CN109929433A - 一种基于新材料的耐高温涂料及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于新材料的耐高温涂料及其加工工艺,在我们的工业生产中,往往有许多需要在高温腐蚀环境下工作的金属设备,金属设备使用一段时间就会因为高温腐蚀受到损坏,因此,本发明中提供了一种基于新材料的耐高温涂料及其加工工艺,其中包括有机硅树脂和环氧树脂,通过γ‑缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷作相容剂,制备得到有机硅改性环氧树脂;本发明配比设计合理,工艺参数优化,不仅实现了耐高温涂料的制备,同时还提高了涂料与金属基体之间的粘结性,使得涂料能够很好的附着在金属基体上,本发明制备的涂料的耐高温、耐磨、防老化,耐腐蚀等性能较为优秀,具有较高的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及耐高温涂料领域,具体是一种基于新材料的耐高温涂料及其加工工艺。
背景技术
有机硅树脂,一种高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷,通常是用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各种混合物,在有机溶剂如甲苯存在下,在较低温度下加水分解,得到酸性水解物,水解物经水洗除去酸,中性的初缩聚体于空气中热氧化或在催化剂存在下进一步缩聚,最后形成高度交联的立体网络结构。
在我们的工业生产中,往往有许多需要在高温腐蚀环境下工作的金属设备,金属设备使用一段时间就会因为高温腐蚀受到损坏,而有机硅银其优异的性能和耐高温性,成为了高温涂料的主要发展方向。
现如今我们一般在有机硅树脂中添加环氧树脂改性,得到的复合材料可以兼顾有机硅树脂和环氧树脂的性质,涂料的性能更加优异,但在研究中我们发现,环氧树脂改性有机硅树脂后,得到的涂料与基体材料的附着能力较差,高温下易发生脱落现象,使用寿命短,这给我们造成了极大的不便。
针对上述情况,我们设计了一种基于新材料的耐高温涂料及其加工工艺,这是我们亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于新材料的耐高温涂料及其加工工艺,以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种基于新材料的耐高温涂料,所述耐高温涂料各原料组分如下:以重量计,有机硅树脂35-90份、环氧树脂10-30份、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷8-20份、填料5-15份、溶剂50-120份、添加剂18-45份。
在我们的工业生产中,往往有许多需要在高温腐蚀环境下工作的金属设备,金属设备使用一段时间就会因为高温腐蚀受到损坏,因此,本发明中提供了一种基于新材料的耐高温涂料及其加工工艺,其中包括有机硅树脂和环氧树脂,通过γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷作相容剂,制备得到有机硅改性环氧树脂。
有机硅树脂与环氧树脂之间相容性较差,γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷能够作为相容剂,提高有机硅树脂和环氧树脂之间的相容性,改善两相界面状态,降低两相界面张力,使得有机硅树脂与环氧树脂能够均匀混炼。
有机硅树脂是常见的有机耐高温涂料,纯有机硅树脂涂料价格高昂,机械性能差,同时分子间作用力较弱,使之不易完全固化,所以我们一般会选择通过环氧树脂对有机硅树脂进行改性,使涂料能够完全兼顾有机硅树脂和环氧树脂的优点,耐粘结性能,耐腐蚀,耐水等性能较为优异,但随着研究的伸入我们发现,虽然有机硅改性环氧树脂性能优异,但制备得到的涂料与基体的粘附性能大大降低,易发生脱落现象,使用寿命较短。
于是我们设计了添加剂,通过添加剂的添加来提高涂料与金属基体之间的附着性能,增大使用寿命。
较优化地,所述添加剂各原料组分如下:以重量计,聚丙烯8-30份、固化剂15-35份、四氢呋喃3-10份、氨水3-6份、4,4-二胺基二苯飒5-15份。
本发明中之所以选择γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷作为相容剂,是因为当我们添加四氢呋喃、氨水和4,4-二胺基二苯飒时,γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷能够作为前驱体,制备得到准分子水平的二氧化硅;二氧化硅粒子作为一种无机化工材料,具有许多独特的性质,能够提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能,掺杂到有机硅环氧树脂中能够大大的提高材料的耐热性,但是二氧化硅粒子易团聚,与有机硅环氧树脂共混时分散性较差,而本发明中通过γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷制备二氧化硅,不仅提高了二氧化硅与各组分之间的相容性,同时能够将二氧化硅均匀分散在树脂中。
二氧化硅通过与四氢呋喃、氨水和4,4-二胺基二苯飒的协同配合,实现与有机硅环氧树脂的共混,制备得到有机-无机杂化材料,这样能够有效的提高涂料的玻璃化转变温度和热分解温度,提高其耐热性,同时抗老化性能和橡胶模量也有着较大的提高,使得制备得到的涂料的耐高温性能较为优异。
