CN114958200B - 水性有机硅耐高温面漆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性有机硅耐高温面漆，属于有机硅涂料技术领域。该面漆按照重量份计包括：改性有机硅树脂45‑52份、硅酸盐类填料8‑13份、颜料0‑5份、分散剂0.7‑1.2份、润湿剂0.4‑0.8份、流平剂0.5‑1.5份、乙醇2‑5份和水18‑26份；改性有机硅树脂的主链引入钼氧键增加耐烧蚀性，同时钼氧键优先热解断裂，形成的小分子硅氧片段与硅酸盐填料结合形成耐热层，提高了有机硅树脂的耐热性，在500℃以下具有稳定且优异的耐热性能。

Description

水性有机硅耐高温面漆

技术领域

本发明属于有机硅涂料技术领域，具体地，涉及一种水性有机硅耐高温面漆。

背景技术

随着现代工业的不断发展，特别是石化、能源、冶金、新材料及军工等行业，应用高温设备及配套设施的场合越来越多，但金属材料在高温环境中易与空气中的氧发生氧化反应，产生锈蚀现象，从而使金属材料逐渐失去强度而导致结构性缺损，成为各种事故的隐患。因此，其表面一般都需涂装耐高温防腐涂料，其在高温条件下不起泡、不龟裂、不剥落，能保持一定物理机械性能的特点，使物件免受高温化学腐蚀、热氧化，延长构件使用寿命。

聚硅氧烷有机硅涂料的基体是由高聚合度的硅氧链构成，其键能高、热稳定好，被广泛应用在常规耐高温涂料中，现有技术中的耐高温有机硅树脂耐热温度在300-400℃，温度再升高，硅氧键热裂解加剧，涂层烧蚀严重。

发明内容

为了解决背景技术提到的技术问题，本发明提供一种水性有机硅耐高温面漆。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

水性有机硅耐高温面漆，按照重量份计包括：改性有机硅树脂45-52份、硅酸盐类填料8-13份、颜料0-5份、分散剂0.7-1.2份、润湿剂0.4-0.8份、流平剂0.5-1.5份、乙醇2-5份和水18-26份。

进一步地，硅酸盐类填料选自滑石粉、玻璃粉或者石棉粉的任意一种。

进一步地，颜料选自无机颜料，如钛白、炭黑、钴蓝、铁红等，根据实际需求调整。

进一步地，分散剂选自HD-20和HTA20中的任意一种。

进一步地，润湿剂选自MONENG-7006和WA-190中的任意一种。

进一步地，流平剂选自VK.LV745和BYK-333中的任意一种。

所述改性有机硅树脂由以下方法制成：

步骤A1：取乙醇溶液调节pH值8.7-9.5，投加(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷搅拌混合，水浴升温至45℃，控制搅拌速率为800rpm，保温搅拌18-25min，之后升温至78℃，缓慢加入钼酸，降低搅拌速率为120rpm，回流搅拌反应70-100min，反应结束调节反应液为中性，减压旋蒸脱除部分溶剂，常温下用碱石灰干燥，制成预聚中间体；

钼酸在碱性条件下溶解，活性羟基和(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷的烷氧基反应，通过控制用量以及反应条件，生成线型低分子量的预聚物，具体反应过程表示如下：

进一步地，(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷和钼酸的用量比为1.1-1.2mol：1mol，乙醇溶液的浓度为30％。

步骤A2：将预聚中间体用甲醇稀释，调节pH值为5-6，再取甲氧基三苯基硅烷用甲醇溶解后缓慢滴加到预聚中间体的稀释液中，同时采用曝气管向反应液中通入热氮气，甲氧基三苯基硅烷完全加入后，旋蒸快速脱除甲醇，制成封端中间体；

甲氧基三苯基硅烷分子上烷氧基在酸性条件下水解成硅醇，之后与预聚中间体聚合链端部的硅醇反应，对预聚中间体进行封端，具体反应过程表示如下：

进一步地，预聚中间体和甲氧基三苯基硅烷的用量比为40-50g：5.6-6.8g，热氮气的温度为65-90℃，热氮气的通气比为0.66-0.73vvm。

步骤A3：取封端中间体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子混合，升温至85-95℃回流反应1-1.5h，制成改性有机硅树脂。

