一种固化组合物及其应用的制作方法

本发明涉及一种硅橡胶基热控涂层用高效固化体系及其制备方法，属于固化剂技术领域。

背景技术：

空间热控涂层是空间飞行器热控系统所采用的一种重要材料，它能保证仪器及舱内温度的有效调控，涂料型热控涂层不用改变原有卫星产品结构，具有适应性强、易实现和可修补等优点，是目前国内外航天器实现热控设计的重要选择方案。随着空间技术的不断进步，我国未来低轨道侦察、遥感卫星和空间站等型号向着大容量、长寿命、高分辨率、高精度的方向发展，如遥感卫星设计寿命为8年、空间站设计寿命为15年等，对热控涂层材料提出了长寿命、高可靠和轻量化的新需求。此外，航天器在轨期间，面临严酷的高低温交变环境，因此热控涂层必须具有较高的柔性，以确保涂层与基材的力热匹配性。

硅橡胶热控涂层具有优异的耐原子氧性能、柔性、耐高低温交变性能及耐空间环境性能，常被作为树脂基体用于空间长寿命柔性热控涂层。缩合型硅橡胶是当前应用最为广泛的一类硅橡胶之一。由于缩合型硅橡胶的硅羟基含量低，使用现有的硅烷偶联剂(如正硅酸乙酯)做固化剂涂层经72h仍会出现不固化现象、涂层原子氧剥蚀速率超过10^-25cm³/atom，且容易出现发黏现象。因此，有必要研制高效固化体系，解决当前硅橡胶热控涂层固化时间长及涂层发黏等问题，并提高涂层耐原子氧性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种固化组合物及其应用，该固化组合物在加快硅橡胶基热控涂层固化速率的同时，提高硅橡胶基热控涂层的耐原子氧性能。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种固化组合物，包括以下质量份组分：

低聚硅氧烷5份、催化剂0.8-1.2份及溶剂5-7份。

在一可选实施例中，所述的低聚硅氧烷为甲基三乙氧基硅烷与正硅酸四乙酯的低聚物。

在一可选实施例中，所述低聚物的化学结构式为：

其中，x+y＝5-10。

在一可选实施例中，所述低聚硅氧烷，其制备方法包括以下步骤：

步骤1、将10质量份甲基三乙氧基硅烷、9-11质量份正硅酸乙酯、0.18-0.22质量份硝酸、8-9质量份乙醇、1-2质量份水搅拌混合，得到反应体系；

步骤2、将所述反应体系在60-80℃下反应4h-5h，得到澄清溶液；

步骤3、对所述澄清溶液进行减压蒸馏除去多余溶剂，得到低聚硅氧烷。

在一可选实施例中，步骤1所述硝酸的浓度为65％。

在一可选实施例中，步骤2所述反应，包括：

反应时，搅拌速率至少为200rad/min，且保持冷凝水不断循环。

在一可选实施例中，步骤3所述的对所述澄清溶液进行减压蒸馏除，包括：

将所述澄清溶液置于两口反应釜中，所述反应釜的第一开口与抽真空装置连接，第二开口与密闭容器连接，通过所述第一开口抽真空至釜内压强小于100pa，加热至35-45℃，保温至少30min，收集所述反应釜中剩余物。

在一可选实施例中，所述催化剂为纯度为95％以上的二丁基二月桂酸锡或二丁基二乙酸锡的一种或两种组合。

在一可选实施例中，所述溶剂纯度95％以上二甲苯。

上述固化组合物作为固化剂在硅橡胶基热控涂层中的应用。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明采用低聚硅氧烷/催化剂固化体系，可确保硅橡胶基热控涂层在48h完全固化，且不发生发黏现象。

(2)本发明可将硅橡胶基热控涂层原子氧剥蚀率从10-25cm³/atom降低至2.025×10-26cm³/atom。

附图说明

图1实施例1提供的低聚硅氧烷核磁共振氢谱图

图2实施例1提供的低聚硅氧烷红外光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例提供了一种固化组合物，包括以下质量份组分：

低聚硅氧烷5份、催化剂0.8-1.2份及溶剂5-7份。

其中，所述低聚硅氧烷优选三乙氧基硅烷和/或四乙氧基硅烷的低聚物，所述催化剂可以为二甲基二乙酸锡、二甲基二月桂酸锡等，优选纯度为95％以上的二丁基二月桂酸锡或二丁基二乙酸锡的一种或两种组合，以提高催化效率、降低生产成本。所述溶剂为汽油、乙酸乙酯、甲苯等，优选纯度95％以上二甲苯，以提高固化组合物的稳定性，降低固化组合物的挥发性，保证固化组合物粘度均一；

本发明提供的固化组合物，通过使用低聚硅氧烷作为有效固化成分，当固化组合物作为固化剂作用于硅橡胶热控涂层体系时，提高了涂层体系的固化速率及交联度，降低了固化时间，使固化时间由原来的72小时缩短为24小时左右；同时通过增加涂层交联度，还提高了涂层耐原子性能。

