CN114292588B - 一种高磨耗性有机硅涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高磨耗性有机硅涂料，按重量份计，其制备原料包括以下组分：乙烯基聚硅氧烷25‑35份、结构为M_2nQ_n的含氢交联剂2‑10份、分散剂1‑2份、消光粉0‑8份、附着力助剂3‑8份、有机溶剂40‑60份、抑制剂0.3‑1.5份、金属催化剂1‑5份；所述乙烯基聚硅氧烷中乙烯基含量为0.3‑0.6wt％；所述含氢交联剂中M为(CH₃)₂HSiO_0.5，Q为SiO₂，n＝2‑10中的任一整数。本发明以乙烯基聚硅氧烷、含氢交联剂为主要原料，乙烯基聚硅氧烷与含氢交联剂在金属催化剂的作用下发生加成反应，从而形成交联网状聚合物，通过限定乙烯基含量及含氢交联剂的结构，使得所得交联网状聚合物具有优异的耐磨耗性、柔韧性，能够适用于弹性体基材上，有效解决现有技术中有机硅涂料耐磨耗性、柔韧性较差的技术问题。

Description

一种高磨耗性有机硅涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，更具体地说，涉及一种高磨耗性有机硅涂料。

背景技术

有机硅涂料是以有机硅树脂或改性有机硅树脂为主要成膜物质的涂料，其具有特殊的热稳定性、绝缘性、耐高温、耐化学性等特点而被广泛地应用。然而，市面上的有机硅涂料的耐磨耗性、柔韧性较差，使得有机硅涂料难以应用于10-80度的弹性体基材上。

例如申请号为CN201510486462.3的中国发明提出一种有机硅涂料，包括20～40重量份的甲基乙烯基有机硅聚合物、1～6重量份的甲基苯基有机硅聚合物、5～15重量份的含氢硅油、5～10重量份的含氟丙烯酸酯单体、5～15重量份的二氧化硅、0.2～2重量份的抑制剂、0.1～1重量份的助剂、0.1～1重量份的热引发剂、30～50重量份的有机溶剂和2～5重量份的金属催化剂。此类涂料在弹性体上的漆膜耐磨耗性能较一般，达不到高磨耗性要求。

再例如申请号为CN201110322642.X的中国发明提出一种改性乙烯基硅树脂，包括基体硅树脂40-60wt％，溶剂30-45wt％，含氢硅油4-8wt％，颜料或色浆4-8wt％，助剂0-3wt％，抑制剂0.1-0.8wt％，过渡金属催化剂0.1-0.8wt％；其所述基体硅树脂即为乙烯基硅树脂。在实际应用过程中，因乙烯基硅树脂含中乙烯基含量普遍＞2.0％，乙烯基含量高，使制得的漆膜柔韧性很差，难以应用在硬度为10-80°的弹性体基材上，存在漆膜开裂、降低弹性体拉伸强度问题。

故，现有技术具有较大的改进空间。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提出一种高磨耗性有机硅涂料及其制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高磨耗性有机硅涂料，按重量份计，其制备原料包括以下组分：乙烯基聚硅氧烷25-35份、结构式为M_2nQ_n的含氢交联剂2-10份、分散剂1-2份、消光粉0-6.5份、附着力助剂3-8份、有机溶剂40-60份、抑制剂0.01-1.5份、金属催化剂1-5份；

所述乙烯基聚硅氧烷中乙烯基含量为0.3-0.6wt％；所述含氢交联剂中M为(CH₃)₂HSiO_0.5，Q为SiO₂，n＝2-10中的任一整数。

乙烯基聚硅氧烷与含氢交联剂在金属催化剂的作用下发生加成反应，从而形成交联网状聚合物，通过限定乙烯基含量及含氢交联剂的结构，使得所得交联网状聚合物具有优异的耐磨耗性、柔韧性；通过添加消光粉可使涂料具有平整细腻的外观和滑爽性的手感，添加附着力助剂提高涂料与弹性体基材的附着力。

根据以上方案，所述含氢交联剂的制备方法为：在带搅拌和温度计的1L反应瓶中投入79.2g水、8g浓硫酸、107.2g四甲基二硅氧烷，搅拌混合均匀，冷却料温至20℃以下，然后将166.4g正硅酸乙酯缓慢滴入混合液中，维持料温小于20℃；滴加完毕，继续搅拌反应1h后，静置分离去除水相；然后添加碳酸氢钠中和2h，过滤，减压去除低沸物。