γ-氨丙基三乙氧基硅烷分子上的氨基和预聚中间体侧链上的氯基反应，向聚合链引入支状的烷氧基，具体反应过程表示如下：

进一步地，封端中间体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水的用量比为57-65g：4.6-5.3g：60-80mL。

水性有机硅耐高温面漆，由以下方法制成：

步骤S1：将乙醇和水混合，再加入硅酸盐类填料、颜料、分散剂和润湿剂超声分散，制成分散液；

步骤S2：将改性有机硅树脂和流平剂混合，在搅拌状态下加入分散液搅拌混合，制成面漆。

本发明的有益效果：

1.本发明的面漆以改性有机硅树脂为基体，其由钼酸分子上的活性羟基和(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷的烷氧基反应，制成线型低分子量的预聚物，主链引入钼氧键，一方面通过引入钼增加耐烧蚀性，另一方面钼氧键优先热解断裂，形成更小分子量的硅氧片段，其与硅酸盐填料优先结合形成耐热层，继续升温硅氧键再裂解，起到两次缓冲耐热；由热重分析图可以看出存在两次波动，首先在500℃左右出现短暂快速失重，之后失重稍微减缓，最后失重率保持相对稳定，为有机硅成分均匀烧蚀。

2.本发明中采用甲氧基三苯基硅烷对预聚物进行封端，引入苯基提高树脂的热稳定性，同时降低聚合物的端部活性，保证面漆的存储稳定性；之后采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷对封端中间体的侧链进行改性，引入硅氧烷基团，提高与填料及无机颜料的交联性，从而提高填料的强化效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例5制备的面漆的热重分析图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例制备一种改性有机硅树脂，具体实施过程如下：

a1、取体积浓度为30％的乙醇溶液，滴加氢氧化钠的溶解液调节pH值8.7，投加(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷搅拌混合，水浴升温至45℃，控制搅拌速率为800rpm，保温搅拌25min，之后升温至78℃，缓慢加入钼酸，降低搅拌速率为120rpm，回流搅拌反应100min，反应结束调节反应液为中性，减压至1kPa以下，在60℃旋蒸10min，脱除部分溶剂，冷却至常温用碱石灰干燥，制成预聚中间体，其中，(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷和钼酸的用量比控制为1.1mol：1mol；

a2、取底部装有盘式曝气管的反应器，将预聚中间体用其一半量的甲醇稀释，再用盐酸调节pH值为6，之后取甲氧基三苯基硅烷用甲醇溶解后缓慢滴加到预聚中间体的稀释液中，同时通过曝气管以0.66vvm向反应液中通入65℃的热氮气，甲氧基三苯基硅烷完全加入后，总加入时间控制为2h，旋蒸快速脱除甲醇，制成封端中间体，其中，预聚中间体和甲氧基三苯基硅烷的用量比为40g：5.6g；

a3、取装有回流冷凝器(含氧化钙干燥管)的反应器，投加封端中间体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子混合，升温至85℃回流反应1.5h，制成改性有机硅树脂，其中，封端中间体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水的用量比为57g：4.6g：60mL。

实施例2

本实施例制备一种改性有机硅树脂，具体实施过程如下：

a1、取体积浓度为30％的乙醇溶液，滴加氢氧化钠的溶解液调节pH值9.0，投加(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷搅拌混合，水浴升温至45℃，控制搅拌速率为800rpm，保温搅拌22min，之后升温至78℃，缓慢加入钼酸，降低搅拌速率为120rpm，回流搅拌反应85min，反应结束调节反应液为中性，减压至1kPa以下，在60℃旋蒸10min，脱除部分溶剂，冷却至常温用碱石灰干燥，制成预聚中间体，其中，(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷和钼酸的用量比控制为1.13mol：1mol；

a2、取底部装有盘式曝气管的反应器，将预聚中间体用其一半量的甲醇稀释，再用盐酸调节pH值为6，之后取甲氧基三苯基硅烷用甲醇溶解后缓慢滴加到预聚中间体的稀释液中，同时通过曝气管以0.69vvm向反应液中通入82℃的热氮气，甲氧基三苯基硅烷完全加入后，总加入时间控制为1.6h，旋蒸快速脱除甲醇，制成封端中间体，其中，预聚中间体和甲氧基三苯基硅烷的用量比为55g：6.2g；

a3、取装有回流冷凝器(含氧化钙干燥管)的反应器，投加封端中间体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子混合，升温至90℃回流反应1.3h，制成改性有机硅树脂，其中，封端中间体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水的用量比为61g：4.9g：70mL。

