CN107880773A - 一种水性环氧改性硅树脂涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种水性环氧改性硅树脂涂料，由基础树脂和交联剂按照100：4～6的质量比构成，所述基础树脂包括以下质量份数的各个组分：100～400份D单体、100～400份T单体、50～150份硅烷偶联剂、100～200份蒸馏水、8～12份催化剂、150～250份溶剂。本发明的硅树脂涂料耐温性能不会明显降低；为双态固化产品，即在室温下、6～8h内完成固化，在100～120℃、5～8min完全固化，具有在高温下快速固化的特性，相比一般硅树脂产品，大大提高了施工效率，降低了能耗。

Description

一种水性环氧改性硅树脂涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于硅树脂材料制备领域，具体涉及一种水性环氧改性硅树脂涂料及其制备方法。
背景技术
硅树脂是一种具有高度交联结构的热固性聚硅氧烷聚合物，兼具有机树脂及无机材料的双重特性，具有独特的物理、化学性能，有很好的电绝缘性质，耐温及防水的效果，但纯硅树脂在机械力学性能、粘接性、耐溶剂性方面存在欠缺，且与其它有机高分子的配伍性较差，在应用时，需要对其性能进行改进。
通常对有机硅树脂的改性方法有物理共混法和化学共聚法。物理共混法存在硅树脂与其它有机高分子树脂相容性差的问题，难以通过直接共混改性获得性能满意的硅树脂复合材料，因而通常情况下需对硅树脂进行化学改性，以获得良好效果。
目前改性硅树脂常用的有醇酸树脂、聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯等，虽然改性后在柔韧性、粘接性等方面有所提高，但这些有机树脂的耐温性能普遍不如纯硅树脂，因而降低了改性硅树脂的耐温性能，另外，目前市面所售硅树脂产品固化条件高，需要在高温(150℃～250℃)下长时间(1～3h)完成固化。不仅如此，常规有机硅树脂改性方法，大多数以氯代硅烷单体为原料，有较多不足。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水性环氧改性硅树脂涂料及其制备方法，制备的产品不会降低改性硅树脂的耐温性，且固化条件要求低，改性方法工艺简单、生产效率高、不会对人体和设备产生不利影响。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种水性环氧改性硅树脂涂料，由基础树脂和交联剂按照100：4～6的质量比构成，所述基础树脂包括以下质量份数的各个组分：100～400份D单体、100～400份T单体、50～150份硅烷偶联剂、100～200份蒸馏水、8～12份催化剂、150～250份溶剂。
进一步的，所述D单体为二甲基二甲氧基硅烷(Me2Si(OMe)2)或二甲基二乙氧基硅烷(Me2Si(OEt)2)，T单体为甲基三甲氧基硅烷(MeSi(OMe)3)或者甲基三乙氧基硅烷(MeSi(OEt)3)。
进一步的，所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)，催化剂为乙酸(CH3COOH)，溶剂由甲醇(CH3OH)与二丙酮醇(DAA)按质量比1:3配制而成。
进一步的，所述交联剂为钛酸丁酯。
一种水性环氧改性硅树脂涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备基础树脂：将D单体、T单体、硅烷偶联剂依次加入带有搅拌装置的反应容器中，搅拌速度设定为100～300r/min，开启搅拌的同时，依次加入蒸馏水和催化剂，待反应体系放热后，加入溶剂，搅拌混合均匀，并静置12h制备成树脂预聚体，即基础树脂；
(2)涂料的制备：取步骤(1)制备的基础树脂100份和交联剂4～6份混合均匀，即制得水性环氧改性硅树脂涂料。
将步骤(2)制备的涂料凃于基材上，在室温下6～8h完成固化，或在100～120℃加热5～8min完成固化。
本发明的有益效果：
(1)产品方面：本发明采用含有环氧基团的硅烷偶联剂，同有机硅烷单体共水解缩聚而得改性有机硅树脂，聚合物分子内无长链段存在，因而不影响抗温性，其耐温性能不会明显降低；通过调整D单体和T单体之间的比例，可得到双态固化产品，即在室温下、6～8h内完成固化，或在100～120℃、5～8min完全固化，对不同温度有要求的场合，具有可选择性，且在高温条件下，具有快速固化的特性，相比一般硅树脂产品，大大提高了施工效率，降低了能耗。
(2)制备方法方面：常规有机硅树脂大多使用氯代硅烷单体为原料，本发明以MenSi(OR)4-n为主要原料，相比前者有以下特点：①反应的副产物甲醇或乙醇是MenSi(OR)4-n、水、硅醇的良溶剂，使体系形成均相，利于反应的进行；②Si—OR的水解速度比Si—Cl缓慢得多，酸度(或催化剂量)稳定，反应易于控制，适于大规模生产；③水解配方中只需加入与单体中可水解基团等摩尔比(或微过量)的水，设备容积利用率大，生产效率高；④反应中不使用含苯类有机溶剂，因此树脂产品内不会含有苯、甲苯、二甲苯等有害于人体健康的物质；⑤水解过程中无腐蚀性的盐酸生成，减少了对设备的腐蚀。
除此而外，本发明在形成的聚合物分子链中引入环氧基团，提高了有机硅分子的极性，从而改善了纯硅树脂附着力差的特点，改性的有机硅树脂涂料对一般常见金属材料都具有优良的粘接性，并解决了对常见有机类基材难粘接问题；本有机硅树脂涂料为水性涂料，主要以甲醇作为溶剂，属环境友好型涂料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
将100g二甲基二甲氧基硅烷、400g甲基三甲氧硅烷和100g硅烷偶联剂KH-560依次加入带有搅拌装置的容器中，开启搅拌，在300r/min的速度下，依次加入100g蒸馏水和10g乙酸，待反应体系放热后，加入150g甲醇和50g二丙酮醇，搅拌混合均匀并静置12h，随后，称取制得的基础树脂100g，并称取钛酸丁酯5份混合均匀，制得环氧改性硅树脂涂料，将该涂料在铜片表面上涂抹50μm，在150℃下加热5～8min即可完成固化，所得涂层硬度为9H。
实施例2
将300g甲基三甲氧硅烷、200g二甲基二甲氧基硅烷和150g硅烷偶联剂KH-560依次加入带有搅拌装置的容器中，开启搅拌，在200r/min的速度下，依次加入150g蒸馏水和12g乙酸，待反应体系放热后，加入180g甲醇和60g二丙酮醇，搅拌混合均匀并静置12h，随后，称取制得的基础树脂100g，并称取钛酸丁酯6份混合均匀，制得环氧改性硅树脂涂料，将该涂料在PVC表面涂抹150μm，于室温下放置6～8h即可完成固化，所得涂层硬度≥6H。
将实施例1和2所得涂料进行性能检测，结果如表1所示。
表1有机硅树脂涂料性能检测结果
注：硬度是在涂抹到基材上、且完成固化后所测得；除硬度外，其余性能是基础树脂加入交联剂后的检测结果。
有机硅树脂的制备原理
本发明以Me2Si(OR)2(D单体)和MeSi(OR)3(T单体)为有机硅烷单体(其中R代表Me、Et)，用乙酸(CH3COOH)作为催化剂，与KH-560共水解缩合，并以甲醇(CH3OH)和二丙酮醇(DAA)为溶剂，制备了基础树脂溶液；基础树脂与交联剂(钛酸丁酯：Ti(BuO)4)混合均匀凃于基材，并在一定温度固化，可形成一种透明、不开裂、耐热、防腐涂层。
以Si—O—Si为主链的有机硅聚合物可以通过各种途径制备，本发明采用的是简单易行、经济又环保的有机烷氧基硅烷水解法来进行，即烷氧基硅烷单体经水解成硅醇，再进行缩聚为有机硅树脂。常用的有机烷氧基硅烷单体有：甲基三甲氧基硅烷(MeSi(OMe)3)、甲基三乙氧基硅烷(MeSi(OEt)3)、苯基三甲氧基硅烷(PhSi(OMe)3)、二甲基二甲氧基硅烷(Me2Si(OMe)2)、二甲基二乙氧基硅烷(Me2Si(OEt)2)、二苯基二甲氧基硅烷(Ph2Si(OMe)2)、甲基苯基二甲氧基硅烷(PhMeSi(OMe)2)等。
有机硅树脂合成基本化学反应为：
1、水解：
(1)二甲基二甲氧基硅烷的水解反应方程式
(2)甲基三甲氧基硅烷的水解反应方程式
(3)KH-560的水解反应方程式
2、缩聚：
(1)二甲基硅二醇的缩聚反应方程式
(2)烷基硅三醇的缩聚反应方程式
式中，R为甲基或者γ-缩水甘油醚氧丙基。3、交联：基础树脂的合成反应式
式中，R为甲基或者γ-缩水甘油醚氧丙基，R’为γ-缩水甘油醚氧丙基。

