[发明专利]一种纳米有机硅复合涂层的制作方法

说明书

技术领域

纳米有机硅复合涂层的制备

背景技术

传统的材料表面涂层主要是由氨基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、热固型丙烯酸树脂、酚醛树脂等树脂合成的涂料制备而成，主要成分为有机物。涂层一般具有有机化合物的耐磨性和耐候性较差等缺点，使用年限也相当有限，远远不能适应社会的发展要求。

将纳米材料与传统的表面涂层技术相结合，可得到纳米复合涂层。纳米复合涂层是由两相或两相以上的固态物质组成的薄膜材料，其中至少有一相是纳米相，其他相可以是纳米相，也可以是非纳米相。纳米有机硅复合涂层集中了纳米材料和硅烷偶联剂的优异特性，其涂层均匀、结构致密，可以提高底材耐腐蚀性、硬度、抗氧化性、耐磨性和耐候性，因而将纳米材料与表面涂层技术相结合制备出的纳米复合涂层较传统涂层有更大的优越性，可以在更广阔的领域应用。

纳米复合涂料技术是指将纳米微粒用于涂料中使其具有特殊功能，如抗辐射、耐老化、防腐蚀、超硬、耐磨等。将具有特种性能的纳米材料添加到涂料中，使涂料的抗旋光性、耐洗刷性、耐磨性、悬浮性、附着力、保色性等得到显著改善，从而得到新型高性能纳米复合涂料。纳米SiO₂为无定型结构，具有良好的吸收紫外光、反射红外线的功能。纳米粒子的加入对于传统涂层力学性能有很大的改善。纳米微粒作为弥散相分布在涂层中，增强了涂层与基体间的结合，提高了涂层的耐磨性。纳米复合涂层的附着力和耐冲击性都较微米级粒子的好，耐冲蚀磨损性能也有很大的提高，约为普通涂层的26倍，冲蚀磨损后涂层表面较为光滑，无裂纹和凹坑。将改性的纳米微粒加入热处理过的聚合物中，由于聚合物结晶度的改变及改性纳米微粒的作用，提高了纳米复合涂层的耐冲击性和热稳定性。纳米SiO₂，对环氧树脂的改性也有显著效果，添加纳米微粒之后，复合涂层的拉伸强度提高了26％，无缺口冲击强度提高了30％。Ni纳米微粒添加到聚氨酯中，复合涂层的摩擦系数减小，耐磨性提高。

发明内容

为了更好的加强涂层结合力度，本发明通过选择多种有机硅材料，使涂层组织结构中的硅氧网络结构和有机硅的网络充分地交杂，使金属基底同涂层结构更好地结合。有机硅与基材表面形成了致密牢固的氧化物，氧化物部分又与有机硅通过氧键连接，产生了结合牢固而又憎水的结合界面，保护了基材表面的结构与化学的稳定性。

溶胶凝胶-有机无机纳米复合涂层的制作技术和方法主要有提拉法，旋覆法，喷涂法，印刷法，滚涂法等。这些方法正对不同的基体材料和用途，如金属、玻璃、塑料及纸张等，形状也不相同，有平板状，棒状，立体状等。可弯曲性能也不一样，刚性基体则不能在需弯曲卷绕的方法中使用。涂层一般都需要固化处理，有温度处理，紫外固化等。

本发明提供一种硬度较高，附着力、耐磨性和耐侯性均良好的纳米有机硅复合涂层溶液合成及纳米有机硅复合涂层的制备方法，其中纳米有机硅复合涂层溶液的制备方法为：制备涂层用的溶液的合成原料采用正硅酸乙酯、纳米氧化硅和多种硅烷偶联剂，其中正硅酸乙酯的重量比例为20％至40％，纳米氧化硅的重量比例为1％～15％，粒径为10～80纳米，一甲基三乙氧基硅烷的重量比例为5％～10％，二甲基二乙氧基硅烷的重量比例为5％～20％，一苯基三乙氧基硅烷的重量比例为5％～10％，二苯基二乙氧基硅烷的重量比例为5％～20％，KH560(γ(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)的重量比例为30％～50％。溶剂采用乙醇，乙醇的用量为纳米氧化硅和各种硅烷偶联剂总量的1～100倍。硅烷偶联剂水解时需去离子水，其重量比例各种硅烷偶联剂总量的1％～15％，添加无机酸为硅烷偶联剂水解时的催化剂，添加的无机酸为下列无机酸的任一种：盐酸、磷酸或醋酸，其用量占总量比例的0.1％～3％。PH值范围控制在4～8。混合后的反应过程采用机械或磁力搅拌，搅拌时间在60～600分钟。加热过程可以采用油浴或在反应釜中进行，加热反应的最终温度控制在120～140℃。

溶液合成之后静置60～600分钟，倒入容器中密封，30～80小时后，溶液用于涂层。涂层采用提拉法制备，提拉速度为5～20cm/分钟，提拉次数为1～15次，提拉间隙为1～10分钟。然后将涂层在空气中静置干燥10～60分钟，放入热处理炉中，温度为80～180℃，热处理时间为30～120分钟。

采用本发明的方法制备的纳米有机硅复合涂层具有很高的硬度、耐磨性及耐侯性。经过实验测试表明，纳米有机硅复合涂层样品的表面铅笔硬度大于6H，耐腐蚀实验良好。

具体实施方式

从以下说明性实施将进一步理解本发明。