正硅酸乙酯在涂料上的应用研究.pdf

化王
2013年第7期
正硅酸乙酯在涂料上的应用研究
黄宏伟(浙江禾田化工有限公司浙江杭州310023
摘要:本文対正硅酸乙酯进行了介绍,并着重対其在涂料中的两种用途进行了研究和介绍,结果表明,利用正硅酸
乙酯中的硅氧键骨架组成的涂料在某些性能上具有其他涂料无法比拟的优势。
关键词:涂料正硅酸乙酯反应预聚物树脂漆料
反应好的A组份预聚物为成膜物质,B组份为锌粉浆,B组
前言
份中包括锌粉、增韧剂、防沉剂、溶剂等,炳者按比例混合配成漆
有机硅的定义凡是含Si-C键的化合物通称为有机硅化料后,喷涂于钢材,在醇类溶剂挥发的同时,漆料中的烷氧基进
合物,习惯上也常把邶些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相
步吸收空气中的潮气并发生水解反应,再在钢材表而与铁反
连接的化合物也当作有机硅化合物。其中,以硅氧键(一Si-0-应交联間化成具有牢化学键的砫酸锌铁和硅酸铁的络合物。
Si-)为骨架组成的聚硅氧烷,其中的Si-0键能达459J/mol,是相关部分反应式如下
有机硅化合物中为数最多,研究最深、应用最厂广的一类,约占总
och
ca- -,..c-od-o-ach
用量的90%以上
硅酸乙時是一种硅有机化合物,通常所讲的硅酸乙密是正
硅酸乙酯[Si(OC2H5)4』。根据产品中SiO2的含量,商品硅酸乙酯
有多种牌号,正硅酸乙SiO2含量约为28%(俗称硅酸乙酯
0C2
28)。正硅酸乙被广泛运用于防腐涂料、有机硅等行业,用于制
造耐化学品涂料和耐热涂料,也用作制备有机硅的溶剂,近几年
来正硅酸乙脂作为新材料合成常用的前驱体,日益受到人们的高
度关注
用于涂料的有机硅高聚物主要是有机硅树脂及有机硅改性
的树脂(如醇酸树脂、环氧树脂等),正硅酸乙作为有机硅单
上述反应式中的7部分可用Fe代替.
体,因其水解过程中不产生HCI,常被用来制备石机硅(或改性)
由于漆料与钢材以化学键结合,比其他与钢材仅以范德华
树脂的预聚物,进而用来制备无机硅酸锌漆和其他含硅漆料。
力结合的有机涂料相比,在提高附着力上具有明显优势,同时高
硬度无机二氧化硅的引人使产物硬度比自制的有机硅树脂提高
预聚物的制备
了3个等级,此硬度也远远优于传统的纯冇机硅树脂和环氧改
性的有机砫树脂。
以正硅酸乙酯为原料,通过低温下的水解反应来得到适合
漆料中由于大量的锌粉存在,钢材在受到腐蚀时通过牺牲
的有机硅预聚物。原始反应配方如下
阳极得到保护,虽然醇溶性无机硅酸锌底漆在实际使用过程中
正硅酸乙酯100g无水乙醇29g
其成膜性,贮存性,固含量,配比后的适用期等等,日前还没石形
催化剂1g蒸馏水10-14g
成一个统一有效的檢测标准,每家生产企业都有自己的一套经
反应温度40-50℃
验,但睥溶性无机硅酸锌底漆已广泛应用于海上设施、船舶、桥
正硅酸乙阳在催化剂作用下进行水解和缩合反应。水解过梁等恶劣坏境下钢材的涂装保护,这是个不争的事实,是构成重
程很复杂,在不同的条件下会生成不同形式的中间体。从热力学防腐涂装体系中重要的一部分,具有比较阔的发展前景。
的观点看,正硅酸乙醋的完全水解最终会生成二氧化硅和乙醇
其水解方程式可表示如下
三、环氧硅酸酯耐高温添
S (OE )a+2HO--SD+4EIOH
最常见的情况是乙氧基没有完全水解,硅羟基也不会完全
然无机硅酸锌底漆冇耐高温、耐腐蚀等很多优点,们相对
缩合。此时水解方程式可以用下式表示
