

b. 向環氧樹脂E-20中加入二甲苯，於70-80℃水浴加熱並攪拌，溶解完全後過濾，加入a中所得物料、二月桂酸二丁基錫進行混合，攪拌均勻，於140-150℃下油浴加熱2h；

c. 取乾燥後的納米SiO2置於甲苯中，超聲分散後，滴加矽烷偶聯劑A-174反應，抽濾、洗滌、烘乾後分散於甲苯中，在N2保護下，升溫至70-80℃，滴加偶氮二異丁腈、甲基丙烯酸丁酯反應，抽濾，烘乾得到表面接枝聚合改性處理的納米SiO2；

d. 室溫下，向納米氧化銻錫、納米TiO2中加入水，磁力攪拌下加入KH-570、聚乙烯醇，用氨水調節pH至7-8，加入c中所得物料，超聲分散2h，製得漿料；

e. 將高嶺土研磨水洗後於800-900℃煅燒1h，和Sb2O3混合，置於水中超聲分散製成漿液，球磨3h後放入烘箱，於120-130℃乾躁2h，得複合微粉，將其與聚磷酸銨混合均勻，待用；

f. 將b、d、e及其他剩餘物料混合，研磨30min，加入聚醯胺固化劑，攪拌均勻，升溫至105-115℃，固化2h，即得一種有機矽改性環氧樹脂耐高溫防腐塗料。

上述實施例製備的一種有機矽改性環氧樹脂耐高溫防腐塗料的性能檢測結果如下所示：

以普通碳鋼為基體，用砂紙打磨，然後用無水乙醇及丙酮進行檫拭，在其表面塗覆所得塗料，放入烘箱，進行固化，塗層性能測試表明：

耐衝擊性≥64kg.cm-1，塗層的耐沸水性8h、耐水性(25℃) 34d、耐酸性(10%HCl) 6d、耐鹼性(10%NaOH) 4d、耐熱性535℃、耐溶劑丙酮3d、耐鹽霧34d，塗層完好，耐冷熱交替性52個循環。