呋喃改性有机硅树脂复合涂层的制备及性能研究

发布时间：2020-03-21 05:47

【摘要】：有机硅树脂以其优良的耐热性、耐候性、高耐磨等优点,在许多工程领域发挥重要作用。但有机硅树脂也存在固化温度高,耐化学腐蚀性、力学强度和附着力较差,与其它树脂相容性较差等缺点,因此改性有机硅树脂使其适用于涂料方面的应用要求就显得尤为重要。本文通过生物基的呋喃树脂改性有机硅树脂,可在不降低有机硅树脂优良性能的同时改善其耐热性能、防腐蚀性能和附着力性能。采用化学共混法制备了呋喃/甲基苯基硅树脂共混涂层(PSi/FR共混涂层),研究了共混体系的固化反应机理及耐热防腐性能。结果显示:该共混体系在200℃下主要发生呋喃和甲基苯基硅树脂的羟醛缩合反应,高于200℃时发生甲基苯基硅树脂的自聚脱氢反应;当共混体系中呋喃树脂含量低于20wt%时,固化物在5wt%处失重温度高于390℃,800℃的残炭率高于40%,相比纯的甲基苯基硅树脂具有优异的热稳定性;共混体系固化物涂层在金属表面的附着力达到一级,高于纯的甲基苯基硅树脂涂层(三级);该涂层在酸、碱和盐中的耐腐蚀性相比单体聚合物涂层均得到提高且共混涂层在3.5%的NaCl溶液中的阻抗随呋喃含量的增加而减小,当呋喃含量为40wt%时,阻抗值为1.8×10~6Ωcm~2,高于纯的甲基苯基硅树脂涂层的阻抗7.12×10~5Ωcm~2。此外,调整共混体系固化物涂层表面粗糙度RZ低于2μm。采用喷涂法制备了呋喃/甲基硅树脂共混涂层(MSi/FR共混涂层),研究了共混体系的固化反应机理、相容性、耐热性、电化学性能、附着力、防腐性能和表面粗糙度。结果显示:共混体系在160℃时主要发生呋喃和甲基硅树脂的羟醛缩合反应和甲基硅树脂自身的缩聚反应;且共混体系的相容性优异;随着呋喃含量的增加,共混体系的耐热性下降,但固化产物在5wt%处失重温度高于300℃,800℃的残炭率高于70%;当呋喃树脂含量高于5%时,该共混涂层的附着力到达一级标准高于纯的甲基硅树脂涂层(三级);该共混涂层阻抗值随呋喃含量的增加而减小,当呋喃含量为5%时,阻抗值为1.62×10~4Ωcm~2,高于纯的甲基硅树脂涂层的阻抗1.29×10~4Ωcm~2;该涂层在酸、碱和盐中的耐腐蚀性相比单体聚合物涂层均得到提高;固化物涂层表面粗糙度RZ低于2μm。采用喷涂法制备了介孔SiO_2/呋喃/甲基硅树脂共混涂层(MSi/5%FR/SBA-15共混涂层),研究了共混体系的固化反应机理、耐热性、附着力、电化学性、与水的接触角、耐腐蚀性和表面粗糙度。结果显示:共混体系在160℃下主要发生呋喃和甲基硅树脂的羟醛缩合反应及甲基硅树脂的自聚反应;固化物在5wt%处失重温度高于250℃,800℃的残炭率高于69%,相比MSi/PSi-5树脂体系耐热性降低;共混涂层在金属表面的附着力达到一级,高于MSi/PSi-5树脂共混涂层(二级);随着介孔SiO_2含量的增加共混涂层的阻抗值变大,当介孔SiO_2含量为14%时,该共混涂层的阻抗值为1.27×10~6Ωcm~2,高于MSi/PSi-5共混涂层的阻抗1.62×10~4Ωcm~2;且当介孔SiO_2含量为14%时,该共混涂层与水的接触角达到155.6°,高于MSi/PSi-5共混涂层与水的接触角70.6°;该共混涂层在盐雾腐蚀后,涂层表面没有腐蚀痕迹,其耐腐蚀性优于MSi/PSi-5共混涂层,且腐蚀后的共混涂层再经过水洗加热后又恢复了疏水及超疏水性能;该共混涂层在酸性条件下,涂层形貌保持完整,耐酸性优于MSi/PSi-5共混涂层,但不耐碱;此外,共混体系固化物涂层表面粗糙度RZ低于25μm。研究了呋喃/甲基苯基硅树脂的工业化涂料配方,对配方涂层的耐热性、耐腐蚀性、附着力和表面粗糙度进行了测试。结果显示:该固化物的5wt%失重温度高于350℃,800℃的残炭率高于40%;在酸、碱和盐中腐蚀性优异;附着力达到一级标准且RZ小于2μm。
【图文】：

推向其工业化应用。有机硅树脂按照固化机理分类，主要分为缩合型硅脂、催化加成型硅树脂和过氧化物型硅树脂。其中缩合型硅树脂由于其合成简单，价相对便宜而被广泛应用。后两者因为成本过高和合成工艺复杂限制它们的工业化应。目前，有机硅树脂涂料按用途可分为耐高温涂料[20-21]、防腐涂料[22-23]、防污涂料[24-25]、缘涂料[26-27]和耐磨涂料[28-29]等，而我国主要使用的有机硅树脂的种类为两大类，主要甲基硅树脂和甲基苯基硅树脂。2.1 有机硅树脂的结构与性能有机硅树脂一般是以聚硅氧烷等为原料，通过水解缩聚反应后所制得的产物。以-O-Si 键为主链，且硅原子上连接有机基团或无机基团的具有高度交联的聚合物，在温下或催化剂存在的条件下，可进一步转变为高度交联的无机-有机的交联网状结构热固性树脂。有机硅树脂固化后的一般结构式[30]如图 1.1 所示。

HCl 作为催化出不同性能的甲基苯基硅树大，所制备出的甲基苯基硅甲硅烷基）苯（BHB）与氯硅中具有亚苯基单元的硅酮树酮树脂可以用作涂层的成膜了硅树脂的热稳定性，，起始[45]采用含苯基甲基有机硅树发生了固化交联反应，研究机硅树脂，获得了更好的性热性和抗紫外线性。Zhou 混体系发生了交联聚合反应。图 1.3 为甲基苯基硅树脂
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ630.1;TG174.4

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本文编号：2592866