本发明中使用四氢呋喃溶解,是因为有机硅树脂、环氧树脂都能够溶解于四氢呋喃中,在制备有机-无机杂化材料时,各组分之间能够均匀有效的结合,提高整个涂料的性能。
较优化地,所述固化剂包括尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺,所述尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺的质量比为1:1。
本发明中,添加剂中设计了固化剂,提高涂料的耐高温性能,固化剂由尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺共混制备得到的,其中尼龙型聚酰胺与金属有着良好的粘结性,添加尼龙型聚酰胺可以提高涂料与金属基体之间的附着力,同时尼龙型聚酰胺与三氧化二铝有着较为优秀的粘结性,通过添加三氧化二铝、尼龙型聚酰胺协同配合,以尼龙型聚酰胺作为交联,提高涂料与金属基体之间的附着力,使得涂料能够较好的附着在金属基体上。
固化剂的添加会大大提高涂料的粘度,而涂料粘度增大会导致在涂覆时,无法均匀的覆盖在金属基体上,固化后的内应力较大,容易开裂,同时涂料中还容易残留较多的气泡,为此我们又添加了聚丙烯,聚丙烯的添加能够有效降低有机硅环氧树脂的粘度,降低其流动性,提高涂料的性能,同时又因为聚丙烯与有机硅树脂、环氧树脂的相容性都不好,所以固化剂中掺杂了二聚酸型聚酰胺,二聚酸型聚酰胺对聚丙烯有着较好的粘结性,能够提高聚丙烯与各组分之间的相容性,同时二聚酸型聚酰胺与金属基体之间的粘结性较高,能够作为交联剂,提高涂料与金属基体之间的附着力。
在现如今的技术中,尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺大多单独作为金属热熔胶,应用于金属凹陷的填补和金属与金属之间的连接,本发明中正是利用尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺与金属的粘结性,通过将尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺共混,制备得到的固化剂同时兼顾尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺的性能,与三氧化二铝、聚丙烯的粘结性都较为优异,同时尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺之间相容性很好,组分之间也能够均匀共混;通过三氧化二铝和聚丙烯的配合,固化剂能够提高涂料与金属基体的附着力,在高温环境中保持较为较长的使用寿命。
较优化地,所述尼龙型聚酰胺的各原料组分如下:以重量计,尼龙66盐5-10份、尼龙1010盐25-40份、硬脂酸5-10份、己内酰胺3-15份、抗氧剂3-8份。
较优化地,所述二聚酸型聚酰胺各原料组分如下:以重量计,二聚酸5-15份、癸二酸20-25份、乙二胺8-16份、哌嗪5-8份。
本发明首先利用二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪制备二聚酸型聚酰胺,在合成二聚酸型聚酰胺的反应初期会产生大量细小而稳定的气泡,使反应体系的体积剧烈增大,使得物料的搅拌性能和分散性能都不易掌控,容易出现结块现象,因此我们添加了哌嗪,破坏体系中细小而稳定的气泡结构,使得反应能够稳定进行,同时也有利于各个物料之间的均匀分散,防止结块现象的发生。
较优化地,所述填料各原料组分如下:以重量计,二氧化钛5-10份、三氧化二铝5-10份;所述溶剂为甲苯、二甲苯中的一种或多种;所述抗氧剂为抗氧剂1010。
本发明中添加了填料,其中包括二氧化钛,固化剂在组分中以海岛结构均匀分散,而二氧化钛可以起到连接作用,实现岛与岛之间的连接,实现增韧增强作用,有效提高涂料的耐磨性能和力学性能,避免涂料在使用时因摩擦失效。
同时通过对加工工艺的控制,固化剂、聚丙烯还能够与二氧化钛共混聚合,不仅提高了涂料的耐磨性和抗老化性能,同时还使制备得到的涂料具有较为优异的抗菌性能,提高涂料的应用范围,进一步提高涂料的使用寿命。
较优化地,所述有机硅树脂为一甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、一苯基三乙氧基硅烷中的一种;所述环氧树脂为双酚F环氧树脂、氢化双酚A环氧树脂、羟甲基双酚A型环氧树脂中的一种。
较优化地,一种基于新材料的耐高温涂料的加工工艺,其特征在于:包括以下步骤:
1)准备原料;
2)固化剂的制备;
3)熔融共混,得到所述耐高温涂料。
较优化地,包括以下步骤:
1)准备原料;按比例称取有机硅树脂、环氧树脂、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、溶剂、聚丙烯、四氢呋喃、氨水、4,4-二胺基二苯飒、尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂、二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,备用;
2)固化剂的制备:
a)二聚酸型聚酰胺的制备:按比例称取二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,置于四口烧瓶中,加热至50-150℃,在1-3MPa压力下反应0.5-1h,再升温至200-240℃,反应2-3h;抽真空,反应3-5h,泄压冷却,得到二聚酸型聚酰胺;本步骤通过二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪的反应,制备得到性能优异的二聚酸型聚酰胺
b)尼龙型聚酰胺的制备:称取尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂,置于高压反应釜中,升温,在1-2MPa压力下反应2-3h,减压脱水,冷却,得到尼龙型聚酰胺;
c)取步骤b)制备的二聚酸型聚酰胺、步骤c)制备的尼龙型聚酰胺,混合均匀后加入双螺杆挤出机中熔融共混,冷却造粒,得到固化剂;
3)取步骤1)准备的有机硅树脂,溶剂溶解,开启搅拌,再加入1/2固化剂和环氧树脂,加热至120-130℃,反应3-4h,再加入γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷,搅拌,冷却至室温,得到物料A;
4)取步骤3)准备的物料A,添加去离子水,室温下搅拌,再缓慢滴加氨水搅拌,除去上层液体,加入四氢呋喃溶解,搅拌均匀后加热至140-150℃,保温,升温至220-230℃,再加入4,4-二胺基二苯飒,降温至130-140℃,反应1-2h,再升温至150-160℃,反应3-4h,冷却造粒,得到物料B;
5)取步骤4)制备的物料B、步骤1)准备的聚丙烯、二氧化钛、三氧化二铝和剩下的1/2固化剂,真空干燥,再投入高速混合机中机械混合,再投入双螺杆挤出机中熔融共混,再将物料放入球磨机中球墨,过滤,得到所述耐高温涂料。
较优化地,包括以下步骤:
1)准备原料;按比例称取有机硅树脂、环氧树脂、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、溶剂、聚丙烯、四氢呋喃、氨水、4,4-二胺基二苯飒、尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂、二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,备用;本步骤中进行原料的准备,便于进行后续的处理和制备;
2)固化剂的制备:
a)二聚酸型聚酰胺的制备:按比例称取二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,置于四口烧瓶中,加热至50-150℃,在1-3MPa压力下反应0.5-1h,再升温至200-240℃,反应2-3h;抽真空至50-80MPa,反应3-5h,泄压冷却,得到二聚酸型聚酰胺; 本步骤中通过二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪配合反应,实现二聚酸型聚酰胺的制备;
b)尼龙型聚酰胺的制备:称取尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂置于高压反应釜中,升温至240-280℃,在1-2MPa压力下反应2-3h,减压脱水,冷却,得到尼龙型聚酰胺;本发明通过尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂配合反应,实现尼龙型聚酰胺的制备;
c)取步骤b)制备的二聚酸型聚酰胺、步骤c)制备的尼龙型聚酰胺,混合均匀后加入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤压机的温度为200-300℃,冷却造粒,得到固化剂;本步骤将二聚酸型聚酰胺、尼龙型聚酰胺混炼,制备得到固化剂,固化剂可兼顾二聚酸型聚酰胺、尼龙型聚酰胺二者的性能,不仅对金属有着较好的粘结性,同时对三氧化二铝、聚丙烯也局部较优的粘结性;
3)取步骤1)准备的有机硅树脂,溶剂溶解,开启搅拌,再加入1/2固化剂和环氧树脂,加热至120-130℃,反应3-4h,再加入γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷,搅拌30-40min,冷却至室温,得到物料A;本步骤中通过γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷充当相容剂,提高有机硅树脂和环氧树脂的相容性制备有机硅环氧树脂;本步骤中添加了1/2固化剂,通过降低固化剂的量来降低对有机硅环氧树脂的粘度影响,便于后续进行处理;
4)取步骤3)准备的物料A,添加去离子水,室温下搅拌3-4h,再缓慢滴加氨水,搅拌8-10h,除去上层液体,加入四氢呋喃溶解,搅拌均匀后加热至140-150℃,保温10-15min,升温至220-230℃,再加入4,4-二胺基二苯飒,降温至130-140℃,反应1-2h,再升温至150-160℃,反应3-4h,冷却造粒,得到物料B;本步骤中将制备的物料A通过氨水反应制备准分子的二氧化硅,同时利用四氢呋喃溶解,由于有机硅环氧树脂也能溶于四氢呋喃,溶解后各个组分之间能够更加紧密的结合,再利用4,4-二胺基二苯飒除去部分的四氢呋喃;
5)取步骤4)制备的物料B、步骤1)准备的聚丙烯、二氧化钛、三氧化二铝和剩下的1/2固化剂,真空干燥8-10h,再投入高速混合机中机械混合10-20min,再投入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤出机的温度为230-250℃,螺杆转速为90-100rmp;再将物料放入球磨机中球墨,球磨机转速为1000-1100rpm,过滤,得到所述耐高温涂料。本步骤中通过添加聚丙烯、二氧化钛、三氧化二铝,同时加入剩下的1/2固化剂,熔融共混,有效提高了物料与金属基体的粘接性,提高涂料的使用寿命;
