CN101440256B - 防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物,制备方法和水下结构 - Google Patents
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Abstract
防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物,制备方法和水下结构,其通过使一部分或所有(A)不含反应性基团的二有机基聚硅氧烷与一部分或所有(B)二氧化硅预混,形成预混物,然后使该预混物与其余(A)和(B),(C)基础二有机基聚硅氧烷,和(D)硅烷混合,制备防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物。该组合物具有低粘度和高触变性的良好平衡,可以以单次通过的方式厚厚地涂布,且固化成具有橡胶强度和表面光滑度并长时间段地显示出满意的防垢性能的涂层。
Description
技术领域
本发明涉及适合于用作涂料的室温可硫化的有机基聚硅氧烷组合物,和更特别地,涉及防垢的RTV有机基聚硅氧烷组合物,它可有效地且厚厚地以单次通过的方式喷涂并因此要求降低的涂布操作时间段,和产生具有改进的膜强度、膜硬度和橡胶物理性能以及显示出长期防垢能力的均匀厚度的涂层。将该组合物施加到水下结构(例如,轮船、港口设施、救生衣、管线、桥梁、潜水站、水下油井挖掘单元、电厂水导管、养鱼网和固定海岸围网(shore net)),形成适合于防止水生有机物沉积并生长于其表面上的防垢涂层。本发明还涉及用该组合物涂布的水下结构。
背景技术
本领域已知在室温下固化成橡胶状弹性体的各种室温可硫化(RTV)的硅橡胶组合物。与其他有机橡胶相比,来自于这种RTV组合物的橡胶具有改进的耐天候老化性、耐久性、耐热性和耐冻性,和因此在宽泛的各种领域中使用。特别地,在建筑领域中,RTV组合物常常用于粘结玻璃板、粘结金属和玻璃,密封混凝土连接件和类似物。最近,RTV组合物新近发现广泛作为建筑、装置、水导管和类似物(包括内和外表面)的涂料的用途。
然而,RTV组合物以其为基础的有机基聚硅氧烷对静电荷电敏感,因此可能吸收气载灰尘。这会产生问题,因为固化的密封或涂料材料的表面随着时间流逝显著结垢,从而丧失美学外观。这一问题的一种典型的解决方法是通过添加或掺入具有聚氧亚乙基、脱水山梨醇残基或二糖残基的表面活性剂到RTV中(参见JP-A56-76452和JP-A56-76453)。为了通过上述方法实现完全满意的结果,必须大量地添加表面活性剂,从而非所需地使粘合性劣化,而粘合性是RTV密封或涂料材料的一个重要的功能。
一旦水下结构被安装或处于使用过程中时,生活在水,例如海水和河流内的水生有机物,例如藤壶、玻璃灯罩(lamp chimney)、龙介虫、蚌类、苔藓虫门和海藻(例如,Enteromorpha和石莼)沉积并生长于喷溅(splashed)和水面下的表面区域上,从而引起各种损害。在例如轮船的情况下,沉积有机物到壳体上会增加水的抗摩擦性,结果降低速度。必须增加燃料的消耗以维持一定的速度,这是不经济的。若有机物沉积在固定于水面处或水面以下的港口设施的结构上,则该结构难以行使其功能,和有时可腐蚀其基底。若有机物沉积在养鱼围网或固定海岸围网上,则会堵塞网的开口,从而最终导致鱼死亡。
防止水生有机物在水下结构上沉积和生长的常规方式是,施加防垢油漆到这种结构上,所述防垢油漆在其内掺入了有毒的防垢剂,例如有机锡化合物和氧化亚铜。尽管这种防垢油漆有效地基本上防止水生有机物的沉积和生长,但在制备和施加油漆过程中,使用有毒的防垢剂有害于环境安全和卫生。另外,有毒防垢剂从涂层中缓慢地浸提到水中,其危险是长期污染周围的水域。为此,使用有毒的防垢剂受到法律的禁止。
提出了有效地防止水生有机物沉积和生长,但不含有毒防垢剂的油漆组合物。通过降低涂层的表面张力,为赋予防垢性能而设计的油漆组合物包括含有RTV和液体石蜡或矿脂的无毒的防垢油漆组合物(参见,JP-A58-13673和JP-A62-84166)。日本专利Nos.2503986和2952375公开了一种无毒的防垢油漆组合物,它包括反应固化的有机硅树脂和不那么相容的非反应性的含极性基团的有机硅树脂,其中在与进行反应固化的有机硅树脂固化有关的体积收缩率的刺激下,含极性基团的有机硅树脂渗出表面,它与反应固化的有机硅树脂的低表面张力相配合,显示出防垢性能。然而,这些无毒的防垢油漆组合物的缺点在于环境安全性和卫生问题,因为充当渗油(bleed oil)的不那么相容的非反应性的含极性基团的有机硅树脂是含聚氧亚乙基的有机硅树脂,其中环氧乙烷或环氧丙烷借助C-C键加成到硅原子上,或者借助环氧乙烷或环氧丙烷基团,使具有烷氧基的有机硅树脂在分子端基处键合到硅原子上。
