基于聚倍半硅氧烷改性的耐高溫涂料及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及一特種功能涂料，具體涉及一種基于聚倍半硅氧烷改性的耐高溫涂料及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]耐高溫涂料一般是指耐溫在200°C以上，漆膜不變色、不脫落，仍能保持適當(dāng)?shù)奈锢頇C(jī)械性能的涂料，能使被保護(hù)對(duì)象在高溫環(huán)境中能正常發(fā)揮作用的特種功能性涂料。隨著航空、航天、汽車以及民用家用電器等行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)于金屬或者玻璃材料的使用性能要求越來(lái)越高，耐高溫涂料也越來(lái)越受到重視，并能得到越來(lái)越廣泛的使用。由于苛刻的使用環(huán)境要求，不僅需要涂層能夠在更高的使用溫度以及更為苛刻的環(huán)境下使用，同時(shí)還要求涂層在高溫下具有良好的硬度、附著性、耐磨性等。而現(xiàn)有的耐高溫涂料，在高溫條件下，尤其是超過(guò)200°C的使用環(huán)境中，普遍存在附著力不好，易龜裂、粉化，硬度下降快等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于聚倍半硅氧烷改性的耐高溫涂料及其應(yīng)用。
[0004]為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
[0005]—種基于聚倍半硅氧烷改性的耐高溫涂料，包含:
[0006]改性有機(jī)樹(shù)脂，選自由聚倍半硅氧烷改性的有機(jī)樹(shù)脂，
[0007]改性顏填料，包括由聚倍半硅氧烷改性的顏料和/或填料，
[0008]可以選擇添加或不添加的成膜助劑，
[0009]以及，可以選擇添加或不添加的溶劑；
[0010]并且，所述耐高溫涂料中的至少一種組分為流體，該至少一種組分能與該耐高溫涂料中的其余組分均勻混合形成呈流體狀的所述耐高溫涂料。
[0011]在一些實(shí)施方案之中，所述耐高溫涂料包括15wt%?30被％改性有機(jī)樹(shù)脂。
[0012]優(yōu)選的，所述有機(jī)樹(shù)脂包括聚醚醚酮樹(shù)脂、氟碳樹(shù)脂、聚苯硫醚樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂中的任意一種或兩種以上的組合。
[0013]所述耐高溫涂料包括25wt%? 50wt%改性顏填料。
[0014]優(yōu)選的，所述顏料包括炭黑、鉆黑、鉆監(jiān)、鉆綠、銅絡(luò)黑、欽銀黃、欽白、錦紅、欽絡(luò)棕、氧化鐵紅、氧化鋯中的任意一種或兩種以上的組合。
[0015]優(yōu)選的，所述填料包括碳酸鈣、高嶺土、滑石粉、硫酸鈣、硫酸鋇、硅灰石、云母、石英粉中的任意一種或兩種以上的組合。
[0016]優(yōu)選的，所述顏料和填料的質(zhì)量比為2:1?1:3。
[0017]在一些實(shí)施方案之中，所述成膜助劑包括分散劑、流平劑、復(fù)合助劑中的任意一種或兩種以上的組合。
[0018]優(yōu)選的，所述耐高溫涂料包括:分散劑lwt%?5wt%，流平劑0.lwt%?3wt%，復(fù)合助劑0.2wt %?3wt %。
[0019]其中，分散劑(Dispersant)是能降低分散體系中固體或液體粒子聚集的物質(zhì)，例如可選自一種在分子內(nèi)同時(shí)具有親油性和親水性兩種相反性質(zhì)的界面活性劑，其可均一分散那些難于溶解于液體的無(wú)機(jī)，有機(jī)顏料的固體及液體顆粒，同時(shí)也能防止顆粒的沉降和凝聚而形成安定懸浮體。
[0020]優(yōu)選的，所述的分散劑包括但不限于聚酰胺類、脂肪酸聚醇酯類、有機(jī)硅類等市售常用品種，如BYK-164、BYK-174 (德國(guó)畢克公司)，Si 1k-714 (廣州市斯洛柯化學(xué)有限公司)中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。
[0021]其中，流平劑(Leveling agent)，流平劑是一種常用的涂料助劑，它能促使涂料在干燥成膜過(guò)程中形成一個(gè)平整、光滑、均勻的涂膜。能有效降低涂飾液表面張力，提高其流平性和均勻性的一類物質(zhì)。
