CN108977064A - 一种硅树脂环保水性耐高温涂料及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种硅树脂环保水性耐高温涂料，由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯改性甲基硅树脂55‑75份、云母粉20‑35份、滑石粉20‑40份、分散剂1‑10份、流平剂1‑5份、增强剂0.01‑3份、无机颜料0.1‑5份和去离子水250‑270份。本发明制备的硅树脂环保水性耐高温涂料不仅具有耐高温、脱模好的特性外，并且环保无毒，水溶性好，施工便利，具有良好的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及涂料制备技术领域，具体涉及一种硅树脂环保水性耐高温涂料。
背景技术
涂料，也称为油漆，所谓涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或乳液为主，添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。
从 20 世纪 50 年代开始，人们投入大量精力研究耐高温涂料。传统的耐高温涂料多以添加含铅的玻璃粉或釉作为耐高温介质来达到良好的耐温效果。我国在 20 世纪90 年代初研制开发了耐温 500 ～800 ℃ 的耐温涂料，也是加入了含铅的耐高温介质。同期，据报道，国外已研制出可耐1427 ℃ 的高温涂料。但由于这种含铅的高温涂料在日常应用中受到了很大的限制。 因此，目前国外已经开发出不含铅的高温涂料。 而我国目前在环保高温涂料方面的研究相对较弱，对能耐 500 ℃ 以上高温的不含铅的环保型耐高温涂料报道仍然较少。
有机硅树脂作为涂料的成膜物，其独特的热稳定性以及氧化稳定性使得硅树脂在耐高温涂料中得到广泛的应用。有机硅树脂的合成方法很多，其中以有机氯硅烷为原料，采用水解缩合法合成甲基苯基硅树脂的方法受到关注，该方法的原料由直接法生产，原料易得，产量大，成本低，但是此方法反应过程中生成大量的氯化氢气体，氯化氢气体溶于水时放热，生成的盐酸及热均加速了水解反应中间体硅醇的自发缩合反应，使反应体系易凝胶化。因此，亟需开发新型的有机硅树脂，对其的要求一方面应具有水溶性，另一方面具有环保性。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种硅树脂环保水性耐高温涂料及其制备和应，其目的在于，提供一种硅树脂环保水性耐高温涂料，通过采用亲水化合物改性有机硅树脂，使得有机硅树脂不仅具有耐高温、脱模好的特性外，并且环保无毒。
本发明提供一种硅树脂环保水性耐高温涂料，由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯改性甲基硅树脂55-75份、云母粉20-35份、滑石粉20-40份、分散剂1-10份、流平剂1-5份、增强剂0.01-3份、无机颜料0.1-5份和去离子水250-270份。
所述分散剂选自液体石蜡、微晶石蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镉、硬脂酸镁、硬脂酸铜、乙烯－丙烯酸共聚物、乙烯－醋酸乙烯共聚物、聚乙二醇200和聚乙二醇400中的一种或几种。
所述流平剂为有机硅型流平剂，选自硅油、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷和端基改性有机硅中的一种或几种。
所述增强剂选自碳化硅纤维、纳米碳化钛、陶瓷粉、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、聚丙烯酰胺、聚乙烯胺、羧甲基纤维素-聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、酪蛋白酸钠、羟基磷灰石和羧甲基纤维素钠中的一种或几种。
所述无机颜料选自钛白、铬黄、铁蓝、镉红、镉黄、立德粉、炭黑、氧化铁红和氧化铁黄中的一种或几种。
作为本发明进一步的改进，由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯改性甲基硅树脂60-70份、云母粉25-30份、滑石粉25-35份、分散剂2-7份、流平剂1-3份、增强剂0.1-1份、无机颜料1-3份和去离子水255-265份。
作为本发明进一步的改进，由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯改性甲基硅树脂65份、云母粉27份、滑石粉30份、分散剂5份、流平剂2份、增强剂0.5份、无机颜料2份和去离子水260份。
作为本发明进一步的改进，硅树脂环保水性耐高温涂料的固含量为10-50%。
作为本发明进一步的改进，氧化石墨烯改性甲基硅树脂由氧化石墨烯和甲基硅树脂表面偶联改性制得，主要由以下重量份原料制备而成：石墨烯30-40份、甲基三甲氧基硅烷80-120份、氧化铝10-15份、硅烷偶联剂5-15份、无水乙醇40-60份、去离子水100-150份。
