[发明专利]一种室温固化丙烯酸杂聚硅氧烷纳米陶瓷防护涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂料领域，特别涉及一种室温固化丙烯酸杂聚硅氧烷纳米陶瓷防护涂料及其制备方法。

背景技术

纳米溶胶-凝胶技术在日常工业生产和生活实践中有着广阔的应用，并已广泛深入到现代陶瓷行业的方方面面。水溶胶是纳米级的二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛等无机颗粒在水中均匀扩散的胶体溶液，具有环保、不燃、节能、低成本、耐高温、耐候、耐溶剂等优点，是陶瓷产业的基本原料之一。无机氧化物陶瓷涂料具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等优良性能，但其缺点是抗弯强度低且韧性差，属脆性材料，在很大程度上影响了其在结构材料表面上的应用。

在溶胶体系中水性硅溶胶来源最为丰富，应用最为广泛。硅溶胶的成膜机理为，硅溶胶在失水过程中，单体硅酸之间的多个硅羟基自聚，形成牢固的Si-O-Si键继而成为空间硅氧网状涂膜，每个硅原子与四个氧原子相连接，形成高度交联的Q结构单元（SiO₂）。这样，硅溶胶在脱水缩聚过程中的内聚力过大，导致形成的无机涂膜呈刚性，极易产生龟裂、微孔等漆膜缺陷。

此外，由于这些无机纳米粒子之间的表面极性羟基较多，亲水性较强，耐水性和耐沾污性能方面通常满足不了实际需要。因此，硅溶胶在作为成膜物质的无机陶瓷涂料一般不能直接使用，通常要对其进行改性后方能应用。

发明内容

为解决无机溶胶涂料的成膜性差、极易产生裂纹、微孔等缺陷，通过降低交联密度、引入二官能杂原子及有机基团，本发明的首要目的是提供一种室温固化丙烯酸杂聚硅氧烷纳米陶瓷防护涂料的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述方法制备的室温固化丙烯酸杂聚硅氧烷纳米陶瓷防护涂料，该纳米陶瓷防护涂料具有良好成膜性、优良防水、耐沾污功能、高硬度和耐高温的特性。

本发明的再一目的是提供上述室温固化丙烯酸杂聚硅氧烷纳米陶瓷防护涂料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种室温固化丙烯酸杂聚硅氧烷纳米陶瓷防护涂料的制备方法，具体包括以下步骤：

将5～20重量份的丙烯酸有机硅蜡、1～10重量份二官能有机硼化合物和一部分的醇类稀释剂混合均匀，在搅拌下缓慢加入到100重量份浓度为10～40wt%纳米硅溶胶体系中，形成改性硅溶胶，然后在搅拌下缓慢加入100～200重量份甲基三甲氧基硅烷（MTMS）或甲基三甲氧基硅烷低聚物、0.5～5重量份硅烷偶联剂及另一部分的醇类稀释剂和0～50重量份甲基MQ硅树脂的混合溶液，室温继续搅拌1～2小时，制备获得室温固化丙烯酸杂聚硅氧烷纳米陶瓷防护涂料。

上述陶瓷防护涂料在制备后1～2小时涂料经涂覆在基材表面上，自然干燥后，形成高硬度的耐高温陶瓷防护涂层。本发明的涂料组合物是现配现用，混合后室温1～2小时内就要涂刷基材了，否则会凝胶固化。

所述的丙烯酸有机硅蜡是丙烯酸和C8～C18长链烷基单端烯烃通过加成反应得到的改性聚甲基硅氧烷，加成反应后丙烯酸以丙酸基（-CH₂CH₂COOH）形式进入到聚甲基硅氧烷链中，其中丙酸基团含量为丙烯酸有机硅蜡总重量的5～15%；

所述的丙烯酸有机硅蜡的具体制备方法为：依次加入100重量份的液体低含氢型聚甲基氢硅氧烷、12.6～60.5重量份的含C8～C18的烯烃，搅拌，加入1～1.5重量份的Karsted催化剂，加热至120℃反应3小时，冷却至90℃，缓慢滴加丙烯酸8.6～18.7重量份，保温反应3小时；然后冷却到室温，得到丙烯酸有机硅蜡。

所述的低含氢型聚甲基氢硅氧烷又称低含氢硅油，活性含氢量（Si-H）为0.36wt%；

所述的Karsted催化剂中铂的浓度为1500ppm；

所述的二官能有机硼化合物优选为苯基硼酸或苯基硼酸二甲酯、苯基硼酸二乙酯；通过羧基的催化缩合作用，这些有机硼化合物可进入到聚甲基硅氧烷主链或侧链上；

所述的醇类稀释剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、乙二醇单甲醚或乙二醇单乙醚中至少一种，稀释剂总用量为0～200重量份；醇类稀释剂一部分可加入到改性硅溶胶中，另一部分加入到甲基三甲氧基硅烷或其低聚物的组份中；其中，所述的一部分的醇类稀释剂的用量为0～100重量份；另一部分的醇类稀释剂的用量为0～195重量份；

所述的纳米硅溶胶为pH值在2～6之间的硅溶胶，硅溶胶纳米粒径优选为10～50纳米；硅溶胶的粒径过大时，容易造成凝胶过早出现，影响涂膜；