在这些RTV组合物中,掺入亲水二氧化硅或疏水二氧化硅(已用二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷或类似物表面处理过),以便该组合物充分地产生已固化的性能,例如表面光滑度和橡胶强度。然而,亲水二氧化硅对硅油具有差的亲和力,结果二氧化硅和类似填料在可固化的硅橡胶组合物内聚集。这种组合物固化成具有不那么满意性能的橡胶。另一方面,疏水二氧化硅对硅油具有良好的亲和力,在这种组合物内很少聚集,具有相对良好的分散性,和相对良好的触变性,结果可预期以单次通过的方式在垂直表面上形成厚膜涂层。然而,疏水二氧化硅负载的组合物太粘稠,无法喷涂,和当用溶剂稀释时,经历触变性的突然损失,从而导致涂层流挂或损失光滑度。
在JP-A10-316933中公开了具有不同粘度的两种硅橡胶的共混物尽管溶剂稀释,但作为将确保固化累积(buildup)的方式。由于在这一组合物中使用仅仅疏水二氧化硅,因此不能同时满足低粘度、高强度和高触变性的要求。得不到表面光滑度。该组合物无法形成具有光泽表面的涂层。除此以外,JP-A2001-139816公开了一种可固化的组合物,它包括在其分子的两个端基处具有缩合反应官能团的有机基聚硅氧烷和疏水二氧化硅,和JP-A2001-181509公开了一种可固化的组合物,它包括在其分子的两个端基处具有缩合反应官能团的有机基聚硅氧烷,疏水二氧化硅和亲水二氧化硅。这些组合物提供低的粘度、高的强度和高的触变性,但无法引起不相容的非反应性(部分反应性)的有机硅树脂在涂层表面上渗出。这些涂料组合物的涂层提供的防垢性能主要取决于随着时间流逝活性成分(硅油)的释放,从而表明在活性成分释放的最后防垢性能显著下降。因此难以在长的时间段内维持防垢性能。
发明内容
本发明的目的是提供制备防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物的方法,它具有低粘度和高触变性的良好平衡,它可按照单次通过的方式厚厚地涂布,并固化成具有橡胶强度和表面光滑度且在长的时间段内显示出满意的防垢性能的涂层。另一目的是提供通过这一方法制备的组合物,和用该固化的组合物涂布的水下结构。
为了研究如何制备组合物,发明人已发现,通过将填料与不相容的非反应性有机硅树脂预混,从而处理填料,获得具有低粘度、高强度和高触变性的有机硅树脂组合物,并发现该硅橡胶组合物固化成允许非反应性有机硅树脂在涂层表面上渗出并随着时间流逝保持防垢的涂层。
更特别地,发明人寻求一种涂料组合物,它具有低粘度和高触变性的良好平衡,且固化成在长的时间段内显示出满意防垢性能并允许容易除去任何粘附的有机物的防垢涂层。发明人研究了如何允许通常用作渗油组分的非反应性有机硅树脂,例如氧基亚烷基改性的硅酮、甲基苯基硅酮和二甲基二苯基硅酮有效地渗出到涂层表面上。
通过实验,发明人已发现,与现有技术的用充当基础聚合物的可水解的有机硅树脂处理相比,用渗油组分处理填料表面将加速渗油组分更加有效地渗出。这是因为通过沿着渗油处理过的填料表面行进,渗油组分在内部寻找到了到达涂层表面的方式。通过该方法制备的组合物显示出低的粘度和高的触变性,并形成具有改进的橡胶强度和表面光滑度的固化涂层。所得RTV有机基聚硅氧烷组合物有效地防止水生有机物粘附并生长于水下结构的表面上并在长的时间段内维持效果。
本发明涉及防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物,它包括:(A)具有取代或未取代的单价烃基、不含与硅原子键合的缩合固化的反应性基团的二有机基聚硅氧烷,(B)二氧化硅,(C)在分子内具有至少两个与硅原子键合的羟基和/或可水解基团的二有机基聚硅氧烷,和(D)在分子内具有至少两个可水解基团的硅烷和/或其部分水解的缩合物。