实施例3

本实施例制备一种改性有机硅树脂，具体实施过程如下：

a1、取体积浓度为30％的乙醇溶液，滴加氢氧化钠的溶解液调节pH值9.5，投加(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷搅拌混合，水浴升温至45℃，控制搅拌速率为800rpm，保温搅拌18min，之后升温至78℃，缓慢加入钼酸，降低搅拌速率为120rpm，回流搅拌反应70min，反应结束调节反应液为中性，减压至1kPa以下，在60℃旋蒸10min，脱除部分溶剂，冷却至常温用碱石灰干燥，制成预聚中间体，其中，(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷和钼酸的用量比控制为1.2mol：1mol；

a2、取底部装有盘式曝气管的反应器，将预聚中间体用其一半量的甲醇稀释，再用盐酸调节pH值为5，之后取甲氧基三苯基硅烷用甲醇溶解后缓慢滴加到预聚中间体的稀释液中，同时通过曝气管以0.73vvm向反应液中通入90℃的热氮气，甲氧基三苯基硅烷完全加入后，总加入时间控制为1.4h，旋蒸快速脱除甲醇，制成封端中间体，其中，预聚中间体和甲氧基三苯基硅烷的用量比为50g：6.8g；

a3、取装有回流冷凝器(含氧化钙干燥管)的反应器，投加封端中间体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子混合，升温至95℃回流反应1h，制成改性有机硅树脂，其中，封端中间体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水的用量比为65g：5.3g：80mL。

实施例4

本实施例制备一种水性有机硅耐高温面漆，具体实施过程如下：

配料：实施例1制备的改性有机硅树脂45份、硅酸盐类填料(滑石粉，细度为3000目，由江阴市某化工有限公司提供)13份、颜料0份(即本实施例不添加颜料，采用面漆原色)、分散剂(型号：HD-20)1.2份、润湿剂(型号：MONENG-7006)0.4份、流平剂(型号：VK.LV745)0.5份、乙醇2份和水18份；

预混分散：将乙醇和水混合(实际生产采购原料乙醇的浓度为98％，也可采用相近浓的成品乙醇溶液替代)，再加入硅酸盐类填料、颜料、分散剂和润湿剂，在33kHz下超声分散12min，制成分散液；

共混制漆：将改性有机硅树脂和流平剂混合，之后设置搅拌速率为360rpm加入分散液搅拌混合，制成面漆。

实施例5

本实施例制备一种水性有机硅耐高温面漆，具体实施过程如下：

配料：实施例2制备的改性有机硅树脂48份、硅酸盐类填料(玻璃粉，细度为3000目，由广州某化工科技有限公司提供)10份、颜料3份(由钛白和炭黑按照重量比为1：2混合)、分散剂(型号：HTA20)1份、润湿剂(型号：MONENG-7006)0.6份、流平剂(型号：VK.LV745)0.9份、乙醇3份和水21份；

预混分散：将乙醇和水混合(实际生产采购原料乙醇的浓度为98％，也可采用相近浓的成品乙醇溶液替代)，再加入硅酸盐类填料、颜料、分散剂和润湿剂，在33kHz下超声分散15min，制成分散液；

共混制漆：将改性有机硅树脂和流平剂混合，之后设置搅拌速率为360rpm加入分散液搅拌混合，制成面漆。

实施例6

本实施例制备一种水性有机硅耐高温面漆，具体实施过程如下：

配料：实施例3制备的改性有机硅树脂52份、硅酸盐类填料(石棉粉，细度为1250目，由灵寿某矿产品加工厂提供)、颜料5份(由钴蓝和铁红按照重量比为3:2混合)、分散剂(型号：HTA20)0.7份、润湿剂(型号：WA-190)0.8份、流平剂(型号：BYK-333)1.5份、乙醇5份和水26份；

