影响室温固化型有机硅涂料性能的因素
锡秀花，陈晓理，隋建讯，郭慧，张学东
(山东北方现代化学工业有限公司，济南250033)
0 引言
双组分室温固化型有机硅树脂涂料，具有耐高温、隔热、防腐蚀的功能。它由特种有机硅树脂、耐高温颜填料、助剂、溶剂组成，经独特的加工工艺制成，是一种功能型涂料。通常耐高温有机硅树脂及涂料需要加热固化成膜，这给施工带来极大不便，并且伴随着很大的能源消耗。本课题针对有机硅树脂涂料的特点研制了一种固化剂，与涂料按一定比例配制混合后，能在室温条件下固化成膜。施工方便，不需添置烘干设备，特别是在不具备烘烤条件的大型设备上使用更有优势。
1 实验部分
1.1 主要原材料
有机硅树脂：自制；无水乙醇、金红石型二氧化钛：日本石原；云母粉：市售；助剂等。
1.2 主要设备
变频防爆的搅拌混合研磨设备、千分尺细度计(0~50 μm)、T-4 黏度计、涂料喷涂设备、马弗炉等。
1.3 实验步骤
1.3 实验步骤
1.3.1 自制有机硅树脂
在预先降温的甲苯介质中，顺序加入规定比例的一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、一苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷，再将该混合相缓慢加入预先降温的水相中水解，用水洗去水解产生的盐酸，得到硅醇的甲苯溶液，真空状态下蒸去甲苯，加热至合适温度使硅醇缩合，去掉缩合产生的水，待黏度达到要求后，降温加入乙醇，制得有机硅树脂乙醇溶液，用于涂料制备。
1.3.2 有机硅涂料的制备
在洁净的配料缸内顺序加入规定量的无水乙醇、自制有机硅树脂、助剂等，在搅拌状态下，顺序加入金红石型二氧化钛、云母粉等，并充分搅拌，之后研磨至合格细度，制得有机硅涂料。
1.3.3 专用固化剂的制备
在洁净的配料缸内加入规定量的无水乙醇，在搅拌状态下，加入自制固化剂混合物，配制成固体份35%左右的乙醇溶液。
1.3.4 有机硅涂料的室温固化过程
经过实验探索，将涂料与专用固化剂按20︰1 的质量比充分混合，用乙醇稀释至适当黏度，在金属样板表面经喷涂、刷涂或者辊涂制成60~80 μm 的涂层。涂层表干时间1 h，实干时间≤3 h，7 d 后性能达到佳。产品性能见表1。
2 结果与讨论
2.1 单体的配比对涂料室温固化的影响
单体的配比直接决定了有机硅树脂的结构与性能，其中支链化大小(Me/Ph)、网状程度(R/Si)等不仅影响到树脂的耐温性、柔韧性、与颜料的配伍性、与基材的粘附性及树脂在乙醇中的溶解性等，还直接影响着树脂结构中活性基团Si—OH 的多少。经过大量对比和优选后，制得的有机硅树脂的红外图谱见图1。
由图1 可以看出，以1 105 cm﹣1 处Si—O 伸缩振动为主的分子链结构，提供了有机硅树脂很好的耐温性，而3 400 cm﹣1处为Si—OH 振动吸收峰，表示有机硅树脂分子链中具有可交联的活性基团Si—OH。适量的活性基团Si—OH 为有机硅树脂的室温固化提供了可能。但Si—OH 过多，会因大量使用固化剂降低涂料的耐温性，过少则不能提供足够的交联密度，影响涂层附着力等性能。
2.2 工艺条件对涂料室温固化的影响
水解温度对树脂合成有重要影响：水解过程是放热过程，需配合降温系统来严格控制反应速度。温度过高或过低不仅会造成渣料过多，还会产生过多的环状小分子，这些环状小分子在室温下不能与固化剂发生交联反应实现涂层的固化。过高是因为反应剧烈直接产生废渣；温度过低，则反应速度过慢，在规定的时间内，水解过程不，在下一步的室温水洗过程中硅烷单体迅速水解产生大量热从而产生废渣。废渣成分复杂，多为环状小分子和局部爆聚产生的固体物质。环状小分子的存在直接影响树脂分子链的增长，使交联反应时间延长，严重时涂层根本不干燥。水解温度与废渣量的关系见图2。
图2 中，竖坐标代表废渣的百分含量，横坐标每格代表4 ℃。由此可见，水解温度控制在18~28 ℃比较适宜。
图2 中，竖坐标代表废渣的百分含量，横坐标每格代表4 ℃。由此可见，水解温度控制在18~28 ℃比较适宜。
2.3 颜料对有机硅涂料耐温性能的影响
普通颜料制得的有机硅涂料热重分析(TG)图见图3。耐高温颜料制得的有机硅涂料TG 图见图4。
由图3 和图4 可以看出，两种涂料的初始分解温度都在435～437 ℃，但普通颜料制备的涂料随温度的进一步升高继续分解，在达到800 ℃时，涂层剩余24%，不再具有保护功能；而耐高温颜料制备的涂料在达到800 ℃时，涂层剩余仍达87.6%，具有很好的保护功能。因此，对耐高温涂料来讲，其涂膜色彩将受到限制。
2.4 固化剂对有机硅涂料性能的影响
2.4 固化剂对有机硅涂料性能的影响
两种固化形式的涂膜性能对比列表见表2。
有机硅涂料的干燥过程，即有机硅树脂活性基团的交联过程。它可以在160~180 ℃条件下进行分子间脱水固化。
≡Si-OH＋≡Si-OH→≡Si-O-Si≡＋H2O
也可以与胺基-NH2 在室温下反应交联固化。
≡Si-OH＋R-NH2→≡Si-O-R＋NH3
由此可见，双组分室温固化型有机硅涂料已完全达到了加热固化型涂料的指标，且表面硬度有所提高。
3 结语
3 结语
(1) 首先通过合理的氯硅烷单体配比设计，配合独特的合成工艺，制得Si—OH 含量适中的有机硅树脂。Si—OH的含量，直接影响了涂料的室温固化时间和涂层的交联密度；
(2) 通过耐温颜料的选择制得耐温性能好的涂料；
(3) 通过研制专用固化剂，实现了有机硅涂料的室温固化。节约了施工能源，扩大了耐高温有机硅涂料的使用范围。
(3) 通过研制专用固化剂，实现了有机硅涂料的室温固化。节约了施工能源，扩大了耐高温有机硅涂料的使用范围。