根据以上方案，所述乙烯基聚硅氧烷为甲基乙烯基聚硅氧烷、粘度为1000-1000000mpa.s的乙烯基硅油、生胶中的一种。

所述消光粉采用本领域公知的粉料，主要成分为二氧化硅，可以采用赢创德固赛OK500、OK520、C803、TS100的一种或多种。

所述分散剂为德国毕克、拜耳等助剂系列中的一种或几种。

根据以上方案，所述有机溶剂为闪点30-65℃饱和烷烃的无味煤油、乙酸丁酯、甲基异丁基酮的一种或几种。

根据以上方案，所述抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇、3,5-二甲基-1-乙炔基-3-醇、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、顺-双(2-甲氧乙基)马来酸酯、苯并三唑中的一种。

根据以上方案，所述金属催化剂为铂金催化剂，铂金含量为1000ppm至9000ppm。

一种高磨耗性有机硅涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将有机溶剂、分散剂投入分散容器中，设定转速为300～500r/min，分散5～10min；

(2)设定转速为400-800r/min，逐步徐缓加入消光粉体，并随粘度提升逐步提升转速，至完全加入；

(3)使用砂磨机，2-4mm粒径锆珠填充率为60-80％，设定线速度为8～15m/s,循环分散3-4遍，至粒径为3-8um,制得预制浆料；

(4)将乙烯基聚硅氧烷、预制浆料，投入分散容器中，设定转速为1000～1500r/min，分散10～15min；

(5)将含氢交联剂、附着力促进剂、抑制剂投入分散容器中，设定转速为500～800r/min，分散5～10min；

(6)使用砂磨机，2-4mm粒径锆珠填充率为60-80％，设定线速度为8～15m/s,循环分散3-4遍，使用200目2层滤布过滤，即得到高耐磨性有机硅涂料。

一种高磨耗性有机硅涂料在弹性体基材中的应用，在所述有机硅涂料中添加稀释剂使其粘度为8.5-12.0s，采用喷涂作业，喷涂厚度为5-25μm，喷涂作业完成后使用150-180℃烘箱烘烤60-90min。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种高磨耗性有机硅涂料，以乙烯基聚硅氧烷、含氢交联剂为主要原料，乙烯基聚硅氧烷与含氢交联剂在金属催化剂的作用下发生加成反应，从而形成交联网状聚合物，通过限定乙烯基含量及含氢交联剂的结构，使得所得交联网状聚合物具有优异的耐磨耗性、柔韧性，能够适用于弹性体基材上，有效解决现有技术中有机硅涂料耐磨耗性、柔韧性较差的技术问题。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种高磨耗性有机硅涂料，其原料组分配比见表1；其中，所述乙烯基聚硅氧烷为甲基乙烯基聚硅氧烷；所述乙烯基聚硅氧烷中乙烯基含量为0.3wt％；所述含氢交联剂中M为(CH₃)₂HSiO_0.5，Q为SiO₂，n＝2-10中的任一整数；所述消光粉为赢创德固赛OK500；所述抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇；所述金属催化剂为铂金催化剂，铂金含量为1000ppm。

进一步地说，所述含氢交联剂的制备方法为：在带搅拌和温度计的1L反应瓶中投入79.2g水、8g浓硫酸、107.2g四甲基二硅氧烷，搅拌混合均匀，冷却料温至20℃以下，然后将166.4g正硅酸乙酯缓慢滴入混合液中，维持料温小于20℃；滴加完毕，继续搅拌反应1h后，静置分离去除水相；然后添加碳酸氢钠中和2h，过滤，减压去除低沸物。

所述高磨耗性有机硅涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将有机溶剂、分散剂投入分散容器中，设定转速为300r/min，分散5min；

(2)设定转速为400r/min，逐步徐缓加入消光粉体，并随粘度提升逐步提升转速，至完全加入；

(3)使用砂磨机，4mm粒径锆珠填充率为60％，设定线速度为8m/s,循环分散3遍，至粒径为3-8um,制得预制浆料；

(4)将乙烯基聚硅氧烷、预制浆料，投入分散容器中，设定转速为1000r/min，分散10min；

(5)将含氢交联剂、附着力促进剂、抑制剂投入分散容器中，设定转速为500r/min，分散5min；

(6)使用砂磨机4mm粒径锆珠填充率为60％，设定线速度为8m/s,循环分散3遍，使用200目2层滤布过滤，即得到高耐磨性有机硅涂料。

所述高磨耗性有机硅涂料在弹性体基材中的应用，在所述有机硅涂料中添加稀释剂使其粘度为8.5s，采用喷涂作业在硬度为40°的TPSIV弹性体基材表面进行喷涂，喷涂厚度为15μm，喷涂作业完成后使用150℃烘箱烘烤60min。

