一种耐高温有机硅树脂涂料的制备方法

本发明是关于利用两种纳米填料提高有机硅树脂涂料耐高温性能的制备方法，属于复合材料制备的技术领域。

背景技术：

由于科学技术及生产生活的快速发展，某些金属部件需要在高温环境下工作并长期保持结构及性能稳定性。据此，使用耐高温涂料是一种操作简易、性能优良且成本较低的保护性措施，为减少金属材料受高温腐蚀产生的巨大经济损失及潜在的人员伤害具有极强的现实意义。

有机硅耐高温树脂和涂料以其优异的耐高温性能，成为高温环境下基体防护的重要手段。有机硅耐高温涂料是众多耐高温涂料中最为常见的品种之一，它的耐高低温性好，并且具有极佳的耐候性、电绝缘性及耐水性，被广泛用于高温炉、蒸汽管道、发热器等需要高温作业的场合。

有机硅耐高温涂料以有机硅树脂为基体树脂，有机硅树脂以键能较高的si-o键为主体，单纯的热运动很难使si-o键断裂，因此其对热、氧的稳定性比一般的有机高聚物高得多，具有较好的耐高温性能。但是，有机硅树脂的交联密度较高，造成其韧性较差。在受热时，有机硅树脂涂层的线性热膨胀系数低于金属底材的线性热膨胀系数，因此在涂层和金属底材之间会出现较大内应力，韧性较差的有机硅树脂涂层容易发生开裂现象，从而失去对金属底材的保护作用。因此，若能提升有机硅树脂的韧性，便能极大地提升有机硅树脂涂层在高温领域的应用价值。

目前，人们对有机硅树脂增韧方面的研究进行地较少。但是，其它树脂(尤其是环氧树脂)的增韧已经被研究地较为透彻。可以借鉴增韧其它树脂的方法，来实现对有机硅树脂的增韧。树脂增韧的方法有多种，其中比较常见的两种方法分别是向树脂基体中引入柔性链段，以及在树脂基体中添加纳米填料。由于有机硅树脂与其它有机物的相容性较差，因此，向有机硅树脂基体中引入柔性链段较难实现。而向有机硅树脂基体中加入纳米填料容易操作，并且能够起到较好的增韧效果。

传统的粉末橡胶是未经过硫化的生胶粉末，平均粒径一般为0.3-0.6nm，一般情况下传统的粉末橡胶只能作为橡胶生胶使用而不能作为填充剂使用，而超细全硫化有机硅橡胶颗粒已经交联，流动性很差，不能作为生胶使用，而是作为填料使用。少量超细全硫化有机硅橡胶颗粒与树脂共混时，可作为树脂的增韧改性剂。增韧的原因在于粉末橡胶以几百纳米或微米级的尺寸分散在树脂基体中，交联粒子的高弹性起到了增韧的作用。

加入超细全硫化有机硅橡胶颗粒后，基体的力学强度通常会降低。为了对树脂的力学强度做出弥补，可选用纳米二氧化硅颗粒作为增强剂。然而，不做改性的二氧化硅表面有大量羟基，为亲水型结构，在树脂基体中容易形成团聚状，不易分散。故选用表面修饰了硅烷的疏水型二氧化硅纳米颗粒作为增强填料。并且，将其加入至体系中能够增加体系的粘度，从而促进超细全硫化有机硅橡胶颗粒在体系中的分散。

将以上两种填料通过物理共混加入有机硅树脂涂层中，可以提高涂层的韧性和耐高温性能，用该方法得到耐高温有机硅树脂涂层具有实验操作过程简单、性能优良且可调控等优点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用两种纳米填料提高有机硅树脂涂料耐高温性能的简便制备方法。制备过程中，首先称取一定质量的有机硅树脂预聚物溶液于烧杯中，加入适量超细全硫化有机硅橡胶颗粒和疏水型二氧化硅纳米颗粒，搅拌超声共混，加入适量硅烷偶联剂kh550，继续搅拌混合均匀。将制备好的有机硅树脂涂料涂覆于金属基材上，或自然干燥，或在烘箱中固化，得到一系列应用于金属基材上的有机硅树脂涂料。

本发明提供的两种纳米填料提高有机硅树脂涂料耐高温性能的制备工艺过程，具体步骤是：

(1)称取一定质量的甲基苯基有机硅树脂预聚物溶液(固含量为50％)；

(2)加入质量为有机硅树脂预聚物溶液质量1％～5％的疏水型纳米二氧化硅颗粒，以及质量为有机硅树脂预聚物溶液质量1％～5％的超细全硫化有机硅橡胶颗粒，搅拌分散后，共同超声处理20～60min；