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明首先利用γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、有机硅树脂和环氧树脂,制备得到有机硅改性环氧树脂,提高涂料的耐热性,耐磨性和强度等性能,再以γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷作为前驱体,制备准分子的二氧化硅,通过二氧化硅与有机硅改性环氧树脂共混,提高涂料的综合性能;同时利用固化剂、聚丙烯和三氧化二铝之间的协同作用,提高涂料与金属基体之间的粘结性和附着力。
本发明提供了一种基于新材料的耐高温涂料及其加工工艺,配比设计合理,工艺参数优化,不仅实现了耐高温涂料的制备,同时还提高了涂料与金属基体之间的粘结性,使得涂料能够很好的附着在金属基体上,本发明制备的涂料的耐高温、耐磨、防老化,耐腐蚀等性能较为优秀,具有较高的应用前景。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
准备原料;按比例称取有机硅树脂、环氧树脂、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、溶剂、聚丙烯、四氢呋喃、氨水、4,4-二胺基二苯飒、尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂、二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,备用;
再进行固化剂的制备:首先按比例称取二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,置于四口烧瓶中,加热至50℃,在1MPa压力下反应0.5h,再升温至200℃,反应2h;抽真空至50MPa,反应3h,泄压冷却,得到二聚酸型聚酰胺;再称取尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂,置于高压反应釜中,升温至240℃,在1MPa压力下反应2h,减压脱水,冷却,得到尼龙型聚酰胺;接着取二聚酸型聚酰胺、尼龙型聚酰胺,混合均匀后加入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤压机的温度为200℃,冷却造粒,得到固化剂;
再取有机硅树脂,溶剂溶解,开启搅拌,再加入1/2固化剂和环氧树脂,加热至120℃,反应3h,再加入γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷,搅拌30min,冷却至室温,得到物料A;取物料A,添加去离子水,室温下搅拌3h,再缓慢滴加氨水,搅拌8-10h,除去上层液体,加入四氢呋喃溶解,搅拌均匀后加热至140℃,保温10min,升温至220℃,再加入4,4-二胺基二苯飒,降温至130℃,反应1h,再升温至150℃,反应3h,冷却造粒,得到物料B;接着取物料B、聚丙烯、二氧化钛、三氧化二铝和剩下的1/2固化剂,真空干燥8h,再投入高速混合机中机械混合10-20min,再投入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤出机的温度为230℃,螺杆转速为90rmp;再将物料放入球磨机中球墨,球磨机转速为1000rpm,过滤,得到所述耐高温涂料。
本实施例中,耐高温涂料各原料组分如下:以重量计,有机硅树脂35份、环氧树脂10份、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷8份、填料5份、溶剂50份、添加剂18份。
添加剂各原料组分如下:以重量计,聚丙烯8份、固化剂15份、四氢呋喃3份、氨水3份、4,4-二胺基二苯飒5份;固化剂包括尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺,所述尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺的质量比为1:1;尼龙型聚酰胺的各原料组分如下:以重量计,尼龙66盐5份、尼龙1010盐25份、硬脂酸5份、己内酰胺3份、抗氧剂3份;二聚酸型聚酰胺各原料组分如下:以重量计,二聚酸5份、癸二酸20份、乙二胺8份、哌嗪5份。
填料各原料组分如下:以重量计,二氧化钛5份、三氧化二铝5份;溶剂为甲苯;抗氧剂为抗氧剂1010;有机硅树脂为一甲基三乙氧基硅烷;环氧树脂为双酚F环氧树脂。
实施例2:
准备原料;按比例称取有机硅树脂、环氧树脂、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、溶剂、聚丙烯、四氢呋喃、氨水、4,4-二胺基二苯飒、尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂、二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,备用;