在一个方面中,本发明提供制备组合物的方法,该方法包括下述步骤:优选在50℃到小于组分的分解温度,具体地50-300℃的温度下使一部分或所有组分(A)与一部分或所有组分(B)预混,形成预混物,然后使该预混物与其余组分(A)、其余组分(B)、组分(C)和(D)混合。
在另一方面中,本发明提供通过该方法制备的防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物。
本发明还包括用防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物涂布的固化状态下的水下结构。
发明优点
通过本发明方法制备的防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物具有低粘度、高触变性和类似性能的良好平衡,且可以以单次通过的方式以厚膜形式施加。由其获得的固化涂层还具有橡胶强度、表面光滑度和类似性能的良好平衡。当该组合物用作涂料或油漆时,获得许多优点,其中包括有效的喷涂、以单次通过的方式形成厚膜、涂层降低的耐久性,和形成具有均匀表面的膜。另外,涂布膜具有良好的膜强度和硬度。当该组合物用作防垢漆时,所得涂层在长的时间段内提供优良的防垢性能。尤其当该组合物施加到水下结构上时,涂层有效地防止水生有机物粘附或生长于水下结构的表面上并随着时间流逝维持该效果。
防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物的涂层无毒,有效地防止水生有机物粘附或生长于基底表面上且完全防垢。
优选实施方案的说明
本发明的防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物定义为包括组分(A)-(D)的混合物:
(A)具有取代或未取代的单价烃基、不含与硅原子键合的缩合固化的反应性基团的二有机基聚硅氧烷,
(B)二氧化硅,
(C)在分子内具有至少两个与硅原子键合的羟基和/或可水解基团的二有机基聚硅氧烷,和
(D)在分子内具有至少两个可水解基团的硅烷和/或其部分水解缩合物。
组分A
在本发明的防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物中,充当组分(A)的二有机基聚硅氧烷是不具有缩合固化反应性的非反应性树脂(渗油组分)。它可以是可渗出固化组合物的任何非反应性(或非缩合反应性)的硅油。
合适的实例包括,但不限于,其中所有基团是甲基的二甲基硅油,和二甲基硅油的改性形式,例如其中一些甲基被苯基取代的甲基苯基硅油,其中一些甲基被单胺、二胺或氨基-聚醚基团取代的氨基改性的硅油,其中一些甲基被环氧基、脂环族环氧基、环氧基-聚醚或环氧基-芳烷基取代的环氧改性的硅油,其中一些甲基被甲醇基取代的甲醇改性的硅油,其中一些甲基被巯基取代的巯基改性的硅油,其中一些甲基被羧基取代的羧基改性的硅油,其中一些甲基被甲基丙烯酸基取代的甲基丙烯酰基改性的硅油,其中一些甲基被聚醚或聚醚-长链烷基-芳烷基取代的聚醚改性的硅油,其中一些甲基被长链烷基或长链烷基-芳烷基取代的长链烷基改性的硅油,其中一些甲基被高级脂肪酸酯基取代的高级脂肪酸改性的硅油,和其中一些甲基被氟代烷基取代的氟代烷基改性的硅油。特别地,优选甲基苯基硅油,聚醚改性的硅油,和长链烷基改性的硅油。
二有机基聚硅氧烷(A)的数均分子量(Mn)优选应当为250-100,000,和更优选1000-60,000,这通过凝胶渗透色谱法(GPC),相对于聚苯乙烯标准物来测量。Mn小于250的聚硅氧烷可导致差的防垢性能,而Mn超过100,000的聚硅氧烷可得到不便于操作的太粘稠的组合物。此外,二有机基聚硅氧烷(A)在25℃下的粘度优选应当为20-30,000mPa-s,和更优选50-10,000mPa-s。在25℃下粘度小于20mPa-s的聚硅氧烷可导致差的防垢性能,而粘度超过30,000mPa-s的聚硅氧烷可得到不便于操作的太粘稠的组合物。注意粘度通过旋转粘度计在25℃下测量。
所需地,选自前述硅油中的一种或更多种成员的使用总量为10-300重量份,和优选20-150重量份,以每100重量份随后所述的组分(C)计。含特定量硅油的组合物当用作防垢油漆时,倾向于形成防垢性能和膜强度均优良的涂层。在该范围以外,较少用量的硅油可导致差的防垢性能和较大的用量可导致膜强度下降。
组分B
