当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

简介有机硅改性聚氨酯树脂涂料


简介有机硅改性聚氨酯树脂涂料盛茂桂

简介有机碴改性聚氯磕树脂涂料
盛茂桂
(原安徽芜湖凤凰涂料公司)

摘要:本文对有机硅聚氨酯涂料优越性能、品种和制法及应用作了简介。 关键词:有机硅聚氨酯聚氨酯有机硅



概述
有机硅改性聚氨酯树脂涂料是在聚氨酯树脂分子主链或侧链

上引入硅一氧(si—O)或硅一

碳(Si—C)链的合成树脂涂料,它是一种继聚氨酯树脂涂料之后的一种新型的树脂涂料品种。 有机硅改性聚氨酯树脂涂料在国外于20世纪50年代就开始研制,60年代中期就有工业 化产品问世,前苏联、美、英、日、德等国都有许多相关专利介绍。 有机硅聚氨酯树脂涂料在低温或室温固化,主要用于在耐热、耐候、耐油及三防绝缘等方 面。众所周知,聚氨酯树脂涂料具有突出的耐磨损性、耐化学品性、耐溶剂性、耐油性,具有良好 的可焊性,而其耐热性、三防(防霉、防潮、防盐雾)性和电绝缘性不太理想,这些不足正是可用 有机硅树脂涂料弥补的。有机硅树脂涂料具有优越的耐热性、三防性、电绝缘性,但其通常需要 高温固化成膜,耐溶剂性、耐油性差。采用有机硅改性聚氨酯树脂涂料,能较好地综合二者的优 点,克服各自的不足。 有机硅改性聚氨酯树脂涂料具有下列优良性能: (1)在广泛的温度范围内具有良好的固化成膜性,不论是高温烘烤固化,还是室温白干,其 漆膜都具有良好的性能。


(2)漆膜附着力强,对钢铁、铝合金、镁合金等金属制品及塑料制品都具有良好的附着力。 (3)漆膜具有优良的耐磨性,表面硬度也高,通常表面硬度在O.7以上。 (4)漆膜具有优良的耐化学药品性、耐溶剂性、耐油性。 (5)漆膜具有优良的抗大气老化性,漆膜在日光、湿热长期作用下,不易粉化、不易沾污和龟 裂。 (6)漆膜具有优良的抗霉菌性,在不加抗霉剂的情况下,抗霉等级可达0~1级。 (7)漆膜电气性能优良,不仅有较高的耐电压性、耐电弧性,还有较高的电阻系数(表面电阻 系数Ps≥1014,体积电阻系数Pv 透过性也很好。 (8)漆膜具有良好的耐热性,在200。C高温下可以长时间使用;耐低温性优,在-40。C乃至一 55℃的低温下,仍具有优良的机械性能;经200-一55℃冷热循环,机械性能优良。 由于有机硅改性聚氨酯树脂涂料具有这些优良性能,因而广泛作为电子元器件、整机的绝 缘与保护涂料;雷达天线罩保护涂料;镁铝合金件、飞机蒙皮保护涂料;高压线塔绝缘保护涂
38

1015)、较低的介电损耗(介电损耗角正切<103),而且电磁波的

第=届高功能涂料的开发与应用技术研讨合黝年4月

中国?杭州

氟硅材料与涂料

料;油槽、油车、油罐防护涂料;城市标志性建筑外装饰、罩光涂料等。 有机硅改性聚氨酯树脂涂料在我国20世纪70年代开始研制,现只有小批量产品用于电 子元件的防雷绝缘保护,镁、铝合金件的装饰、保护涂料,因此我们需要进一步开发它,推广应 用它,使其在我国现代化的建设中发挥应有作用。

2有机硅改性聚氨酯涂料的品种
有机硅改性聚氨酯树脂涂料有反应型、冷混型两类。最初,将有机硅树脂、硅烷单体、硅油
等有机硅化合物,以冷混形式加入聚氨酯树脂涂料中,以改进聚氨酯树脂涂料的施工性能和物 理机械性能,这种冷混形式对性能的改性,提高局限性大,这种改性只是两者机械混合,有机硅

化合物的Si—O键没有引入到聚氨酯树脂分子键中。这种冷混的改性,在施工和应用中也常被 采用,但不是研究开发的重点。国内外研究开发的重点是反应型的有机硅改性聚氨酯树脂涂
料。按其反应方式大体上又可分下面三种类型:(1)硅醇交联型;(2)含硅一氧(碳)键的多异氰酸酯 预聚物型;(3)多异氰酸酯预聚物和含羟基有机硅低聚树脂双罐分装型。 2.1硅醇交联型