再进行固化剂的制备:首先按比例称取二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,置于四口烧瓶中,加热至100℃,在2MPa压力下反应0.8h,再升温至220℃,反应2.5h;抽真空至70MPa,反应4h,泄压冷却,得到二聚酸型聚酰胺;再称取尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂,置于高压反应釜中,升温至260℃,在1.5MPa压力下反应2.5h,减压脱水,冷却,得到尼龙型聚酰胺;接着取二聚酸型聚酰胺、尼龙型聚酰胺,混合均匀后加入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤压机的温度为250℃,冷却造粒,得到固化剂;
再取有机硅树脂,溶剂溶解,开启搅拌,再加入1/2固化剂和环氧树脂,加热至125℃,反应3.5h,再加入γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷,搅拌35min,冷却至室温,得到物料A;取物料A,添加去离子水,室温下搅拌3.5h,再缓慢滴加氨水,搅拌9h,除去上层液体,加入四氢呋喃溶解,搅拌均匀后加热至145℃,保温13min,升温至225℃,再加入4,4-二胺基二苯飒,降温至135℃,反应1.5h,再升温至155℃,反应3.5h,冷却造粒,得到物料B;接着取物料B、聚丙烯、二氧化钛、三氧化二铝和剩下的1/2固化剂,真空干燥9h,再投入高速混合机中机械混合15min,再投入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤出机的温度为240℃,螺杆转速为95rmp;再将物料放入球磨机中球墨,球磨机转速为1050rpm,过滤,得到所述耐高温涂料。
本实施例中,耐高温涂料各原料组分如下:以重量计,有机硅树脂60份、环氧树脂20份、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷16份、填料10份、溶剂80份、添加剂30份。
添加剂各原料组分如下:以重量计,聚丙烯17份、固化剂25份、四氢呋喃7份、氨水4份、4,4-二胺基二苯飒10份;固化剂包括尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺,所述尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺的质量比为1:1;尼龙型聚酰胺的各原料组分如下:以重量计,尼龙66盐8份、尼龙1010盐34份、硬脂酸8份、己内酰胺12份、抗氧剂5份;二聚酸型聚酰胺各原料组分如下:以重量计,二聚酸10份、癸二酸23份、乙二胺13份、哌嗪6份。
填料各原料组分如下:以重量计,二氧化钛8份、三氧化二铝8份;溶剂为二甲苯;抗氧剂为抗氧剂1010;有机硅树脂为二甲基二乙氧基硅烷;环氧树脂为氢化双酚A环氧树脂。
实施例3:
准备原料;按比例称取有机硅树脂、环氧树脂、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、溶剂、聚丙烯、四氢呋喃、氨水、4,4-二胺基二苯飒、尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂、二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,备用;
再进行固化剂的制备:首先按比例称取二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,置于四口烧瓶中,加热至150℃,在3MPa压力下反应1h,再升温至240℃,反应3h;抽真空至80MPa,反应5h,泄压冷却,得到二聚酸型聚酰胺;再称取尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂,置于高压反应釜中,升温至280℃,在2MPa压力下反应3h,减压脱水,冷却,得到尼龙型聚酰胺;接着取二聚酸型聚酰胺、尼龙型聚酰胺,混合均匀后加入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤压机的温度为300℃,冷却造粒,得到固化剂;
再取有机硅树脂,溶剂溶解,开启搅拌,再加入1/2固化剂和环氧树脂,加热至130℃,反应4h,再加入γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷,搅拌40min,冷却至室温,得到物料A;取物料A,添加去离子水,室温下搅拌4h,再缓慢滴加氨水,搅拌10h,除去上层液体,加入四氢呋喃溶解,搅拌均匀后加热至150℃,保温15min,升温至230℃,再加入4,4-二胺基二苯飒,降温至140℃,反应2h,再升温至160℃,反应4h,冷却造粒,得到物料B;接着取物料B、聚丙烯、二氧化钛、三氧化二铝和剩下的1/2固化剂,真空干燥10h,再投入高速混合机中机械混合10-20min,再投入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤出机的温度为250℃,螺杆转速为100rmp;再将物料放入球磨机中球墨,球磨机转速为1100rpm,过滤,得到所述耐高温涂料。
本实施例中,耐高温涂料各原料组分如下:以重量计,有机硅树脂90份、环氧树脂30份、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷20份、填料15份、溶剂120份、添加剂45份。