充当组分(B)的二氧化硅是在防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物内的填料。它可以是BET比表面积为至少10m2/g的或者疏水或者亲水的二氧化硅。此处所使用的二氧化硅包括湿二氧化硅,例如石英粉、高纯二氧化硅、胶态二氧化硅和硅酸钙,和干二氧化硅,例如球形二氧化硅和热解法二氧化硅。没有表面处理过的这些二氧化硅称为亲水二氧化硅,而通过表面处理前述二氧化硅获得的那些二氧化硅称为疏水二氧化硅(其中包括疏水湿二氧化硅和疏水干二氧化硅)。此处疏水或亲水二氧化硅可单独或混合使用,和疏水与亲水二氧化硅的混合物也是可接受的。BET比表面积小于10m2/g的二氧化硅可提供膜强度或橡胶强度不足的组合物。
正如随后所述,优选在与其他组分混合之前,一起热处理部分或所有二氧化硅与部分或所有组分(A);更优选一起热处理所有二氧化硅与部分或所有组分(A),和甚至更优选一起热处理所有二氧化硅与所有组分(A)。
具体地,此处可使用的二氧化硅组分具有下述特征。在二氧化硅(B)当中,湿二氧化硅通常可具有约4-8wt%的吸收水量(含湿量),200-300g/1的堆积密度,10-30微米的初级粒度,和至少10m2/g的比表面积(BET表面积),优选数量级为30-800m2/g,和更优选50-300m2/g。
通过用有机基硅化合物,例如甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基环三硅氧烷和八甲基环四硅氧烷表面处理湿二氧化硅,获得疏水湿二氧化硅。它们随着时间流逝吸收很少的湿气。它们的堆积密度为200-300g/l,初级粒度为1-30微米,和比表面积(BET表面积)为至少10m2/g,优选数量级为30-800m2/g,和更优选50-300m2/g。
干二氧化硅通常具有不大于1.5wt%的含湿量。值得注意的是,干二氧化硅例如就在制备之后具有例如低至0.3wt%或更低的起始含湿量,但当允许在空气中静置时,它逐渐吸收湿气并增加其含湿量,从而在其制备起数月之后达到例如0.5-1.0wt%的含湿量。干二氧化硅的堆积密度可以是例如50-100g/l,尽管堆积密度随类型而变化,且无法明确地测定。它们的初级粒度可以是8-20微米,和比表面积(BET表面积)为至少10m2/g,优选数量级为100-400m2/g,和更优选180-300m2/g。
通过用有机基硅化合物,例如甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基环三硅氧烷和八甲基环四硅氧烷表面处理干二氧化硅,获得疏水干二氧化硅。它们随着时间流逝吸收很少的湿气且含湿量通常不大于0.3wt%,和最通常为0.1-0.2wt%。它们的堆积密度可为50-100g/l,初级粒度为5-50微米,和比表面积(BET表面积)为至少10m2/g,优选30-400m2/g,和更优选50-300m2/g。
要注意,与组分(A)一起热处理的疏水干二氧化硅,此处称为热处理的疏水干二氧化硅的含湿量不大于0.2wt%,优选不大于0.1wt%,和更优选为0.05-0.1wt%,这是因为在二氧化硅表面上吸收的湿气在热处理过程中物理下降或被除去。其堆积密度和其他物理值与疏水干二氧化硅的那些相同。
所需地,在组合物中,组分(B)的使用量通常为0.5-100重量份,优选1-50重量份,和更优选3-30重量份,以每100重量份随后所述的组分(C)计。含特定量二氧化硅作为组分(B)的组合物具有良好的触变性和合适的粘度且有利地可通过涂布,典型地通过喷涂施加,甚至在垂直延伸的基底表面上以单次通过的方式形成厚膜,该膜具有增加的膜强度和硬度。在该范围以外,较少用量的组分(B)无法以单次通过的方式提供所需的触变性或形成厚膜,或者无法实现充足的膜强度和硬度。具有较大量组分(B)的组合物可具有过高的粘度且必须用稀料或溶剂稀释到适于施加的粘度,从而无法以单次通过的方式形成厚膜。
组分C
充当组分(C)的二有机基聚硅氧烷是本发明的防垢缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物内的基础聚合物。该二有机基聚硅氧烷在分子内具有至少两个与硅原子键合的羟基和/或可水解基团。合适的二有机基聚硅氧烷包括用下述通式(1)表示的在其分子链的两个端基处用羟基和/或可水解基团封端的二有机基聚硅氧烷:
此处R独立地为取代或未取代的单价烃基。A独立地为氧原子或1-8个碳原子的二价烃基,Y独立地为羟基或可水解基团,m为整数0-2,和n的数值使得该二有机基聚硅氧烷在25℃下的粘度为20-1,000,000mPa-s。
用R表示的合适的取代或未取代的单价烃基包括烷基,例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基和十八烷基;环烷基,例如环戊基和环己基;链烯基,例如乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基和己烯基;芳基,例如苯基、甲苯基、二甲苯基和α-与β-萘基;芳烷基,例如苄基、2-苯乙基和3-苯丙基;和其中一些或所有氢原子被卤素原子(例如F、Cl和Br)或氰基取代的前述基团的取代形式,例如3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基和2-氰乙基。在这些当中,优选甲基、乙烯基和苯基,其中最优选甲基。
A是氧原子或1-8个碳原子的二价烃基,其实例包括亚烷基,例如亚甲基、亚乙基、亚丙基、甲基亚乙基、亚丁基和六亚甲基、环亚烷基,例如环亚己基,亚芳基,例如亚苯基、亚甲苯基和亚二甲苯基,其中一些氢原子被卤素原子取代的前述基团的取代形式,和前述亚烷基与亚芳基的结合物。优选A是氧或亚乙基。
当Y独立地为羟基或可水解基团时,位于二有机基聚硅氧烷的分子链的端基处的除了羟基以外的可水解基团的实例包括,烷氧基,例如甲氧基、乙氧基和丙氧基;烷氧基烷氧基,例如甲氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和甲氧基丙氧基;酰氧基,例如乙酰氧基、辛酰氧基和苯甲酰氧基;链烯基氧基,例如乙烯基氧基、异丙烯基氧基和1-乙基-2-甲基乙烯基氧基;酮肟基,例如二甲基酮肟基、甲基乙基酮肟基和二乙基酮肟基;氨基,例如二甲基氨基、二乙基氨基、丁基氨基和环己基氨基;氨氧基,例如二甲基氨氧基和二乙基氨氧基;和酰胺基,例如N-甲基乙酰胺、N-乙基乙酰胺和N-甲基苯甲酰胺。在这些当中,优选烷氧基。
当下标m是整数0-2时,优选当Y是羟基时,m等于2,和当Y是可水解基团时,m等于0或1。
二有机基聚硅氧烷(C)在25℃下的粘度应当为20-1,000,000mPa-s,更优选100-500,000mPa-s,和甚至更优选1000-50,000mPa-s。若二有机基聚硅氧烷在25℃下的粘度小于20mPa-s,则可能难以形成具有良好物理和机械强度的涂层。若二有机基聚硅氧烷在25℃下的粘度大于1,000,000mPa-s,则组合物可具有太高的粘度,以致于使用时无法操作。
以下给出了二有机基聚硅氧烷(C)的例举的非限定性实例。
此处R和Y如上所定义,n的数值使得二有机基聚硅氧烷在25℃下的粘度为20-1,000,000mPa-s,和m`为0或1。
作为组分(C)的二有机基聚硅氧烷可单独或以两种或更多种的混合物形式使用。
组分D
组分(D)是硅烷和/或其部分水解缩合物。它对于固化本发明的组合物来说是重要的。硅烷应当在分子内具有键合到硅原子上的至少两个可水解的基团。典型的是通式(2)的硅烷或其部分水解缩合物。
R1 aSiX4-a (2)
此处R1独立地为1-6个碳原子的取代或未取代的单价烃基,X独立地为可水解基团,和a是整数0-2。
用X表示的可水解基团的实例与针对位于二有机基聚硅氧烷(C)的分子链端处的除了羟基以外的可水解基团例举的一样。对于X来说,优选烷氧基、酮肟基和异丙烯氧基。
对作为组分(D)的硅烷或部分水解的缩合物没有特别限制,只要它在分子内具有至少两个可水解基团即可。优选地,在一个分子内包含至少三个可水解基团。除了可水解基团以外的基团可键合到硅原子上。分子结构可以是或者硅烷或者硅氧烷结构。特别地,硅氧烷结构可以是或者直链、支链或者环状。
用R1表示的除了可水解基团以外的基团是1-6个碳原子的取代或未取代的单价烃基,其实例包括烷基,例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基;环烷基,例如环戊基和环己基;链烯基,例如乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基和己烯基;芳基,例如苯基和甲苯基;芳烷基,例如苄基和2-苯乙基;卤代烷基,例如3-氯丙基和3,3,3-三氟丙基。在这些当中,优选甲基、乙基、苯基和乙烯基。