在一可选实施例中，所述的低聚硅氧烷为甲基三乙氧基硅烷与正硅酸四乙酯的低聚物。通过采用甲基三乙氧基硅烷与正硅酸四乙酯的低聚物，与其它低聚物相比，在兼顾固化效率的前提下，储存时间可以延长六个月左右，极大地提高了固化组分储存时间和稳定性。

在一优选实施例中，所述低聚物的化学结构式为：

其中，x+y＝5-10。

通过控制聚合度，以保证聚合物的溶解性，避免聚合物聚集沉淀，确保固化剂澄清透明，进一步提高了组合物的稳定性。

进一步地，所述低聚硅氧烷的制备方法包括以下步骤：

步骤1、将10质量份甲基三乙氧基硅烷、9-11质量份正硅酸乙酯、0.18-0.22质量份硝酸、8-9质量份乙醇、1-2质量份水搅拌混合，得到反应体系；

步骤2、将所述反应体系在60-80℃下反应4h-5h，得到澄清溶液；

步骤3、对所述澄清溶液进行减压蒸馏除去多余溶剂，得到低聚硅氧烷。

该制备方法与碱催化及硅酸盐水解法等相比，所得的低聚硅氧烷分子量较小、分子量分布较窄，在溶液中具有更好的溶解性，进一步提高了组合物稳定性。

步骤1所述硝酸的浓度优选65％，以避免改变反应体系，确保反应速率均匀；

步骤2所述反应，优选在反应时，搅拌速率至少为200rad/min，且保持冷凝水不断循环，以保证低聚硅氧烷分散均匀，反应充分。

步骤3所述的对所述澄清溶液进行减压蒸馏除，包括：

将所述澄清溶液置于两口反应釜中，所述反应釜的第一开口与抽真空装置连接，第二开口与密闭容器连接，通过所述第一开口抽真空至釜内压强小于100pa，加热至35-45℃，保温至少30min，收集所述反应釜中剩余物。

本发明实施例还提供了一种上述固化组合物作为固化剂在硅橡胶基热控涂层中的应用。

以下为本发明的几个具体实施例：

实施例1

将100g甲基三乙氧基硅烷、100g正硅酸四乙酯、2g硝酸、85g乙醇和15g水加入反应釜中，在200rad/min转速下搅拌均匀，升温至70℃，通过冷凝水不断循环使蒸出物冷凝回流，在该温度下反应5h。反应结束后，将釜内气压降低至100pa，降温至40℃，保温30min，蒸馏除去溶剂，即制得低聚硅氧烷。

图1中0.2ppm处吸收峰为与硅原子相连的甲基上h的吸收峰，1.4ppm处为乙氧基上甲基h吸收峰，3.7ppm及3.8ppm处为乙氧基上亚甲基h吸收峰。图2中2965cm^-1处吸收峰为甲基和亚甲基c-h吸收峰，1261cm^-1处吸收峰为si-c吸收峰，1067cm^-1处宽峰和800cm^-1处吸收峰为si-o吸收峰。

将10g制得低聚硅氧烷、2g二丁基二月桂酸锡和12g二甲苯混合均匀，得到热控涂层固化体系。

将硅橡胶9g，白炭黑1g，二氧化钛40g混合均匀，加入10g上述固化体系，搅拌均匀后在0.25mpa压力下喷涂，制成硅橡胶热控涂层。

对制得的硅橡胶热控涂层进行固化时间测试及耐原子氧性能测试，测试结果如表1所示：

表1硅橡胶热控涂层性能

实施例2

将100g甲基三乙氧基硅烷、100g正硅酸四乙酯、1.8g硝酸、80g乙醇和20g水加入反应釜中，在200rad/min转速下搅拌均匀，升温至70℃，通过冷凝水不断循环使蒸出物冷凝回流，在该温度下反应5h。反应结束后，将釜内气压降低至100pa，降温至40℃，保温30min，蒸馏除去溶剂，即制得低聚硅氧烷。

将10g低聚硅氧烷、1.6g二丁基二乙酸锡和10g二甲苯合均匀，制备成热控涂层固化体系。

将硅橡胶9g，白炭黑1g，二氧化钛40g混合均匀，加入10g上述固化体系，搅拌均匀后在0.25mpa压力下喷涂，制成硅橡胶热控涂层，性能如表2所示。

表2硅橡胶热控涂层性能

实施例3

将100g甲基三乙氧基硅烷、100g正硅酸四乙酯、2.2g硝酸、90g乙醇和10g水加入反应釜中，在200rad/min转速下搅拌均匀，升温至70℃，通过冷凝水不断循环使蒸出物冷凝回流，在该温度下反应5h。反应结束后，将釜内气压降低至100pa，降温至40℃，保温30min，蒸馏除去溶剂，即制得低聚硅氧烷。

将10g低聚硅氧烷、2.4g二丁基二乙酸锡和14g二甲苯混合均匀，制备成热控涂层固化体系。

将硅橡胶9g，白炭黑1g，二氧化钛40g混合均匀，加入10g上述固化体系，搅拌均匀后在0.25mpa压力下喷涂，制成硅橡胶热控涂层。

表3硅橡胶热控涂层性能

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。