有机漆料来说,其柔韧性和抗冲击性具有先大不足,因此能否做
出一种兼有无机和有机特性的树脂来配成一种新型漆料,引起
S(OR)2+nHO→SC。-ma(OR)4-(OHD
了很多研究者的关注。环氧硅酸耐高温漆就是其中的代表。
实际实验操作中,我们通过改变水量,进行了一系列的试
有相关报道制备坏氧硅酸酧的一种工艺是利用SiO02(白炭
验,结论如下
黑)先做出高活性的五配位硅化合物,再用带坏氧官能团的含内
1、蒸馏水和正硅酸乙開摩尔比在1.5到1.6之间
化合物与性五配位硅作用,行生出带有环氧官能团的硅酸恉
反应温度控制在50℃为佳,并保温30min即可;
高活性的五配位硅呈强碱性,吸水性强,收水分后很快分解还
以上反应条件使得反应好的预聚物稳定性较好,同时具原成SiO2和石机物。而在含卤化合物与活性五配位硅化合物作
有较多的羟基
用生成硅酸后,即控制和消除了这种可逆反应,制备出了稳定
二、醇溶性无机硅酸锌底漆
的坏氧硅酸酯。上述过程的缺点是工艺复你,无法形成大规模生
溶胶对丙烯酸树脂进行接枝改性,改性硅树脂在固化性、粘接性、
另一种工艺就相对简单实用,即利用正硅酸乙喘水解的预耐溶剂性等方面均优于纯硅树脂
聚物,与环氧树脂进行接枝反应,通过预聚物的的乙氧基和坏氧
日前正硅酸乙酯的应用较多的还有用溶胶一凝胶(Sol-CGel)
树脂中羟基缩合制得环氧硅酸恉树脂。实验室中我们调整的配法制备超细粒子,如用钛酸四丁脂与正.硅酸乙脂先进行水解预
方如下:
聚冉制备成纳米级SiO2/TiO2复合微粒,将其分散在聚醚型水
硅酸酯顶聚物160g
性聚氨阳中,制备的新型水性聚氨酯-SiO2/TiO2复合涂料,其
E44环氧树脂38.4g
各项性能均比水性聚氨优异。
甲苯100g
正.丁醇20g
丁酮20
由于正硅酸乙酯产业化的合成工艺不断改进,产品价格日
终点反应温度:80-100℃
趋合理,因面其应用也更加广泛。上面所介绍的仅仅是用于漆料
配坏氧砫酸酯耐高温漆是将环氧硅酸酯树脂作为A组份,方面硅树脂的研究,因其中的硅氧键键能较高,在硬度、时高温
用环氧脂肪胺、間化剂、增韧剂、填料等制成B组份,再加C组份
和稳定性方而优势明显,日益引起人们泛重视。按其主要用途
溶剂,三者按一定比例配好后即可涂装。经测试该涂层漆膜坚硬
和交联方式述可广泛应用于有机硅塑料、有机硅粘合剂、硅油及
柔韧、附着力强、具有很好耐温、耐热性及盐雾性,耐高温达
硅橡胶生产等其它方面
500℃,而再好的坏钗漆可耐高温一般不超过200℃.
参考文献
四、预聚物的其他应用
1]《有机硅树脂及其应用》,化学工业出版社,2002,北京。
「21《无机涂料与涂装技术》,化学工业出版社,2002,北京
当前所用的有机硅漆料优点在于高温条件下,聚合物中硅
L3]《涂料工艺(第三版)》,化学工业出版社,1997,北京
上的有机基团大部分都已分解,仅剩下硅气骨架,此时,与耐高
「4林健.催化剂对正硅酸乙酯水解一聚合机理的影响「.无机
温颜填料配合形成的无机涂层,可继续起到高温保护作用。但由化学学报,1997(3)
于价格较贵、固化温度高、大面积施工较困难等不利方而,因此
「51王芳、刘劍宏.正硅酸乙驺水解一縮合过程的动态激光光
常制成改性树脂加以弥补,此时聚物则可作为有机碓接枝的散射研究.材料导报,20066)。
部分用于各类树脂,除了上述所述的环氧树脂外,丙烯酸树
?解蓓,张盈盈,韩文礼.醇溶性无机富铧涂料的硏究和
脂,聚氨啃树脂等也可与预聚物接枝。
应用现代涂料与涂装,2011(7
也有资料报道,印度国防部将正硅酸乙酯水解后