实施例2

一种高磨耗性有机硅涂料，其原料组分配比见表1；其中，所述乙烯基聚硅氧烷为粘度为1000-1000000mpa.s的乙烯基硅油；所述乙烯基聚硅氧烷中乙烯基含量为0.45wt％；所述含氢交联剂中M为(CH₃)₂HSiO_0.5，Q为SiO₂，n＝2-10中的任一整数；所述消光粉为赢创德固赛OK520；所述抑制剂为3,5-二甲基-1-乙炔基-3-醇；所述金属催化剂为铂金催化剂，铂金含量为5000ppm。

进一步地说，所述含氢交联剂的制备方法同实施例1。

所述高磨耗性有机硅涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将有机溶剂、分散剂投入分散容器中，设定转速为400r/min，分散810min；

(2)设定转速为600r/min，逐步徐缓加入消光粉体，并随粘度提升逐步提升转速，至完全加入；

(3)使用砂磨机，3mm粒径锆珠填充率为70％，设定线速度为12m/s,循环分散3遍，至粒径为3-8um,制得预制浆料；

(4)将乙烯基聚硅氧烷、预制浆料，投入分散容器中，设定转速为1200r/min，分散12min；

(5)将含氢交联剂、附着力促进剂、抑制剂投入分散容器中，设定转速为600r/min，分散8min；

(6)使用砂磨机，3mm粒径锆珠填充率为70％，设定线速度为12m/s,循环分散3遍，使用200目2层滤布过滤，即得到高耐磨性有机硅涂料。

所述高磨耗性有机硅涂料在弹性体基材中的应用，在所述有机硅涂料中添加稀释剂使其粘度为10.0s，采用喷涂作业在硬度为40°的TPSIV弹性体基材表面进行喷涂，喷涂厚度为15μm，喷涂作业完成后使用160℃烘箱烘烤70min。

实施例3

一种高磨耗性有机硅涂料，其原料组分配比见表1；其中，所述乙烯基聚硅氧烷为生胶；所述乙烯基聚硅氧烷中乙烯基含量为0.6wt％；所述含氢交联剂中M为(CH₃)₂HSiO_0.5，Q为SiO₂，n＝2-10中的任一整数；所述消光粉为赢创德固赛C803；所述抑制剂为顺-双(2-甲氧乙基)马来酸酯；所述金属催化剂为铂金催化剂，铂金含量为9000ppm。

进一步地说，所述含氢交联剂的制备方法同实施例1。

所述高磨耗性有机硅涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将有机溶剂、分散剂投入分散容器中，设定转速为500r/min，分散10min；

(2)设定转速为800r/min，逐步徐缓加入消光粉体，并随粘度提升逐步提升转速，至完全加入；

(3)使用砂磨机，2mm粒径锆珠填充率为80％，设定线速度为15m/s,循环分散4遍，至粒径为3-8um,制得预制浆料；

(4)将乙烯基聚硅氧烷、预制浆料，投入分散容器中，设定转速为1500r/min，分散15min；

(5)将含氢交联剂、附着力促进剂、抑制剂投入分散容器中，设定转速为800r/min，分散10min；

(6)使用砂磨机，2mm粒径锆珠填充率为80％，设定线速度为15m/s,循环分散4遍，使用200目2层滤布过滤，即得到高耐磨性有机硅涂料。

所述高磨耗性有机硅涂料在弹性体基材中的应用，在所述有机硅涂料中添加稀释剂使其粘度为12.0s，采用喷涂作业在硬度为40°的TPSIV弹性体基材表面进行喷涂，喷涂厚度为15μm，喷涂作业完成后使用180℃烘箱烘烤90min。

对比例1

一种有机硅涂料，其原料组分配比与实施例2基本相同，不同之处在于所述乙烯基聚硅氧烷中乙烯基含量为3wt％，所述含氢交联剂为普通结构含氢交联剂，如甲基含氢硅油、端侧含氢硅油，含氢量0.8％-1.0％。本实施例优先为甲基含氢硅油。

所述有机硅涂料的制备方法及应用同实施例1。

对比例2

一种有机硅涂料，其原料组分配比与实施例3基本相同，不同之处在于所述含氢交联剂为普通结构含氢交联剂，如甲基含氢硅油、端侧含氢硅油，含氢量0.8％-1.0％。本实施例优先为端侧含氢硅油。

所述有机硅涂料的制备方法及应用同实施例1。

表1：实施例1-3和对比例1-2中有机硅涂料中原料的配比(单位为重量份)