作为本发明进一步的改进，氧化石墨烯改性甲基硅树脂由以下重量份原料制备而成：石墨烯35份、甲基三甲氧基硅烷100份、氧化铝12份、硅烷偶联剂7份、无水乙醇50份、去离子水120份。
作为本发明进一步的改进，氧化石墨烯改性甲基硅树脂按照以下步骤制备而成：
步骤一、氧化石墨烯的制备：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；
步骤二、氧化石墨烯改性甲基硅树脂的制备：按配方比例称取甲基三甲氧基硅烷与无水乙醇加入反应釜中不断搅拌，升温至60-70℃后加入均匀分散于去离子水中的氧化石墨烯、硅烷偶联剂和氧化铝，搅拌反应60-100min，再升温至90℃，继续搅拌反应60min，即得。
本发明进一步保护一种上述一种硅树脂环保水性耐高温涂料的制备方法，按照以下步骤制备而成：按配方比例称取氧化石墨烯改性甲基硅树脂、分散剂、流平剂、增强剂和1/2的去离子水，加入到搅拌罐中进行电动搅拌分散，低速搅拌约30min后，将无机颜料、云母粉和滑石粉分批次加入到树脂基料中， 先低速搅拌至所有颜料充分润湿后提高到高速搅拌，搅拌约30-50min后，用球磨机研磨成细度符合要求的浆料，然后添加剩余的去离子水调节黏度，滤网过滤，即得成品。
作为本发明进一步的改进，低速搅拌为100-150转/min，高速搅拌为300-350转/min。
本发明进一步保护一种上述一种硅树脂环保水性耐高温涂料的的应用。
本发明具有如下有益效果：
增强剂是指添加到树脂中能与树脂紧密地结合，并使制品的机械力学性能显著提高的物质。
流平剂是一种常用的涂料助剂，它能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。能有效降低涂饰液表面张力，提高其流平性和均匀性的一类物质。可改善涂饰液的渗透性，能减少刷涂时产生斑点和斑痕的可能性，增加覆盖性，使成膜均匀、自然。
1. 本发明用亲水化合物改性有机硅树脂，使得有机硅树脂不仅具有耐高温、脱模好的特性外，并且环保无毒。
2. 本发明制备的涂料添加了增强剂和流平剂，使之具有良好的水溶性，固含量10-50%，稳定期大于3年，耐温>400度，膜层厚度>1毫米，具有良好的综合性能；
3. 本发明制备的涂料施工便利，有较好的耐水性。
附图说明
图1为硅树脂环保水性耐高温涂料的制备工艺图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。
实施例1 硅树脂环保水性耐高温涂料的制备
原料组成：
氧化石墨烯改性甲基硅树脂55份、云母粉20份、滑石粉20份、硬脂酸铜1份、聚二甲基硅氧烷1份、聚乙烯胺0.01份、氧化铁黄0.1份和去离子水250份；
氧化石墨烯改性甲基硅树脂的制备：
原料组成：石墨烯30份、甲基三甲氧基硅烷80份、氧化铝10份、硅烷偶联剂5份、无水乙醇40份、去离子水100份。
制备方法：
步骤一、氧化石墨烯的制备：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；
步骤二、氧化石墨烯改性甲基硅树脂的制备：按配方比例称取甲基三甲氧基硅烷与无水乙醇加入反应釜中不断搅拌，升温至60℃后加入均匀分散于去离子水中的氧化石墨烯、硅烷偶联剂和氧化铝，搅拌反应60min，再升温至90℃，继续搅拌反应60min，即得。
硅树脂环保水性耐高温涂料的制备：
按配方比例称取氧化石墨烯改性甲基硅树脂、硬脂酸铜、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯胺和1/2的去离子水，加入到搅拌罐中进行电动搅拌分散，低速搅拌（100转/min）约30min后，将氧化铁黄、云母粉和滑石粉分批次加入到树脂基料中， 先低速搅拌至所有颜料充分润湿后提高到高速搅拌（300转/min），搅拌约30min后，用球磨机研磨成细度符合要求的浆料，然后添加剩余的去离子水调节黏度，滤网过滤，即得成品，固含量为10%。
实施例2 硅树脂环保水性耐高温涂料的制备
原料组成：
氧化石墨烯改性甲基硅树脂75份、云母粉35份、滑石粉40份、聚乙二醇40010份、烷基改性有机硅氧烷5份、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵3份、立德粉5份和去离子水270份。
氧化石墨烯改性甲基硅树脂的制备：
原料组成：石墨烯40份、甲基三甲氧基硅烷120份、氧化铝15份、硅烷偶联剂15份、无水乙醇60份、去离子水150份。
制备方法：
步骤一、氧化石墨烯的制备：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；
步骤二、氧化石墨烯改性甲基硅树脂的制备：按配方比例称取甲基三甲氧基硅烷与无水乙醇加入反应釜中不断搅拌，升温至70℃后加入均匀分散于去离子水中的氧化石墨烯、硅烷偶联剂和氧化铝，搅拌反应100min，再升温至90℃，继续搅拌反应60min，即得。