聚氨酯树脂涂料固化成膜是通过其树脂分子中异氰酸酯基(一NCO)与含活泼氢的化合物 反应交联成膜的。硅醇交联型有机硅改性聚氨酯树脂涂料就是采用硅醇分子中活泼的硅一羟 基(Si—OH)上的活泼氢与聚氨酯树脂中异氰酸酯基(一NCO)反应交联而得到,用反应简式表示
为:
O H I

HO—Si—OH+O=C=N~————’HO—Si—O—C—N~
I I





II

硅醇上的活泼氢可以继续与一NCO基反应,直到硅醇上的活泼氢或聚氨酯树脂分子中 的一NCO基消耗完为止。 硅醇通常是多缩聚体:七Si—O手。,n>l,分子内的OH基数目要I>2,Ot,OL’一二羟基聚二 甲基硅氧烷等是常用的硅醇。也有采用二苯基硅二醇与聚氨酯树脂中一NCO基反应,制得有 机硅改性聚氨酯树脂涂料。调节硅醇的R/Si比(R是Si原子上连接的有机基团如苯基、甲基 等),可以得到线型的、支链型的、网状的有机硅改性聚氨酯树脂涂料。在配方设计时,一般将 R/Si比设计在2与1之间。R/Si比越小,形成的涂膜网络化程度越高,换名话说,R/Si比越
小,硅醇分子中羟基含量越高,涂膜交联密度越大。 有机基团R的不同,对漆膜性能也有一定影响,R为苯基时,有利于涂膜热稳定性、柔韧

性,对聚氨酯树脂的相容性提高,R为甲基时,有利于提高涂膜的硬度。一般情况,不单一采用 苯基或甲基,而按涂层性能要求,设计相应的苯基与甲基比,即Ph/Me比,或引入其他有机基
团。

硅醇是由有机氯硅烷水解制得的,或者有机氯硅烷水解后,再进一步缩聚制得。常用的有 机氯硅烷有二甲基氯硅烷(MeSiCl2)、一甲基三氯硅烷(MeSiCl3)、一苯基三氯硅烷(PhSiCl3)、二苯
基二氯硅烷(Ph。SiCl2)等,根据配方设计时R/Si比和Ph/Me比的要求,将两种以上有机氯硅烷

第二届高功能涂料的开发与应用技术研讨会嬲年4月

中国?杭州

39

简介有机硅改性聚氨酯树脂涂料盛茂桂 先混合,然后进行共水解,制备过程如下:

有机氯硅烷单体混合并溶于二甲苯或醋酸丁酯等有机溶剂中一加到水介质中共水解一水 洗至中性一低温浓缩或缩聚。 采用含特殊有机官能基团的有机硅烷制得的硅醇,具有进一步改性的功能,这些有机硅烷 常用的有乙烯三氯硅烷(CH2=CH—SiCl3)、乙烯基甲基二氯硅烷(CH2=CH3SICl2)、三氟丙基甲基 二氯硅烷(CF3CH2CH2(CH3)SiClz)等。
2.2含硅一氧(碳)键的多异氰酸酯预聚物型

将Si原子引入到多异氰酸酯中,制得含硅一氧(碳)键的多异氰酸酯预聚物:
o H

l I
含氢硅烷 或低聚物 多异氰酸 酯预聚物

I I

|I



—si—H+O=C=N一———÷ 一Si—C—N舢
含硅一碳键的多 异氰酸酯预聚物

这是采用含氢的有机硅烷或低聚物与多异氰酸酯预聚物反应而制得的含硅一碳键的多异 氰酸酯预聚物。也有采用硅醇的多缩聚体与多异氰酸酯反应,制得含硅一氧键的多异氰酸酯预 聚物,如下面反应式所示:
CH3
CH3 CH3



∞一P一?印¨
NCo

NCO—————’

OCN

NC0

—sio—s印一百州-H
O o

采用含氢硅烷与含不饱和双键(一C--c一)或叁键(一c三c一)的多异氰酸酯预聚物
反应,制成含硅一碳键的多异氰酸酯预聚物。

~Si一0一H+C=C~NCO——呻~Si--C—C~NCO
I I I I I




¥c_I {

¥cC: l


这种多异氰酸酯预聚物极易与水、胺及其他含活泼氢的化合物反应,形成有高度热稳定性 的有机硅改性聚氨酯涂膜。这种多异氰酸酯预聚物可以湿固化成膜,也可以作为固化剂组分与 含Si或不含Si的羟基组分配合制成双组分涂料。
2.3