有机基硅化合物(D)的例举的非限定性实例包括硅酸乙酯、硅酸丙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基三(甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷、甲基三丙烯氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、甲基三(甲基乙基酮肟基)硅烷、乙烯基三(甲基乙基酮肟基)硅烷、苯基三(甲基乙基酮肟基)硅烷、丙基三(甲基乙基酮肟基)硅烷、四(甲基乙基酮肟基)硅烷、3,3,3-三氟丙基(甲基乙基酮肟基)硅烷、3-氯丙基三(甲基乙基酮肟基)硅烷、甲基三(二甲基酮肟基)硅烷、甲基三(二乙基酮肟基)硅烷、甲基三(甲基异丙基酮肟基)硅烷、三(环己酮肟基)硅烷及其部分水解的缩合物。它们可单独或结合两种或更多种使用。
配混的组分(D)的合适量是0.5-20重量份,更优选1-10重量份,以每100重量份组分(C)计。小于0.5重量份的组分(D)可导致交联不足,而大于20重量份的组分(B)可导致太硬和不经济的固化组合物。
组合物的制备
可通过预混一部分或所有组分(A)与一部分或所有组分(B),形成预混物,同时在50℃到小于组分(A)和(B)的分解温度,优选约80-300℃,和更优选约100-200℃的温度下,在大气压或减压下热处理约30分钟-3小时的时间段,从而制备防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物。然后混合该预混物与其余的组分(A)和(B)以及组分(C)和(D)。
其他组分
在本发明的组合物中,可添加催化剂促进固化。可使用在常规的缩合固化类型的RTV组合物中常用的各种固化催化剂。例举的催化剂包括有机羧酸的金属盐,例如2-乙基辛酸铅、二辛酸二丁锡、乙酸二丁锡、二月桂酸二丁锡、2-乙基己酸丁锡、2-乙基己酸铁、2-乙基己酸钴、2-乙基己酸锰、2-乙基己酸锌、辛酸亚锡、环烷酸锡、油酸锡、丁酸锡、环烷酸钛、环烷酸锌、环烷酸钴,和硬脂酸锌;有机钛酸酯,例如钛酸四丁酯、钛酸四-2-乙基己酯、三乙醇胺钛酸酯和四(异丙烯氧基)碳酸酯;有机钛化合物,和螯合剂,例如有机基甲硅烷氧基钛、β-羰基钛、二异丙氧基钛双(乙基乙酰乙酸酯)和四(乙酰丙酮)钛;烷氧基铝化合物;氨烷基取代的烷氧基硅烷,例如3-氨丙基三乙氧基硅烷和N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺;胺化合物及其盐,例如己胺和十二烷基胺磷酸酯;季铵盐,例如乙酸苄基三乙基铵;低级脂肪酸的碱金属盐,例如乙酸钾、乙酸钠和溴酸锂;二烷基羟基胺,例如二甲基羟基胺和二乙基羟基胺;和用下式表示的含胍基的硅烷或硅氧烷:
这些催化剂可单独或混合使用。
没有特别限制固化催化剂(若使用的话)的用量。它可以以催化量使用。典型地,催化剂的使用量优选为0.01-20重量份,更优选0.1-10重量份,以每100重量份组分(C)计。若催化剂(若使用的话)的用量低于该范围,则取决于交联剂的类型,所得组合物可能不那么可固化。若催化剂的用量在该范围以上,则所得组合物可能不那么储存稳定。
为了增强或增量(extending)目的,可在本发明的组合物中使用填料。合适的填料包括石英、硅藻土、二氧化钛、氧化铝、氧化铅、氧化铁、炭黑、膨润土、石墨、碳酸钙、云母、粘土、玻璃珠、玻璃微球、shirasu balloon、玻璃纤维、聚氯乙烯珠、聚苯乙烯珠和丙烯酸类珠。
所配混的填料(若使用的话)量优选为1-50重量份,和更优选5-30重量份,以每100重量份组分(C)计,但不限于此。若使用的话,低于该填料范围的用量可导致具有较低的橡胶物理性能的固化组合物,和超出该范围的填料用量可导致具有太高粘度以致于无法通过混合和涂布来操作的组合物。
在本发明的组合物中,可配混常规用量的任选的添加剂,只要不损害本发明的目的即可。合适的添加剂包括增塑剂、着色剂,例如颜料、阻燃剂、触变剂、杀细菌剂、杀真菌剂和粘合改进剂,例如具有氨基、环氧基或硫醇基的碳官能的硅烷(例如,γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷)。
