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有机硅树脂材料在涂料中应用的研究进展

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有机硅树脂材料在涂料中应用的研究进展


0 引言 

有机硅树脂作为一种高分子材料,因具有优良的耐热、耐寒、耐辐射、憎水、耐沾污、耐化学腐蚀等特殊性能而被广泛应用。但纯硅树脂存在固化时间长、高温下涂层附着力低、机械强度低等缺点,限制了其应用[1]。由于有机硅树脂的分子结构上仍然保留着羟基等活性基团,这为有机硅树脂的改性提供了更多的可能性[2]。

而有机硅树脂作为硅树脂涂料主要的成膜物质,故在其改性方面得到了广泛关注[3]。本文主要综述了改性有机硅树脂在耐高温涂料、耐磨涂料和防污涂料几个功能涂料领域的研究进展[4-6]。 

1 耐高温涂料

与有机聚合物的不同之处在于,硅树脂中Si-O键的键能比普通有机聚合物中C-C键的键能高,硅原子和氧原子形成d-pπ键,因此有机硅树脂有着很好的热稳定性[7-8]。

1.1 环氧树脂改性有机硅树脂

环氧改性有机硅树脂是通过环氧树脂的环氧基及羟基与聚硅氧烷活性基团发生接枝缩合反应,因此改性的环氧/有机硅涂层具有良好的稳定性且兼有环氧树脂和有机硅树脂的优点[9]。

对于环氧改性有机硅树脂,孙振宁等人[10]制备了环氧改性的有机硅聚合物并将改性后的树脂应用于发动机叶片防飞溅涂层中。通过傅里叶红外光谱(FTIR)分析,硅树脂中的羟基与环氧基成功发生反应,表明环氧树脂是以化学的方式对硅树脂进行了改性。通过热失重分析(TG)得知,随体系中羟基硅油含量的增加,改性聚合物的热稳定性能越优异,能够更好地应用到叶片防飞溅涂层中。

1.2 无机填料改性有机硅树脂

当有机硅树脂支链中含有苯基时,其含量的大小能够影响涂层的耐热性能,原因在于苯基中的富电子云可以与颜填料和基材作用,增强涂层的附着力[11]。故采用无机填料来对有机硅树脂成膜物进行填充改性,可以赋予涂层更好的性能。

丁超等人[12]以有机硅类树脂作为成膜树脂,添加铝银浆、云母粉等耐温填料,研制了一种可在500℃条件下长期使用的单组分耐高温防腐蚀涂料。云母粉自身的片状结构,有利于提高涂层的耐温性。实验得出:应将配方中的铝银浆用量控制在10%~15%,云母粉的用量控制在12%~15%,此含量配比的有机硅耐高温涂料可以呈现出优异的热稳定性。

1.3 POSS(多面体低聚倍半硅氧烷)改性有机硅树脂

纳米SiO2[13]、碳纳米管[14]、粘土[15]和其他纳米粒子[16]的加入可以改善聚合物的热性能和力学性能[16~17]。然而,由于纳米粒子的团聚,它很难通过机械共混来实现纳米的分散。而POSS作为一种独特的有机/无机纳米材料,非反应性基团能够改善与硅树脂的相容性,反应性基团可以实现与硅树脂之间的化学键合,可以很好地解决这一问题。

LiuY R等人[18]通过将功能化的三硅氧丁基POSS与羟基化的甲基硅酮树脂混合,成功地合成了具有较高分解温度的甲基硅树脂/POSS复合材料。Yang Z[19]将一系列含硅苯单元的硅酮树脂合成到POSS骨架中,提高了硅酮树脂的热稳定性。Yao X等人[20]合成了3种多面体低聚倍半硅氧烷,通过将....


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