将实施例1-3和对比例1-2所得有机硅涂料进行性能测试，测试结果见下表2。

表2性能测试结果

附着力测试条件为：弹性体基材的有机硅涂料上按照百格法划百格之后，使用多功能摩擦仪，施加500g砝码，设定频次为40次/min，使用人工指甲刮擦30次，目视评估刮擦后漆膜脱落状态。附着力等级划分标准：0级，刮擦后起皮脱落，脱落面积大于65％；1级，刮擦后起皮脱落，脱落面积在35％～65％；2级，刮擦后起皮脱落，脱落面积在15％～35％；3级，刮擦后起皮脱落，脱落面积在5％～15％；4级，刮擦后起皮脱落，脱落面积小于5％；5级，刮擦后无起皮脱落现象。

弯折测试条件为：将涂有有机硅涂料的弹性体基材180°来回弯折2000次，目测是否有开裂情况。

橡皮磨耗测试条件为：在多功能摩擦仪平台上，使用CS-10橡皮，施加500g砝码，设定频次为60次/min，记录开始出现磨损的摩擦次数。

干擦测试条件为：使用多功能摩擦仪，15*15mmEMPA701白色毛毡布,附加1Kg砝码，设定频次为60次/min，记录开始出现磨损的摩擦次数。

马丁代尔测试条件为：施加12kpa压力，使用SDC-SM25羊毛布、李维斯牛仔布、优衣库牛仔布，25*25mm范围李莎茹运动轨迹测试，摩擦上限为15000次。

从上表2可见，本发明所述高磨耗性有机硅涂料具有优异的抗弯折性、柔韧性、磨耗性，且在难附着的弹性体基材上具有更高的附着力。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种高磨耗性有机硅涂料，其特征在于，按重量份计，其制备原料包括以下组分：乙烯基聚硅氧烷25-35份、结构式为M_2nQ_n的含氢交联剂2-10份、分散剂1-2份、消光粉0-6.5份、附着力助剂3-8份、有机溶剂40-60份、抑制剂0.3-1.5份、金属催化剂1-5份；

所述乙烯基聚硅氧烷中乙烯基含量为0.3-0.6wt％；所述含氢交联剂中M_2nQ_n的含氢交联剂，M为(CH₃)₂HSiO_0.5，Q为SiO₂，n＝2-10中的任一整数；

所述含氢交联剂的制备方法为：在带搅拌和温度计的1L反应瓶中投入79.2g水、8g浓硫酸、107.2g四甲基二硅氧烷，搅拌混合均匀，冷却料温至20℃以下，然后将166.4g正硅酸乙酯缓慢滴入混合液中，维持料温小于20℃；滴加完毕，继续搅拌反应1h后，静置分离去除水相；然后添加碳酸氢钠中和2h，过滤，减压去除低沸物。

2.根据权利要求1所述高磨耗性有机硅涂料，其特征在于，所述有机溶剂为闪点30-65℃饱和烷烃的无味煤油、乙酸丁酯、甲基异丁基酮的一种或几种。

3.根据权利要求1所述高磨耗性有机硅涂料，其特征在于，所述抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇、3,5-二甲基-1-乙炔基-3-醇、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、顺-双(2-甲氧乙基)马来酸酯、苯并三唑中的一种。

4.根据权利要求1所述高磨耗性有机硅涂料，其特征在于，所述金属催化剂为铂金催化剂，铂金含量为1000ppm至9000ppm。

5.一种权利要求1-4任一所述高磨耗性有机硅涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将有机溶剂、分散剂投入分散容器中，设定转速为300～500r/min，分散5～10min；

(2)设定转速为400-800r/min，逐步徐缓加入消光粉体，并随粘度提升逐步提升转速，至完全加入；

(3)使用砂磨机，2-4mm粒径锆珠填充率为60-80％，设定线速度为8～15m/s,循环分散3-4遍，至粒径为3-8um,制得预制浆料；

(4)将乙烯基聚硅氧烷、预制浆料，投入分散容器中，设定转速为1000～1500r/min，分散10～15min；

(5)将含氢交联剂、附着力促进剂、抑制剂投入分散容器中，设定转速为500～800r/min，分散5～10min；

(6)使用砂磨机，2-4mm粒径锆珠填充率为60-80％，设定线速度为8～15m/s,循环分散3-4遍，使用200目2层滤布过滤，即得到高耐磨性有机硅涂料。

6.一种权利要求1-4任一所述高磨耗性有机硅涂料的在弹性体基材中的应用，在所述有机硅涂料中添加稀释剂使其粘度为8.5-12.0s，采用喷涂作业，喷涂厚度为5-25μm，喷涂作业完成后使用150-180℃烘箱烘烤60-90min。