有机硅陶瓷涂料的研究进展

有机硅陶瓷涂料的研究进展

陈子辉;刘仲阳;林家祥

【摘要】基于溶胶-凝胶法制备的有机硅陶瓷涂料具有有机涂料无法比拟的综合优势,如硬度高、耐候性好、阻燃无烟、安全无毒等,在不粘锅、铝幕墙、地铁机车等领域得到了广泛应用.本文概述了有机硅陶瓷涂料的制备工艺、配方组成对涂层性能的影响,讨论了在有机硅陶瓷涂料配方设计时需要避免的误区.此外,还介绍了有机硅陶瓷涂料最新研究成果:柔性有机硅陶瓷涂料及塑料-陶瓷复合材料制备技术,并分析了有机硅陶瓷涂料的未来发展趋势.%Silicone ceramic coatings made through sol-gel technique show unparalleled comprehensive advantages over traditional organic coatings,such as high hardness,excellent weathering resistance,flame retardant,safe and nontoxic.They have been widely used in non -stick pan,aluminum curtain wall,subway locomotive.Herein,the relationship between the preparation processes,formula and the performance of ceramic coatings was mon misconceptions in the formulation design were also discussed.Furthermore,two kinds of novel silicone ceramic coatings including flexible silicone ceramic coating and plastic silicone ceramic coating were introduced.Further trend was forecasted as well.

【期刊名称】《涂料工业》

【年(卷),期】2017(047)011

【总页数】7页(P1-7)

【关键词】有机硅;陶瓷涂料;溶胶-凝胶法;增韧;高性能涂料

【作者】陈子辉;刘仲阳;林家祥

【作者单位】中海油常州涂料化工研究院有限公司,江苏常州213016;中海油常州

涂料化工研究院有限公司,江苏常州213016;中海油常州涂料化工研究院有限公司,

江苏常州213016

【正文语种】中文

【中图分类】TQ637

陶瓷涂料并没有严格的定义，一般来说，固化后具有类似于陶瓷的性能，尤其是高硬度和高耐磨性能的涂料均可称之为陶瓷涂料。按照成膜树脂划分，常见的陶瓷涂料主要有3种类型：无机陶瓷涂料、环氧陶瓷涂料和有机硅陶瓷涂料。无机陶瓷

涂料以磷酸二氢铝、硅酸钾、长石等无机物粘结剂为原料制备而成，可以用来保护碳钢、不锈钢以及各种合金基体[1]。环氧陶瓷涂料是以超细陶瓷粉末、少量改性

环氧树脂为主要成膜物质，并添加钨、钼等超微细金属粉末经特殊工艺合成的有机高分子涂料。该涂料采用双组分包装，其中A组分为超细陶瓷粉末、改性环氧树脂；B组分为胺类固化剂。使用时两组分按照一定比例混合并加入适量稀释剂，室温固化，涂层硬度高、耐磨性好、耐冲击、耐腐蚀，且对几乎所有材质的基材都具有很强的结合力，在石油、化工、机械、交通运输等领域有很多成功的应用案例[2－3]。但是，环氧陶瓷涂层在紫外光辐照下容易脱色和粉化，对于那些经常遭受阳光暴晒的场合，需要和高耐候的面漆配套使用。

有机硅陶瓷涂料本质上是一种聚硅氧烷涂料，它由硅氧烷单体、无机耐高温颜填料、无机纳米粒子等通过溶胶－凝胶法制备而成，固化后的涂层类似于搪瓷，具有硬度高、耐候性好、耐高温、阻燃、环保无毒等诸多优点，在建筑幕墙、轨道交通、厨

房家电等领域得到了越来越多的应用和关注，研究内容也得到不断的拓展和深化。王仲群等[4]开发了双组分有机硅陶瓷铝幕墙涂料，涂层铅笔硬度达5H，附着力0级，经丙酮来回擦拭200次无任何变化。Cai等[5]利用正硅酸乙酯、甲基三甲氧

基硅烷为前驱体，通过两步溶胶－凝胶法得到了具有低折射率和防潮性能的疏水性抗反射涂料，涂料的折射率最低为1.15，水接触角为108.7°。 Moreau等[6]把

紫外光固化技术与溶胶－凝胶法结合起来，以带有可聚合基团的三甲氧基硅烷单体为原料，开发了一种不含铬酸盐的涂料，能够有效地保护航空工业的铝合金基材。本文概述了有机硅陶瓷涂料的制备工艺、配方组成对涂层性能的影响，讨论了在有机硅陶瓷涂料配方设计时需要避免的误区。此外，介绍了有机硅陶瓷涂料研究的最新进展，并分析了未来的发展趋势。

有机硅陶瓷涂料一般采用双组分包装，A组分由颜填料、助剂、水及硅氧烷水解催化剂组成；B组分为硅氧烷单体及一些功能树脂。使用时，A、B组分混合搅拌（如图1所示），B组分中的硅氧烷单体发生水解形成聚硅氧烷树脂[结构如式（1）所示]溶胶分散体系；经进一步的熟化、涂装、高温烘烤形成致密的有机硅陶瓷涂层。在这一过程中，硅氧烷水解催化剂的选择、硅氧烷单体的组成、颜填料选择、熟化时间以及固化温度等都对涂层性能有显著的影响。

在中性介质中，硅氧烷单体的水解和缩合速度通常很慢。为缩短有机硅陶瓷涂料使用时所需的搅拌和熟化时间，需要在涂料的制备过程中引入一定量的催化剂。

酸和碱都可以催化硅氧烷单体的水解和缩合。无论是在酸或碱催化下，硅氧烷单体的水解都是水分子中的氧原子对硅氧烷单体中硅原子进行亲核进攻，生成硅醇的过程。但是，酸和碱催化硅醇缩合的机理不一样。 Osterholtz等[7－8]提出，硅醇

在碱性条件下生成的硅氧阴离子对硅醇分子亲核取代生成Si—O—Si键，是碱催

化硅醇缩合的决速步骤[如式（2）、式（3）所示）]；而在酸性条件下，硅醇质子化降低了硅原子的电子云密度，从而使硅原子更容易受到其他硅醇的亲核进攻，生