添加剂各原料组分如下:以重量计,聚丙烯30份、固化剂35份、四氢呋喃10份、氨水6份、4,4-二胺基二苯飒15份;固化剂包括尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺,所述尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺的质量比为1:1;尼龙型聚酰胺的各原料组分如下:以重量计,尼龙66盐10份、尼龙1010盐40份、硬脂酸10份、己内酰胺15份、抗氧剂8份;二聚酸型聚酰胺各原料组分如下:以重量计,二聚酸15份、癸二酸25份、乙二胺16份、哌嗪8份。
填料各原料组分如下:以重量计,二氧化钛10份、三氧化二铝10份;溶剂为甲苯和二甲苯的混合液体;抗氧剂为抗氧剂1010;有机硅树脂为一苯基三乙氧基硅烷中;环氧树脂为羟甲基双酚A型环氧树脂。
实施例4:
准备原料;按比例称取有机硅树脂、环氧树脂、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、溶剂、聚丙烯、四氢呋喃、氨水、4,4-二胺基二苯飒、尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂、二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,备用;
再进行固化剂的制备:首先按比例称取二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,置于四口烧瓶中,加热至100℃,在2MPa压力下反应0.8h,再升温至220℃,反应2.5h;抽真空至70MPa,反应4h,泄压冷却,得到二聚酸型聚酰胺;再称取尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂,置于高压反应釜中,升温至260℃,在1.5MPa压力下反应2.5h,减压脱水,冷却,得到尼龙型聚酰胺;接着取二聚酸型聚酰胺、尼龙型聚酰胺,混合均匀后加入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤压机的温度为250℃,冷却造粒,得到固化剂;
再取有机硅树脂,溶剂溶解,开启搅拌,再加入1/2固化剂和环氧树脂,加热至125℃,反应3.5h,再加入γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷,搅拌35min,冷却至室温,得到物料A;取物料A,添加去离子水,室温下搅拌3.5h,再缓慢滴加氨水,搅拌9h,除去上层液体,加入四氢呋喃溶解,搅拌均匀后加热至145℃,保温13min,升温至225℃,再加入4,4-二胺基二苯飒,降温至135℃,反应1.5h,再升温至155℃,反应3.5h,冷却造粒,得到所述耐高温涂料。
本实施例中,耐高温涂料各原料组分如下:以重量计,有机硅树脂60份、环氧树脂20份、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷16份、溶剂80份、添加剂30份。
添加剂各原料组分如下:以重量计,固化剂25份、四氢呋喃7份、氨水4份、4,4-二胺基二苯飒10份;固化剂包括尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺,所述尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺的质量比为1:1;尼龙型聚酰胺的各原料组分如下:以重量计,尼龙66盐8份、尼龙1010盐34份、硬脂酸8份、己内酰胺12份、抗氧剂5份;二聚酸型聚酰胺各原料组分如下:以重量计,二聚酸10份、癸二酸23份、乙二胺13份、哌嗪6份。
溶剂为二甲苯;抗氧剂为抗氧剂1010;有机硅树脂为二甲基二乙氧基硅烷;环氧树脂为氢化双酚A环氧树脂。
实施例5:
准备原料;按比例称取有机硅树脂、环氧树脂、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、溶剂、聚丙烯、四氢呋喃、氨水、4,4-二胺基二苯飒、尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂、二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,备用;
再取有机硅树脂,溶剂溶解,开启搅拌,再加入1/2固化剂和环氧树脂,加热至125℃,反应3.5h,再加入γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷,搅拌35min,冷却至室温,得到物料A;取物料A,添加去离子水,室温下搅拌3.5h,再缓慢滴加氨水,搅拌9h,除去上层液体,加入四氢呋喃溶解,搅拌均匀后加热至145℃,保温13min,升温至225℃,再加入4,4-二胺基二苯飒,降温至135℃,反应1.5h,再升温至155℃,反应3.5h,冷却造粒,得到物料B;接着取物料B、聚丙烯、二氧化钛、三氧化二铝和剩下的1/2固化剂,真空干燥9h,再投入高速混合机中机械混合15min,再投入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤出机的温度为240℃,螺杆转速为95rmp;再将物料放入球磨机中球墨,球磨机转速为1050rpm,过滤,得到所述耐高温涂料。