该组合物用作涂料或油漆,特别是防垢油漆。该组合物在制备、储存和防护过程中具有良好的稳定性和充足的触变性,且可作为厚膜施加或者以单次通过的方式涂布。所得涂层显示出橡胶物理性能,例如硬度、拉伸强度和伸长率的良好平衡,和改进的防垢性能。它最合适作为防垢涂层。为了以厚膜形式施加该组合物或者以单次通过的方式涂布组合物,该组合物优选应当具有适于施加的粘度,具体地在25℃下不大于50,000mPa-s的粘度,和更优选在25℃下不大于30,000mPa-s。
本发明的组合物可施加到水下结构中,在其表面上形成涂层。合适的水下结构包括轮船、港口设施、救生衣、管线、桥梁、潜水站、水下油井挖掘单元、电厂水导管、养鱼网和固定海岸围网(shore net)。组合物的固化涂层无毒且无损于环境,并显示出长期防止水生有机物粘附和生长的防垢效果。
当施加到水下结构上时,组合物的涂层厚度典型地为10-1000微米,和特别地为50-500微米。本发明的组合物可在室温或常温下施加并固化。
实施例
为了进一步阐述本发明,下面给出实施例和对比例,但本发明不限于此。所有份以重量计。粘度通过旋转粘度计在25℃下测量。比表面积通过BET方法测量。
实施例1
通过紧密地预混30份粘度为300mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基二苯基聚硅氧烷与10份用二甲基二氯硅烷表面处理过且比表面积为110m2/g的热解法二氧化硅,和在150℃下加热的同时,在减压下继续混合2小时,制备组合物。进一步混合该预混物与100份粘度为1500mPa-s的α,ω-二羟基-二甲基聚硅氧烷、12份乙烯基三(甲基乙基酮肟基)硅烷和1份γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷,直到均匀。
实施例2
与实施例1一样制备组合物,所不同的是使用粘度为180mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基-甲基聚醚聚硅氧烷(HLB4)替代实施例1中的粘度为300mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基二苯基聚硅氧烷。
实施例3
与实施例1一样制备组合物,所不同的是使用粘度为100mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基-甲基十一烷基聚硅氧烷替代实施例1中的粘度为300mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基二苯基聚硅氧烷。
实施例4
与实施例1一样制备组合物,所不同的是使用比表面积为130m2/g的热解法二氧化硅替代实施例1中的比表面积为110m2/g的二甲基二氯硅烷处理的热解法二氧化硅。
实施例5
与实施例1一样制备组合物,所不同的是使用5份比表面积为110m2/g的二甲基二氯硅烷处理的热解法二氧化硅和5份比表面积为130m2/g的热解法二氧化硅替代10份实施例1中的比表面积为110m2/g的二甲基二氯硅烷处理的热解法二氧化硅。
对比例1
通过紧密地预混100份粘度为1500mPa-s的α,ω-二羟基-二甲基聚硅氧烷与10份用二甲基二氯硅烷表面处理过且比表面积为110m2/g的热解法二氧化硅,和在150℃下加热的同时,在减压下继续混合2小时,制备组合物。进一步混合该预混物与30份粘度为300mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基二苯基聚硅氧烷和1份γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷,直到均匀。
对比例2
以与对比例1一样制备组合物,所不同的是,使用粘度为180mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基-甲基聚醚聚硅氧烷(HLB4)替代对比例1中的粘度为300mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基二苯基聚硅氧烷。
对比例3
以与对比例1一样制备组合物,所不同的是,使用粘度为100mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基-甲基十一烷基聚硅氧烷替代对比例1中的粘度为300mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基二苯基聚硅氧烷。
