有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂在現(xiàn)代涂料工業(yè)中的應(yīng)用

       隨著涂料工業(yè)的發(fā)展，對涂料所用原材料的要求越來越高，特別在高性能涂料方面，其配方中最關(guān)鍵的基料則要求更上一層樓，要求所用基料性能盡可能達(dá)到全方位適用。如何能夠拿出一種全方位性能的基料來適應(yīng)涂料配方的要求，這是擺在人們面前一個很重要的課題。本文試圖用一種樹脂對主體樹脂進(jìn)行改性的方法來應(yīng)對這樣要求的課題，其以有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂為例來加以說明。

       一、環(huán)氧樹脂的改性

       環(huán)氧樹脂是現(xiàn)代涂料工業(yè)里用途相當(dāng)廣泛的熱固性樹脂類型之一，其最主要的品種是雙酚a型環(huán)氧樹脂，其約占環(huán)氧樹脂總產(chǎn)量的90%，由此制成的涂料具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐化學(xué)性，良好的耐濕性、耐溶劑性，其附著力出色，易于固化，但其固化后交聯(lián)密度高，呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故存在著內(nèi)應(yīng)力大、質(zhì)脆、耐疲勞性、耐熱性和耐沖擊性能差，以及耐候性欠佳等不足，而這些在很大程度上制約了它在一些涂料高技術(shù)領(lǐng)域上的應(yīng)用。

       有機(jī)硅樹脂常指的有機(jī)硅氧烷，其具有高溫穩(wěn)定性好、低溫柔韌性佳、耐候性優(yōu)良、絕緣性能突出，其表面張力低，防水性能好。從理論上講，用有機(jī)硅樹脂對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，理應(yīng)提高環(huán)氧樹脂所欠缺的性能，包括耐熱性、耐候性、柔韌性、耐磨耗性、抗水性以及環(huán)氧樹脂的再涂性等。但有機(jī)硅氧烷像常用的聚二甲基硅氧烷與環(huán)氧樹脂相容性較差，所以要另辟蹊徑來對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，從而達(dá)到所預(yù)期的效果。

       目前用有機(jī)硅對環(huán)氧樹脂改性的途徑主要有：活性端基反應(yīng)、利用硅氧烷偶聯(lián)劑生成嵌段共聚物、取代硅氧烷部分側(cè)基、預(yù)先制備硅氧烷粒子等路線，這些改性途徑遵照反應(yīng)機(jī)理可分為物理共混和接枝共聚改性兩種方法。

       （1） 物理共混改性

       通過機(jī)械共混法所得到的聚合物，有機(jī)硅和環(huán)氧樹脂兩相間相互作用力差，常采用增加過渡相(增容劑)、加入偶聯(lián)劑的方法來提高有機(jī)硅與環(huán)氧二者的相容性。

       （2） 共聚改性

       共聚改性是利用有機(jī)硅上的活性端基如羥基、氨基、乙烯基、端羧基、烷氧基與環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基、羥基進(jìn)行反應(yīng)，生成接枝或嵌段共聚物，從而解決相容性問題，并在固化結(jié)構(gòu)中引入穩(wěn)定和柔性的Si—O鍵，提高環(huán)氧樹脂的斷裂韌性。含烷氧基或羥基的低物質(zhì)的量質(zhì)量硅氧烷與環(huán)氧樹脂反應(yīng)，可通過接枝或嵌段共聚制成聚硅氧烷改性環(huán)氧樹脂。

       二、涂料領(lǐng)域的應(yīng)用

       （1）耐高溫耐腐蝕涂料

       煙道氣在空氣預(yù)熱器中造成積灰和低溫腐蝕是工程實(shí)踐中的一大難題，若在換熱器的換熱管上涂一層高分子耐腐蝕不粘灰的涂層，既可以解決換熱器的積灰和低溫腐蝕問題，又可以大幅度降低換熱器的設(shè)備材料成本，減少換熱器的設(shè)備投資。故以有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂為基料，并加入氟硅樹脂來降低涂層的表面張力，增大靜態(tài)接觸角，提高涂層表面的不粘性，根據(jù)測試，該涂層附著力為0級，硬度H級，能耐300℃的高溫，與水的靜態(tài)接觸角為103.3°，而此涂層在換熱管上的測試表明，其水蒸氣冷凝換熱系數(shù)并沒有降低，且略有增加。

       （2）耐高溫耐磨有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂

       由此樹脂制成的涂料可用于發(fā)動機(jī)零部件之間做耐磨涂層，這種涂層不像其他保護(hù)層，后者僅僅是通過隔離互相摩擦的表面來減少磨損，此涂層主要是通過降低摩擦系數(shù)來起到作用，這樣它不但可增加部件的可靠性，而且還為部件提供了腐蝕防護(hù)，它的應(yīng)用可對大部分部件進(jìn)行減磨，并提供終身潤滑。

       （3）高耐候、自潔型防腐蝕涂料

       這種涂料可解決國內(nèi)戶外鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料存在耐久性差、防腐蝕性能力不強(qiáng)以及對底材表面處理要求較高以及進(jìn)口防腐蝕涂料價格昂貴的問題。

       （4）耐熱型粉末涂料

       一般環(huán)氧樹脂粉末涂料耐熱性能并不理想，其耐溫在130℃以下，而用有機(jī)硅改性的環(huán)氧樹脂粉末涂料可在250 ℃以上的環(huán)境下長期使用。

       （5） 超音速飛行用熱防護(hù)涂料

       當(dāng)超音速飛行器在大氣層中飛行時，其表面溫度將高達(dá)400～500℃，由苯基硅樹脂改性的E型環(huán)氧樹脂具有良好的性能，其拉伸強(qiáng)度不小于7.1MPa，斷裂伸長率達(dá)到1.04%，附著力達(dá)到498.4N/cm2，比熱容達(dá)到1.627×103J/(kg·K)，其導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.146W/(m·K)，隔熱性能參數(shù)為0.087kg2/(m4·s)，氧-乙炔燒蝕的線燒蝕率為0.194 mm/s，質(zhì)量燒蝕率為0.0729g/s,其隔熱性能測試結(jié)果表明，在500℃的環(huán)境溫度下，其背壁溫度不超過260℃。

       （6）具有良好耐沖擊性和長期防污的地坪涂料

       目前地坪涂料的主流產(chǎn)品是環(huán)氧和聚氨酯體系，但它們在耐沖擊性和長期防污方面還存在一定問題，對此，中科院廣州化學(xué)有限公司開發(fā)出具有良好耐沖擊性并能長期防污的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂的地坪涂料。

       （7） 耐核輻射涂料

       耐核輻射涂料主要用于核反應(yīng)堆、核電站、同位素實(shí)驗(yàn)和其他容易受放射性污染的建筑、裝置和設(shè)備的內(nèi)外表面防護(hù)，要求涂料具有高度抗輻射和容易去污、耐腐蝕性能及其他應(yīng)該具有的特殊化學(xué)抗性，且能夠吸收輻射，以便保護(hù)放射源周圍的環(huán)境。

       三、總結(jié)

       1、有機(jī)硅對環(huán)氧樹脂進(jìn)行物理共混或化學(xué)改性，可使其耐熱性、耐候性、柔韌性、耐磨耗性、疏水性、再涂性得到了提高，并降低了體系的內(nèi)應(yīng)力。

       2、有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂打開了純環(huán)氧樹脂未曾應(yīng)用的涂料領(lǐng)域，其發(fā)展?jié)摿�巨大，是現(xiàn)代涂料工業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的涂料用基料之一。