多异氰酸酯预聚物和含羟基有机硅低聚树脂双罐分装型

这一类有机硅改性聚氨酯树脂涂料是目前各国研究开发最多的一类,是能够大量提供工 业化产品的涂料。
2.3.1

多异氰酸酯预聚物种类
第:届高功能涂料的开发与应用技术研讨会2CO,-P年4月
中国?杭州

40

氟硅材料与涂料

审慨吼量CH20H…一下1彳。一》…。
(3)--异氰酸酯三聚化制三聚体

分别采用TDI、HDI或TDI和HDI混合物,在催化剂作用下可制得TDI三聚体或TDI—
HDI三聚体。 采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)也可以制得三聚体。这些三聚体

在分子结构中都含有异氰酸脲酯环(如右图),这种结构使聚氨酯树
脂涂料对光和热的稳定性大大地提高了。 这些三聚体在国外已是工业化产品,TDI三聚体代表性产品有
Desmodur



/\ 一N

O=C \ / N

N—

C=O

IL,HDI—TDI三聚体代表性产品是Desmodur HL,HDI三

聚体代表性产品是Desmodur N3300、N3390,IPDI三聚体代表性产
第二届高功能涂料的开发与应用技术研讨会2CC,f年4月 中国?杭州

41

简介有机硅改性聚氨酯树脂涂料盛茂桂

品是T1890、T4370等。国内暂无这些产品,市售的国内三聚体只是在TDI—TMP加成物和685 固化剂基础上进一步改性的品种,其耐光、耐候、耐温、高硬度诸方面,仍有较大差异。
2.3.2含羟基的有机硅低聚树脂 双罐分装型的有机硅改性聚氨酯树脂涂料中,研制开发的另一重点是含羟基的有机硅低 聚树脂,它主要有下述品种: 羟基有机硅树脂;羟基聚酯有机硅树脂;羟基醇酸有机硅树脂;羟基丙烯酸有机硅树脂;羟 基环氧有机硅树脂;羟基聚醚有机硅树脂。这些品种国外都有工业产品。 (1)羟基有机硅树脂

它是采用两种或两种以上有机氯硅烷共水解制得的硅醇,与两种以上多元醇经高温缩聚 反应而制得。它与HDI缩二脲、HDI三聚体、IPDI三聚体配制用于户外建筑、构件耐候、保光保 色性好的高档罩面涂料;与TDI—TMP加成物、TDI三聚体配制用于耐温、防腐、三防绝缘涂料。
(2)羟基聚酯有机硅树脂 它是先由对苯二甲酸二甲酯(或对苯二甲酸、问苯二甲酸等)与三羟甲基丙烷等多元醇经

高温缩聚制得低聚聚酯,再与两种以上有机氯硅烷共水解制得的硅醇进一步高温缩聚而制得。
它与TDI—TMP加成物、TDI三聚体配制用于耐温、防腐、三防绝缘涂料。 (3)羟基醇酸有机硅树脂

它是由油脂、多元醇、多元酸经醇解、缩聚制得较高羟基含量的醇酸树脂,再进一步与硅醇 进行高温缩聚而制得。它与HDI缩二脲、多异氰酸酯三聚体配制用于室外大型构筑物,如铁
塔、油罐、铁桥等装饰、保护涂料。 (4)羟基丙烯酸有机硅树脂

它是由丙烯酸酯、含羟基丙烯酸酯组成的混合单体,在引发剂(如过氧化苯甲酰)作用下, 发生游离基聚合面成的含羟基聚丙烯酸酯,再与含羟基的有机硅低聚物进一步进行缩聚反应 而制得。它与HDI缩二脲、HDI三聚体、IPDI三聚体配制用于户外建筑物、大型构筑物的耐候、 保光保色、防粉化的装饰保护涂料。 它也可以采用含乙烯基单体的有机硅烷或低聚物与丙烯酸酯、羟基丙烯酸酯共混,引发聚 合制得含羟基丙烯酸有机硅树脂。
(5)羟基环氧有机硅树脂 它是采用环氧树脂与含羟基有机硅低聚物进行高温缩聚合反应而制得。它与TDI-TMP加 成物、TDI三聚体配制用于耐高温、耐油、防腐、三防绝缘的保护涂料。 (6)羟基聚醚有机硅树脂

采用低分子的聚醚树脂与低聚硅醇进一步缩聚合制得含羟基聚醚有机硅树脂,它与TDI
加成物、TDI三聚体配合,制成防腐、耐磨损性优良的防护涂料。 在制备羟基有机硅树脂等过程中,改变原料品种和用料比例,可以制得不同性能的品种。