预混分散：将乙醇和水混合(实际生产采购原料乙醇的浓度为98％，也可采用相近浓的成品乙醇溶液替代)，再加入硅酸盐类填料、颜料、分散剂和润湿剂，在33kHz下超声分散12-18min，制成分散液；

共混制漆：将改性有机硅树脂和流平剂混合，之后设置搅拌速率为360rpm加入分散液搅拌混合，制成面漆。

取实施例4-实施例6制备的面漆进行性能测试，试验中以马口铁片为基材，对马口铁片碱洗除油，采用360目砂纸进行十字交叉打磨，打磨后用乙醇擦拭、烘干，采用气喷法喷涂面漆，喷涂量为220g/m²，采用50℃热风快速干燥，制成试样，具体测试数据及标准如表1所示：

表1

由表1数据可知，本发明制备的面漆可涂覆性能良好，附着力强、漆膜固化硬度较高，耐受性能良好，符合面漆使用标准。

基于以上测试数据，取实施例5制备的面漆，进行热重分析，具体热重分析图如图1所示；

由图1可以看出，本发明制备的面漆固化后，在400℃之前失重缓慢，失重率在5％以内，保持良好的耐热性能，表明本发明制备的面漆在400℃内可以稳定工作，在500℃左右出现短暂快速失重，分析为钼氧键裂解，随后失重再次稍加减缓，裂解的小分子量的硅氧片段与硅酸盐填料优先结合形成耐热层，起到减缓烧蚀的作用，继续升温硅氧键再裂解，失重率保持相对稳定。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.水性有机硅耐高温面漆，其特征在于，按照重量份计包括：改性有机硅树脂45-52份、硅酸盐类填料8-13份、颜料0-5份、分散剂0.7-1.2份、润湿剂0.4-0.8份、流平剂0.5-1.5份、乙醇2-5份和水18-26份；

所述改性有机硅树脂由以下方法制成：

步骤A1：取乙醇溶液调节pH值8.7-9.5，投加(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷混合，水浴升温至45℃，控制搅拌速率为800rpm，保温搅拌18-25min，之后升温至78℃，加入钼酸，并降低搅拌速率为120rpm，回流搅拌反应70-100min，反应结束调节反应液为中性，依次减压旋蒸、干燥，制成预聚中间体；

步骤A2：将预聚中间体用甲醇稀释，调节pH值为5-6，再取甲氧基三苯基硅烷用甲醇溶解后滴加到预聚中间体的稀释液中，同时采用曝气管向反应液中通入热氮气，甲氧基三苯基硅烷完全加入后，旋蒸脱除甲醇，制成封端中间体；

步骤A3：取封端中间体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子混合，升温至85-95℃回流反应1-1.5h，制成改性有机硅树脂。

2.根据权利要求1所述的水性有机硅耐高温面漆，其特征在于，(氯甲基)二甲氧基(甲基)硅烷和钼酸的用量比为1.1-1.2mol：1mol，乙醇溶液的浓度为30％。

3.根据权利要求2所述的水性有机硅耐高温面漆，其特征在于，预聚中间体和甲氧基三苯基硅烷的用量比为40-50g：5.6-6.8g，热氮气的温度为65-90℃，热氮气的通气比为0.66-0.73vvm。

4.根据权利要求3所述的水性有机硅耐高温面漆，其特征在于，封端中间体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水的用量比为57-65g：4.6-5.3g：60-80mL。

5.根据权利要求1所述的水性有机硅耐高温面漆，其特征在于，硅酸盐类填料为滑石粉、玻璃粉或者石棉粉的任意一种。

6.根据权利要求5所述的水性有机硅耐高温面漆，其特征在于，分散剂为HD-20和HTA20中的任意一种。

7.根据权利要求5所述的水性有机硅耐高温面漆，其特征在于，润湿剂为MONENG-7006和WA-190中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的水性有机硅耐高温面漆，其特征在于，流平剂为VK.LV745和BYK-333中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的水性有机硅耐高温面漆，其特征在于，该面漆由以下方法制备：

步骤S1：将乙醇和水混合，再加入硅酸盐类填料、颜料、分散剂和润湿剂超声分散，制成分散液；

步骤S2：将改性有机硅树脂和流平剂混合，在搅拌状态下加入分散液搅拌混合，制成面漆。

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