Claims (5)

1.一种水性环氧改性硅树脂涂料，其特征在于，由基础树脂和交联剂按照100：4～6的质量比构成，所述基础树脂包括以下质量份数的各个组分：100～400份D单体、100～400份T单体、50～150份硅烷偶联剂、100～200份蒸馏水、8～12份催化剂、150～250份溶剂。
2.如权利要求1所述的一种水性环氧改性硅树脂涂料，其特征在于，所述D单体为二甲基二甲氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷，所述T单体为甲基三甲氧基硅烷或者甲基三乙氧基硅烷。
3.如权利要求1所述的一种水性环氧改性硅树脂涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，催化剂为乙酸，溶剂由甲醇与二丙酮醇按质量比1:3配制而成。
4.如权利要求1所述的一种水性环氧改性硅树脂涂料，其特征在于，所述交联剂为钛酸丁酯。
5.制备权利要求1所述的水性环氧改性硅树脂涂料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)制备基础树脂：将D单体、T单体、硅烷偶联剂依次加入带有搅拌装置的反应容器中，搅拌速度设定为100～300r/min，开启搅拌的同时，依次加入蒸馏水和催化剂，待反应体系放热后，加入溶剂，搅拌混合均匀，并静置12h制备成树脂预聚体，即基础树脂；
(2)涂料的制备：取步骤(1)制备的基础树脂100份和交联剂4～6份混合均匀，即制得水性环氧改性硅树脂涂料。
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