[0022]所述的流平劑包括但不限于丙烯酸酯類、脲醛樹(shù)脂類、有機(jī)硅樹(shù)脂類等市售常用品種，如BYK-313、BYK-300(德國(guó)畢克公司)，DC-57 (美國(guó)道康寧公司)、Silok_810(廣州市斯洛柯化學(xué)有限公司)。
[0023]所述輔劑優(yōu)選業(yè)界所知的、常用于耐高溫涂料的合適流平劑、消泡劑、增稠劑及其余輔助溶劑等，且不限于此。
[0024]優(yōu)選的，所述復(fù)合助劑包括質(zhì)量比為1:1?1:5的帶環(huán)氧基的高分子附著力促進(jìn)劑和帶氨基或環(huán)氧基的硅烷偶聯(lián)劑。
[0025]在一些實(shí)施方案之中，所述基于聚倍半硅氧烷改性的耐高溫涂料還包括3wt%?20wt%溶劑。
[0026]優(yōu)選的，所述溶劑包括苯、甲苯、二甲苯、正己烷、二氧六環(huán)、DBE(高沸點(diǎn)溶劑混合二元酸酯)、石腦油、乙酸乙酯或醋酸丁酯中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。
[0027]在一些實(shí)施方案之中，所述聚倍半硅氧烷的化學(xué)通式為(RSi03/2)n ;其中，若R為反應(yīng)性基團(tuán)，則所述R基包括烯基、環(huán)氧基或氨基中的任意一種或兩種以上的組合；若R為惰性基團(tuán)，則所述R基包括Cl?C4的烷基、亞烴基或芳基中的任意一種或兩種以上的組合；η為20?40內(nèi)的任一整數(shù)。
[0028]在一些較為具體的實(shí)施方案之中，所述改性有機(jī)樹(shù)脂的制備方法包括:將聚倍半硅氧烷和有機(jī)樹(shù)脂按質(zhì)量比1:5?1:10投料，并加入催化劑和有機(jī)溶劑，均勻混合后在45?85°C條件下反應(yīng)2?4h，得到含倍半硅氧烷改性的有機(jī)樹(shù)脂。
[0029]優(yōu)選的，所述催化劑的用量為該改性有機(jī)樹(shù)脂制備反應(yīng)體系總質(zhì)量的0.15%?0.
[0030]優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑的用量為有機(jī)樹(shù)脂質(zhì)量的20%。
[0031]優(yōu)選的，所述催化劑包括四甲基氫氧化胺、四丁基氫氧化胺、四丁基鱗乙酸鹽、三乙醇胺、三苯基磷、芐基二甲胺、二丁基錫二月桂酸酯、三亞乙基二胺中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。
[0032]優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑包括甲苯和/或二甲苯，但不限于此。
[0033]在一些實(shí)施方案之中，所述改性顏填料的制備方法包括:
[0034]將顏料和填料分散于偶聯(lián)劑溶液中，并在溫度為40°C?80°C的條件下回流攪拌0.5h?2h，然后分離出粗制顏填料再將聚倍半硅氧烷、粗制顏填料、有機(jī)溶劑按1:5:6?I:10:11的質(zhì)量比混合，之后在溫度為40°C?85°C的條件下回流反應(yīng)0.5h?2h，制得所述改性顏填料。
[0035]優(yōu)選的，所述偶聯(lián)劑溶液選自濃度為lwt%? 10wt%偶聯(lián)劑的乙醇溶液。
[0036]優(yōu)選的，所述偶聯(lián)劑包括KH550、KH560、KH570或KH590中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。
[0037]優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑包括甲苯和/或二甲苯。
[0038]本發(fā)明還提出了所述基于聚倍半硅氧烷改性的耐高溫涂料的應(yīng)用。
[0039]例如，在一些實(shí)施例中提供了一種耐高溫涂層，主要由所述的基于聚倍半硅氧烷改性的耐高溫涂料固化形成。
[0040]例如，在一些實(shí)施例中提供了一種耐高溫涂層的制備方法，包括:將所述的基于聚倍半硅氧烷改性的耐高溫涂料涂覆于基材上，再在溫度為150°C?300°C的條件下固化形成所述涂層。
[0041]例如，在一些實(shí)施例中提供了一種裝置，包含所述的耐高溫涂層。
[0042]所述基于聚倍半硅氧烷改性的耐高溫涂料可以在航空、汽車或民用電器等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。