对比例4
以与对比例1一样制备组合物,所不同的是,使用比表面积为130m2/g的热解法二氧化硅替代对比例1中的比表面积为110m2/g的二甲基二氯硅烷处理的热解法二氧化硅。
对比例5
以与对比例1一样制备组合物,所不同的是,使用5份比表面积为110m2/g的二甲基二氯硅烷处理的热解法二氧化硅和5份比表面积为130m2/g的热解法二氧化硅替代10份对比例1中的比表面积为110m2/g的二甲基二氯硅烷处理的热解法二氧化硅。
[性能试验]
试验工序如下所述:
(1)未固化的物理性能
通过旋转粘度计测量粘度。根据JIS(日本工业标准)A-1439测量表面粘性消失时间。
(2)固化的物理性能
将组合物模塑成2mm厚的片材并在23℃和50%RH下固化7天。根据JIS K-6249测量片材的橡胶物理性能。
(3)流挂
通过混合60g组合物与40g二甲苯,制备试验溶液。使用流挂测试仪,涂布该试验溶液成250微米的湿厚,之后立即将样品转为垂直高度。根据JIS K-5551,附件(Appendix.)2,评价油漆的流挂或流动。
合格:没有流挂
废品:流挂
(4)渗出
将组合物模塑成2mm厚的片材并在23℃和50%RH(相对湿度)下固化7天。测量片材的重量(起始重量)。然后将该片材浸渍在50℃的热水内2周,取出,干燥和称重(浸渍重量)。根据方程式计算渗出百分数:
渗出(%)=(起始重量-浸渍重量)/油重×100
通过使用对应于对比例1的组合物作为空白,进行校正,所不同的是,省去粘度为300mPa-s的α,ω-三甲基甲硅烷氧基-二甲基二苯基聚硅氧烷,测定空白的重量损失,并减去这一重量损失。
(5)涂布效率
通过混合90g组合物与10g二甲苯,制备试验溶液。将100mm×100mm×1mm(厚度)的软钢板固定到1000mm×1000mm×1mm(厚度)的锡板中心上。通过无空气喷涂,施加该试验溶液到垂直的板上。肉眼观察喷嘴是否堵塞。在干燥之后测定发生流挂时的涂层临界厚度。
(6)防垢
将环氧基防腐蚀油漆施加到板上,达到200微米的厚度。在其上涂布组合物并在23℃和50%RH下保持7天以供固化,形成厚度为300微米的固化膜。如此涂布的板是试样。在悬浮试验中,样品悬挂在日本Kanagawa的离岸海水内1.5m的深度处24个月。观察在样品上的贝壳,例如藤壶和海藻的沉积并评定为没有、一些或很多沉积物。
(7)搁置稳定性
将原样制备的涂料组合物保持在30℃的密封容器内6个月,之后检验其状态和涂布效率。通过肉眼检查以及通过在敞开的容器内搅拌组合物并通过离心测试仪(grindometer)测量,检测组合物的状态(搁置稳定性)。通过与以上相同的试验检验涂布效率。
表1和2中示出了结果。
表1
表2
Claims (6)
1.制备防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物的方法,所述组合物包括:
(A)具有取代或未取代的单价烃基、不含与硅原子键合的缩合固化的反应性基团的二有机基聚硅氧烷,
(B)二氧化硅,
(C)在分子内具有至少两个与硅原子键合的羟基和/或可水解基团的二有机基聚硅氧烷,和
(D)在分子内具有至少两个可水解基团的硅烷和/或其部分水解的缩合物,
所述方法包括下述步骤:通过在50℃到小于组分(A)和(B)的分解温度下加热将一部分或所有组分(A)与一部分或所有组分(B)预混,形成预混物,然后使该预混物与其余组分(A)、其余组分(B)、组分(C)和(D)混合。
2.权利要求1的方法,其中组分(B)包括BET比表面积为至少10m2/g的亲水和/或疏水二氧化硅。
4.权利要求1的方法,其中组分(D)是具有通式(2)的硅烷和/或其部分水解缩合物:
R1 aSiX4-a (2)
其中R1独立地为1-6个碳原子的取代或未取代的单价烃基,X独立地为可水解基团,和a是整数0-2。
5.通过权利要求1的方法制备的防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物。
6.用权利要求5的防垢的缩合固化的有机基聚硅氧烷组合物涂布的固化状态下的水下结构。
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