本实施例中,耐高温涂料各原料组分如下:以重量计,有机硅树脂60份、环氧树脂20份、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷16份、填料10份、溶剂80份、添加剂30份。
添加剂各原料组分如下:以重量计,聚丙烯17份、固化剂25份、四氢呋喃7份、氨水4份、4,4-二胺基二苯飒10份;固化剂为尼龙型聚酰胺;填料各原料组分如下:以重量计,二氧化钛8份、三氧化二铝8份;溶剂为二甲苯;抗氧剂为抗氧剂1010;有机硅树脂为二甲基二乙氧基硅烷;环氧树脂为氢化双酚A环氧树脂。
实验:
分别取实施例1-5制备的涂料,再取市场上购买的普通有机硅环氧树脂涂料,分别进行以下检测,并记录检测数。
粘度的测试参照《GB/T1723》进行;干燥时间的测试参照《GB/T1728》进行;附着力测试参照《GB/T9286》进行,耐冲击性能测试参照《GB/T1732》进行;耐热性测试参照《GB/T1735》进行;耐酸性和耐碱性测试参照《GB/T9274》进行;耐盐雾性测试参照《GB/T1771》进行。
项目 | 附着力(级) | 耐热性(℃) | 耐酸性(5%H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>) | 耐碱性(5%NaOH) | 粘度 |
实施例1 | 1 | 400℃5h龟裂不脱落 | 98h | 103h | 28 |
实施例2 | 1 | 400℃5h龟裂不脱落 | 113h | 112h | 25 |
实施例3 | 1 | 400℃5h龟裂不脱落 | 95h | 97h | 29 |
实施例4 | 1 | 400℃5h龟裂不脱落 | 92h | 95h | 50 |
实施例5 | 2 | 400℃5h龟裂不脱落 | 98h | 99h | 32 |
普通涂料 | 2 | 300℃5h龟裂不脱落 | 68h | 74h | 50 |
实施例1-3为本发明的技术方案,实施例4中没有添加填料和聚丙烯,实施例4与实施例1-5分别形成对照实验,其他影响参数不变;实施例1-4中固化剂分别为尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺混合,而实施例5中固化剂选择了尼龙型聚酰胺,实施例5分别与实施例1-4形成对照实验;
由上表数据可知,实施例1-4的附着力明显高于实施例5和普通涂料,实施例1-4中使用的固化剂为尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺混合,实施例5中固化剂仅使用了尼龙型聚酰胺,这充分说明了本技术方案中将固化剂设计为尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺混合,改进了固化剂的配方,通过固化剂与三氧化二铝、聚丙烯的协同作用,能够提高涂料与金属基体的附着力,在高温环境中保持较为较长的使用寿命。
同时,实施例1-3、实施例5的粘度很明显低于实施例4的粘度值,实施例1-3、实施例5中均添加了聚丙烯,而实施例4中没有添加聚丙烯,由粘度数据对比可知,聚丙烯的添加可以降低涂料的粘度,提高性能;
由上表数据可知,实施例1-5中国的耐热性、耐腐蚀性均优于普通涂料,这充分说明了本发明中利用γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、有机硅树脂和环氧树脂,制备得到有机硅改性环氧树脂,提高涂料的耐热性,耐磨性和强度等性能,同时利用固化剂、聚丙烯和三氧化二铝之间的协同作用,提高涂料与金属基体之间的粘结性和附着力;同时降低了涂料的粘度,配比合理,改进工艺参数,具有较高的实用性。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (10)
1.一种基于新材料的耐高温涂料,其特征在于:所述耐高温涂料各原料组分如下:以重量计,有机硅树脂35-90份、环氧树脂10-30份、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷8-20份、填料5-15份、溶剂50-120份、添加剂18-45份。
2.根据权利要求1所述的一种基于新材料的耐高温涂料,其特征在于:所述添加剂各原料组分如下:以重量计,聚丙烯8-30份、固化剂15-35份、四氢呋喃3-10份、氨水3-6份、4,4-二胺基二苯飒5-15份。
3.根据权利要求2所述的一种基于新材料的耐高温涂料,其特征在于:所述固化剂包括尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺,所述尼龙型聚酰胺和二聚酸型聚酰胺的质量比为1:1。
4.根据权利要求3所述的一种基于新材料的耐高温涂料,其特征在于:所述尼龙型聚酰胺的各原料组分如下:以重量计,尼龙66盐5-10份、尼龙1010盐25-40份、硬脂酸5-10份、己内酰胺3-15份、抗氧剂3-8份。
5.根据权利要求4所述的一种基于新材料的耐高温涂料,其特征在于:所述二聚酸型聚酰胺各原料组分如下:以重量计,二聚酸5-15份、癸二酸20-25份、乙二胺8-16份、哌嗪5-8份。
6.根据权利要求5所述的一种基于新材料的耐高温涂料,其特征在于:所述填料各原料组分如下:以重量计,二氧化钛5-10份、三氧化二铝5-10份;所述溶剂为甲苯、二甲苯中的一种或多种;所述抗氧剂为抗氧剂1010。