[0043]本發(fā)明通過(guò)使用聚倍半硅氧烷作為改性劑對(duì)成膜樹(shù)脂以及顏填料進(jìn)行物理化學(xué)改性，利用聚倍半硅氧烷與有機(jī)樹(shù)脂以及無(wú)機(jī)顏填料表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。一方面，可以通過(guò)引入具有剛性立體結(jié)構(gòu)的聚倍半硅氧烷來(lái)提高涂層高溫下硬度驟降的問(wèn)題，大大提高了現(xiàn)有耐高溫涂料的硬度，解決了其涂層抗劃傷能力低和現(xiàn)有耐高溫涂料高溫下穩(wěn)定性不好的問(wèn)題。另一方面，聚倍半硅氧烷與無(wú)機(jī)顏填料表面基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，有效抑制了顏填料顆粒的團(tuán)聚，提高了顏填料的分散性。尤其是，有機(jī)樹(shù)脂與聚倍半硅氧烷發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，也大大提高了樹(shù)脂與無(wú)機(jī)顏填料之間的相容性，從而進(jìn)一步提高涂層的致密性，進(jìn)而提高了涂層在高溫下的抗開(kāi)裂性，有效降低了涂層高溫下產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題。
[0044]總之，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括:可以進(jìn)一步提升耐高溫涂料的品質(zhì)，并有效提高涂層的綜合性能，特別是能大幅提升涂層在高溫條件下的硬度、穩(wěn)定性、抗劃傷能力、致密性和抗開(kāi)裂性能，因此具有良好的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0045]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和大量實(shí)踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案。如下將結(jié)合若干實(shí)施例對(duì)該技術(shù)方案、其實(shí)施過(guò)程及原理等作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
[0046]實(shí)施例1
[0047](I)將三甲基硅烷基籠形聚倍半硅氧烷和聚醚醚酮樹(shù)脂按質(zhì)量比1: 5投料于反應(yīng)釜中，并加入按反應(yīng)體系總質(zhì)量0.15%的催化劑四甲基氫氧化胺和占樹(shù)脂總質(zhì)量20%的甲苯，均勻混合；在45°C條件下反應(yīng)4h，得到含倍半硅氧烷改性的有機(jī)樹(shù)脂；
[0048](2)將鈷黑、云母分別置于含有1% (如下若非特別說(shuō)明，則均為wt% )偶聯(lián)劑KH550的乙醇溶液中，在溫度為40°C的條件下回流攪拌0.5h，之后冷卻、過(guò)濾、烘干備用。
[0049](3)將三甲基硅烷基籠形聚倍半硅氧烷和步驟(2)中所得顏、填料、甲苯按1:5:6的比例混合，在溫度為40°C條件下進(jìn)行回流反應(yīng)2h，之后冷卻備用。
[0050](4)將帶環(huán)氧基的附著力促進(jìn)劑7130、硅烷偶聯(lián)劑KH550、二甲苯按1:1:1的比例(質(zhì)量比)混合，制備復(fù)合助劑。
[0051](5)按以下配方配制耐高溫涂料，分散混合均勻:改性有機(jī)樹(shù)脂15% ;改性顏填料45% ;BYK-164分散劑5% ;BYK_313流平劑1% ;復(fù)合助劑1% ;甲苯10%。將該涂料涂于基材上在250°C時(shí)固化lh，然后再測(cè)定400°C煅燒Ih后的硬度是4H。涂層在SEM電鏡下有少量裂紋，長(zhǎng)度介于I?3微米之間。
[0052]實(shí)施例2
[0053](I)將四甲基銨基籠形聚倍半硅氧烷和氟碳樹(shù)脂按質(zhì)量比1:7投料于反應(yīng)釜中，并加入按反應(yīng)體系總質(zhì)量0.2%的催化劑四丁基氫氧化胺和占樹(shù)脂總質(zhì)量20%的二甲苯，均勻混合；在55°C條件下反應(yīng)2.5h，得到含倍半硅氧烷改性的有機(jī)樹(shù)脂；
[0054](2)將銅鉻黑、硫酸鋇分別置于含有3%偶聯(lián)劑KH560的乙醇溶液中，在溫度為50°C的條件下回流攪拌lh，之后冷卻、過(guò)濾、烘干備用。
[0055](3)將四甲基銨基籠形聚倍半硅氧烷和步驟(2)中所得顏、填料、二甲苯按1:6