(3)加入质量为有机硅树脂预聚物溶液质量3％～10％的硅烷偶联剂kh550或其它胺类固化剂，经过搅拌分散后，涂覆于各种基体(如马口铁片)上；

(4)自然干燥，得到涂覆于基底上的耐高温有机硅树脂涂层。

本发明提供的利用两种纳米填料提高有机硅树脂涂层性能的制备方法的特点是：

利用交联的有机硅橡胶纳米颗粒的高韧性对有机硅树脂涂层进行增韧，其增韧机理包括桥接约束、裂纹路径偏移等，增韧后的有机硅树脂涂层在高温下不易发生开裂；

疏水型二氧化硅纳米颗粒与有机硅树脂基体的相容性较好，不易发生团聚，同时可充当体系的增稠剂和增强剂。故可以和有机硅橡胶纳米颗粒协同提高制备的有机硅树脂涂层的耐高温性能；

操作相对简捷，成本低，通过对两种纳米填料比例的调整，可以实现对有机硅树脂涂层综合性能的调控。

附图说明

图1：本发明提供的用两种纳米填料提高有机硅树脂涂层耐高温性能的工艺流程图。

图2：制备的有机硅树脂涂层的耐高温性能(实施例1、2、3、4)。

图3：制备的有机硅树脂涂层的力学性能(实施例1、2、3、4)。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

称取20g的有机硅树脂预聚体溶液于小烧杯中，向其中加入1g的硅烷偶联剂kh550，适当的搅拌分散，将制备好的有机硅树脂涂料涂覆于马口铁片上，自然干燥，得到涂覆于马口铁片的有机硅树脂涂层。该涂层在300℃灼烧1h后外观如图2中的样片a，其涂层力学性能如图3中的样片a。

实施例2

称取20g的有机硅树脂预聚体溶液于小烧杯中，同时加入0.5g的疏水型二氧化硅纳米颗粒，搅拌10分钟，超声处理20分钟；向其中加入1g的硅烷偶联剂kh550，适当的搅拌分散，将制备好的有机硅树脂涂料涂覆于马口铁片上，自然干燥，得到涂覆于马口铁片的有机硅树脂涂层。该涂层在300℃灼烧1h后外观如图2中的样片b，其涂层力学性能如图3中的样片b。

实施例3

称取20g的有机硅树脂预聚体溶液于小烧杯中，同时加入0.5g的超细全硫化有机硅橡胶颗粒，搅拌10分钟，超声处理20分钟；向其中加入1g的硅烷偶联剂kh550，适当的搅拌分散，将制备好的有机硅树脂涂料涂覆于马口铁片上，自然干燥，得到涂覆于马口铁片的有机硅树脂涂层。该涂层在300℃灼烧1h后外观如图2中的样片c，其涂层力学性能如图3中的样片c。

实施例4

称取20g的有机硅树脂预聚体溶液于小烧杯中，同时加入0.5g的疏水型二氧化硅纳米颗粒和0.5g的超细全硫化有机硅橡胶颗粒，搅拌10分钟，超声处理20分钟；向其中加入1g的硅烷偶联剂kh550，适当的搅拌分散，将制备好的有机硅树脂涂料涂覆于马口铁片上，自然干燥，得到涂覆于马口铁片的有机硅树脂涂层。该有机硅树脂涂层具有较好的耐高温性能。该涂层在300℃灼烧1h后外观如图2中的样片d，其涂层力学性能如图3中的样片d。

实施例5

称取20g的有机硅树脂预聚体溶液于小烧杯中，同时加入0.2g的疏水型二氧化硅纳米颗粒和0.2g的超细全硫化有机硅橡胶颗粒，搅拌10分钟，超声处理20分钟；向其中加入1g的硅烷偶联剂kh550，适当的搅拌分散，将制备好的有机硅树脂涂料涂覆于马口铁片上，自然干燥，得到涂覆于马口铁片的有机硅树脂涂层。

实施例6

称取20g的有机硅树脂预聚体溶液于小烧杯中，同时加入1g的疏水型二氧化硅纳米颗粒和1g的超细全硫化有机硅橡胶颗粒，搅拌10分钟，超声处理60分钟；向其中加入1g的硅烷偶联剂kh550，适当的搅拌分散，将制备好的有机硅树脂涂料涂覆于马口铁片上，自然干燥，得到涂覆于马口铁片的有机硅树脂涂层。

实施例7

称取20g的有机硅树脂预聚体溶液于小烧杯中，同时加入0.5g的疏水型二氧化硅纳米颗粒和0.5g的超细全硫化有机硅橡胶颗粒，搅拌10分钟，超声处理20分钟；向其中加入2g的硅烷偶联剂kh550，适当的搅拌分散，将制备好的有机硅树脂涂料涂覆于马口铁片上，自然干燥，得到涂覆于马口铁片的有机硅树脂涂层。