7.根据权利要求6所述的一种基于新材料的耐高温涂料,其特征在于:所述有机硅树脂为一甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、一苯基三乙氧基硅烷中的一种;所述环氧树脂为双酚F环氧树脂、氢化双酚A环氧树脂、羟甲基双酚A型环氧树脂中的一种。
8.一种基于新材料的耐高温涂料的加工工艺,其特征在于:包括以下步骤:
1)准备原料;
2)固化剂的制备;
3)熔融共混,得到所述耐高温涂料。
9.根据权利要求8所述的一种基于新材料的耐高温涂料的加工工艺,其特征在于:包括以下步骤:
1)准备原料;按比例称取有机硅树脂、环氧树脂、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、溶剂、聚丙烯、四氢呋喃、氨水、4,4-二胺基二苯飒、尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂、二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,备用;
2)固化剂的制备:
a)二聚酸型聚酰胺的制备:按比例称取二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,置于四口烧瓶中,加热至50-150℃,在1-3MPa压力下反应0.5-1h,再升温至200-240℃,反应2-3h;抽真空,反应3-5h,泄压冷却,得到二聚酸型聚酰胺;
b)尼龙型聚酰胺的制备:称取尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂,置于高压反应釜中,升温,在1-2MPa压力下反应2-3h,减压脱水,冷却,得到尼龙型聚酰胺;
c)取步骤b)制备的二聚酸型聚酰胺、步骤c)制备的尼龙型聚酰胺,混合均匀后加入双螺杆挤出机中熔融共混,冷却造粒,得到固化剂;
3)取步骤1)准备的有机硅树脂,溶剂溶解,开启搅拌,再加入1/2固化剂和环氧树脂,加热至120-130℃,反应3-4h,再加入γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷,搅拌,冷却至室温,得到物料A;
4)取步骤3)准备的物料A,添加去离子水,室温下搅拌,再缓慢滴加氨水搅拌,除去上层液体,加入四氢呋喃溶解,搅拌均匀后加热至140-150℃,保温,升温至220-230℃,再加入4,4-二胺基二苯飒,降温至130-140℃,反应1-2h,再升温至150-160℃,反应3-4h,冷却造粒,得到物料B;
5)取步骤4)制备的物料B、步骤1)准备的聚丙烯、二氧化钛、三氧化二铝和剩下的1/2固化剂,真空干燥,再投入高速混合机中机械混合,再投入双螺杆挤出机中熔融共混,再将物料放入球磨机中球墨,过滤,得到所述耐高温涂料。
10.根据权利要求9所述的一种基于新材料的耐高温涂料的加工工艺,其特征在于:包括以下步骤:包括以下步骤:
1)准备原料;按比例称取有机硅树脂、环氧树脂、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、溶剂、聚丙烯、四氢呋喃、氨水、4,4-二胺基二苯飒、尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂、二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,备用;
2)固化剂的制备:
a)二聚酸型聚酰胺的制备:按比例称取二聚酸、癸二酸、乙二胺和哌嗪,置于四口烧瓶中,加热至50-150℃,在1-3MPa压力下反应0.5-1h,再升温至200-240℃,反应2-3h;抽真空至50-80MPa,反应3-5h,泄压冷却,得到二聚酸型聚酰胺;
b)尼龙型聚酰胺的制备:称取尼龙66盐、尼龙1010盐、硬脂酸、己内酰胺、抗氧剂,置于高压反应釜中,升温至240-280℃,在1-2MPa压力下反应2-3h,减压脱水,冷却,得到尼龙型聚酰胺;
c)取步骤b)制备的二聚酸型聚酰胺、步骤c)制备的尼龙型聚酰胺,混合均匀后加入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤压机的温度为200-300℃,冷却造粒,得到固化剂;
3)取步骤1)准备的有机硅树脂,溶剂溶解,开启搅拌,再加入1/2固化剂和环氧树脂,加热至120-130℃,反应3-4h,再加入γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷,搅拌30-40min,冷却至室温,得到物料A;
4)取步骤3)准备的物料A,添加去离子水,室温下搅拌3-4h,再缓慢滴加氨水,搅拌8-10h,除去上层液体,加入四氢呋喃溶解,搅拌均匀后加热至140-150℃,保温10-15min,升温至220-230℃,再加入4,4-二胺基二苯飒,降温至130-140℃,反应1-2h,再升温至150-160℃,反应3-4h,冷却造粒,得到物料B;
5)取步骤4)制备的物料B、步骤1)准备的聚丙烯、二氧化钛、三氧化二铝和剩下的1/2固化剂,真空干燥8-10h,再投入高速混合机中机械混合10-20min,再投入双螺杆挤出机中熔融共混,所述双螺杆挤出机的温度为230-250℃,螺杆转速为90-100rmp;再将物料放入球磨机中球墨,球磨机转速为1000-1100rpm,过滤,得到所述耐高温涂料。
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