硅树脂环保水性耐高温涂料的制备：
按配方比例称取氧化石墨烯改性甲基硅树脂、聚乙二醇400、烷基改性有机硅氧烷、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和1/2的去离子水，加入到搅拌罐中进行电动搅拌分散，低速搅拌（150转/min）约30min后，将立德粉、云母粉和滑石粉分批次加入到树脂基料中， 先低速搅拌至所有颜料充分润湿后提高到高速搅拌（350转/min），搅拌约50min后，用球磨机研磨成细度符合要求的浆料，然后添加剩余的去离子水调节黏度，滤网过滤，即得成品，固含量为50%。
实施例3 硅树脂环保水性耐高温涂料的制备
原料组成：
氧化石墨烯改性甲基硅树脂65份、云母粉27份、滑石粉30份、液体石蜡5份、聚醚聚酯改性有机硅氧烷2份、纳米碳化钛0.5份、铁蓝1份、镉红1份和去离子水260份。
氧化石墨烯改性甲基硅树脂的制备：
原料组成：石墨烯35份、甲基三甲氧基硅烷100份、氧化铝12份、硅烷偶联剂7份、无水乙醇50份、去离子水120份；
制备方法：
步骤一、氧化石墨烯的制备：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；
步骤二、氧化石墨烯改性甲基硅树脂的制备：按配方比例称取甲基三甲氧基硅烷与无水乙醇加入反应釜中不断搅拌，升温至65℃后加入均匀分散于去离子水中的氧化石墨烯、硅烷偶联剂和氧化铝，搅拌反应80min，再升温至90℃，继续搅拌反应60min，即得。
硅树脂环保水性耐高温涂料的制备：
按配方比例称取氧化石墨烯改性甲基硅树脂、液体石蜡、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、纳米碳化钛和1/2的去离子水，加入到搅拌罐中进行电动搅拌分散，低速搅拌（130转/min）约30min后，将铁蓝、镉红、云母粉和滑石粉分批次加入到树脂基料中， 先低速搅拌至所有颜料充分润湿后提高到高速搅拌（320转/min），搅拌约40min后，用球磨机研磨成细度符合要求的浆料，然后添加剩余的去离子水调节黏度，滤网过滤，即得成品，固含量为30%。
对照例1 按照专利ZL 201210050953.X “一种环保型耐高温涂料及其制备方法”的方法制备。
一、按质量百分比配称各组分
GHNK 耐高温乳液 38％， GHT-IDF 改性苯丙乳液 14％， 金红石钛白粉 18％， 超细滑石粉 6.0％， 超细云母粉 7.0％， 高岭土 6.0％， 流平剂 2 0.3％， 润湿剂 X-4050.4％， 防腐剂 981 0.2％， 二甲基乙醇胺 0.1％， 水 10％。
二、制备方法
1. 分别将水、GHNK 耐高温乳液、GHT-IDF 改性苯丙乳液、流平剂 2、润湿剂 X-405 加入反应器中搅拌 23min 均匀混合。
2. 再分别加入金红石钛白粉、超细滑石粉、超细云母粉、高岭土搅拌 63min 均匀混合。
3. 再分别加入防腐剂 981、二甲基乙醇胺搅拌 33min， 即为环保型耐高温涂料。
4. 将环保型耐高温涂料进入沙磨机研磨两遍， 过滤， 出料装桶。
对照例2 按照专利ZL 201510640645 .6 “一种以活性炭为基料的耐高温涂料的制备方法”的方法制备
步骤如下：
步骤一，将以重量份计的活性炭70份浸入质量浓度为5％的盐酸溶液中，保持80分钟，过滤并烘干，烘干的温度为180℃，得到物料一；
步骤二，将物料一加入到反应釜中，加入以重量份计的环氧氯丙烷8份和乙醇40份，加热反应40分钟，加热温度为50℃，过滤，并将过滤后的固体物烘干，烘干温度为100℃，得到物料二；
步骤三，将以重量份计的物料二30份，聚碳酸酯5份，二月桂酸二正丁基锡0 .5份，聚酯纤维4份加入到反应釜中，在氮气保护的条件下升温至70℃，搅拌40分钟，然后加入丙烯酸2份，硬脂酸钡1份，十八烷基二甲基苄基氯化铵1份，干性醇酸树脂70份，钛酸丁酯4份，继续搅拌40分钟，降至室温，得到以活性炭为基料的耐高温涂料。
测试例1
对以上实施例1-3和对照例1-2制备得到的涂料进行测试，将涂料涂刷后形成的涂膜厚度为2mm，具体结果见表1：
表1 各组涂料测试结果
| 组别 | 室温固化时间/h | 耐热性（500℃，24h） | 四氯化碳吸附值（mg/100cm2） | 稳定期（年） |
| 实施例1 | 17 | 不龟裂，不脱落 | 2170 | 5 |
| 实施例2 | 15 | 不龟裂，不脱落 | 2358 | 5 |
| 实施例3 | 12 | 不龟裂，不脱落 | 2562 | 5 |
| 对照例1 | 22 | 不龟裂，不脱落 | 1345 | 3 |
| 对照例2 | 35 | 龟裂，不脱落 | 985 | 2 |
由上表可知，本发明实施例制备的硅树脂环保水性耐高温涂料，室温固化时间达到17h以内，耐热性（500℃，24h）均不龟裂，不脱落，四氯化碳吸附值达到2170-2562mg/100cm2，稳定期在5年，明显优于对照例1-2制备的耐高温涂料，性能优异。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。