作为与多异氰酸酯预聚物配合的羟基有机硅低聚物,在我国还处于研发阶段,只有个别品种小
批量生产。

有机硅改性聚氨酯树脂涂料是一个综合性能优良的涂料新品种,在我国只有个别品种有 小批量生产。在此通过简单介绍,供业内同仁们参考,为今后进行研制开发提供一个思路,我们
42

第二届高功能涂料的开发与应用技术研讨会删年4月

中国?杭州

氟硅材料与涂料

愿意与同行们一道为该品种的发展共同作出努力。
★作者简介:盛茂桂(1940-),男,正高(同教授级高工),1965年毕业于合肥工业大学高分子专业,2000年退 休,此前任芜湖凤凰涂料集团股份公司总工程师。1988年底晋升高级工程师,享受政府津贴(1993年晋升正 高),同时被聘为省市化工高职考评专家组成员。1965年至今,长期从事有机硅树脂涂料、聚氨酯树脂涂料、 汽车涂料等研究开发以及生产技术指导。前后开发研制课题多项,其中部省重点课题13项,市重点课题3

项。获部、省级科技进步三等奖5个,市科技进步二等奖3个。先后发表有关技术论文数十篇,与人合作编著
《新型聚氨酯树脂涂料生产技术和应用》等四部书。

第二届高功能涂料的开发与应用技术研讨会黝年4月

中国?杭州

43


相关文章:
有机硅改性聚氨酯涂料的研究与应用
本文探讨了有机硅改性聚氨酯涂料的各种途径, 并 简要介绍了其应用。 1 溶剂型...吴迪、郭丽[7]等按一定配比将合成的 TDI 聚氨酯加入有机硅树脂的醋酸乙酯溶液...
有机硅改性丙烯酸酯涂料
介绍有机硅 改性丙烯酸酯在涂料领域的广泛应用...丙烯酸酯涂料可用其它树脂进行改性, 发展高性能丙烯酸...例如用水性聚氨酯和丙烯 酸酯乳液拼混,所得漆膜的...
有机硅树脂涂料
环氧改性有机硅树脂的合成... 1页 免费 简介有机硅改性聚氨酯树脂... 6页...有机硅涂料 有机硅材料因具有许多优异性能而被广泛应用, 在涂料工业中占有相当...
光固化有机硅改性聚氨酯涂料研究与应用
并对新型光固化型有机硅改性聚氨酯涂料的研究进行了简单介绍。论述了有机硅改...一种是通过简单的物理方法将具有互补特性的两种或多种树脂混合在一起; 另一种...
张艳霞--有机硅改性涂料的开发现状
30%改性效果不明显,用量高于 50%则成本太高.近年来,国内 外有机硅改性树脂涂料的品种主要有有机硅改性醇酸树脂、聚酯和聚丙烯酸酯、 环氧树脂、聚氨酯涂料等。...
改性有机硅树脂应用概述
本文简单介绍了各种改性有机硅树脂材料 有机硅树脂...近几十年来,国内外对有机硅耐高温涂料进行了大量...目前,有机硅 树脂主要通过聚氨酯类、环氧树脂类、...
有机硅改性丙烯酸涂料研发
与适当的有机硅低聚物中的 烷氧基进行缩聚反应,形成有机硅改性丙烯酸树脂后,再与脂肪族多异氰酸酯进 行交联,固化成膜,得到性能优良的有机硅改性丙烯酸聚氨酯...
涂料工艺 有机硅涂料
涂料工艺 有机硅涂料_能源/化工_工程科技_专业资料...机硅树脂来制造涂料,因此下 面重点介绍有机硅树脂...(2)有机硅改性聚氨酯树脂,一般是以含有活性羟基的...
有机硅改性水性聚氨酯
性;柔韧性 0 引言 水性聚氨酯(WPU)涂料有良好的物理机械性能和优良的耐寒性。...有 机硅树脂表面能低,耐水性、 耐候性以及透气性优良,已经广泛用于聚氨酯改性,...
摘要介绍了聚氨酯防腐蚀涂料的分类和性能
其用量仅次于醇酸树脂涂 料,如 2000 年美国聚氨酯涂料消耗量为 62.8 万 t,...1.2.4 有机硅改性的聚氨酯防腐蚀涂料 有机硅改性聚氨酯涂料是指聚氨酯分子...
更多相关标签:
有机硅树脂涂料 | 聚氨酯树脂涂料 | 有机硅改性聚氨酯 | 水性有机硅改性聚氨酯 | 有机硅聚氨酯 | 有机硅不粘涂料 | 有机硅防水涂料 | 有机硅树脂 |