Claims (10)
1.一种硅树脂环保水性耐高温涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯改性甲基硅树脂55-75份、云母粉20-35份、滑石粉20-40份、分散剂1-10份、流平剂1-5份、增强剂0.01-3份、无机颜料0.1-5份和去离子水250-270份；
所述分散剂选自液体石蜡、微晶石蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镉、硬脂酸镁、硬脂酸铜、乙烯－丙烯酸共聚物、乙烯－醋酸乙烯共聚物、聚乙二醇200和聚乙二醇400中的一种或几种；
所述流平剂为有机硅型流平剂，选自硅油、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷和端基改性有机硅中的一种或几种；
所述增强剂选自碳化硅纤维、纳米碳化钛、陶瓷粉、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、聚丙烯酰胺、聚乙烯胺、羧甲基纤维素-聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、酪蛋白酸钠、羟基磷灰石和羧甲基纤维素钠中的一种或几种；
所述无机颜料选自钛白、铬黄、铁蓝、镉红、镉黄、立德粉、炭黑、氧化铁红和氧化铁黄中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述一种硅树脂环保水性耐高温涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯改性甲基硅树脂60-70份、云母粉25-30份、滑石粉25-35份、分散剂2-7份、流平剂1-3份、增强剂0.1-1份、无机颜料1-3份和去离子水255-265份。
3.根据权利要求1所述一种硅树脂环保水性耐高温涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯改性甲基硅树脂65份、云母粉27份、滑石粉30份、分散剂5份、流平剂2份、增强剂0.5份、无机颜料2份和去离子水260份。
4.根据权利要求1所述一种硅树脂环保水性耐高温涂料，其特征在于，所述硅树脂环保水性耐高温涂料的固含量为10-50%。
5.根据权利要求1所述一种硅树脂环保水性耐高温涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯改性甲基硅树脂由氧化石墨烯和甲基硅树脂表面偶联改性制得，主要由以下重量份原料制备而成：石墨烯30-40份、甲基三甲氧基硅烷80-120份、氧化铝10-15份、硅烷偶联剂5-15份、无水乙醇40-60份、去离子水100-150份。
6.根据权利要求5所述一种硅树脂环保水性耐高温涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯改性甲基硅树脂由以下重量份原料制备而成：石墨烯35份、甲基三甲氧基硅烷100份、氧化铝12份、硅烷偶联剂7份、无水乙醇50份、去离子水120份。
7.根据权利要求5所述一种硅树脂环保水性耐高温涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯改性甲基硅树脂按照以下步骤制备而成：
步骤一、氧化石墨烯的制备：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；
步骤二、氧化石墨烯改性甲基硅树脂的制备：按配方比例称取甲基三甲氧基硅烷与无水乙醇加入反应釜中不断搅拌，升温至60-70℃后加入均匀分散于去离子水中的氧化石墨烯、硅烷偶联剂和氧化铝，搅拌反应60-100min，再升温至90℃，继续搅拌反应60min，即得。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述一种硅树脂环保水性耐高温涂料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备而成：按配方比例称取氧化石墨烯改性甲基硅树脂、分散剂、流平剂、增强剂和1/2的去离子水，加入到搅拌罐中进行电动搅拌分散，低速搅拌约30min后，将无机颜料、云母粉和滑石粉分批次加入到树脂基料中， 先低速搅拌至所有颜料充分润湿后提高到高速搅拌，搅拌约30-50min后，用球磨机研磨成细度符合要求的浆料，然后添加剩余的去离子水调节黏度，滤网过滤，即得成品。
9.根据权利要求8所述一种硅树脂环保水性耐高温涂料的制备方法，其特征在于，所述低速搅拌为100-150转/min，高速搅拌为300-350转/min。
10.一种根据权利要求1-7任一权利要求所述一种硅树脂环保水性耐高温涂料的的应用。
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