基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料及其制备方法，所述涂层材料由以下组分及其重量百分含量构成：环氧树脂20-35％；氨基丙级三乙氧基硅烷30-50％；正硅酸乙酯12-25％；无水乙醇12-25％。将环氧树脂，正硅酸乙酯，乙醇混合后加入反应器中，气动搅拌，循环水温度20-30℃，恒温后开始滴加氨基硅烷，几分钟后温度升至35～45℃，控制滴加速度使温度保持在40℃以下反应，滴加完后再保温，得到涂层材料。本发明上述复合材料可以作为防锈、防腐蚀处理的涂膜，可以吸收空气中的湿气而缩合交联，从而无需加入其他固化剂之类。

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料，具体地，涉及一种可以用作涂层的基于溶胶- 凝胶技术的有机无机的涂层材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂涂料并作为钢、铝、电镀钢和混凝土的保护和装饰性涂层，广 泛应用于航海、结构、建筑以及飞行器及产品抛光等场合。环氧树脂涂料在 很多基材上比如钢、混凝土等，具有很好的防腐蚀性。

现有技术中，如中国专利申请201110396815.2中记载：

有机无机杂化的溶胶凝胶涂层作为一种新型的表面防护涂层，具有与基 体结合力强、对环境无危害和工艺流程简单等优点，同时克服了无机涂层高 脆性、高温烧结等缺点，得到了广泛研究。有机无机杂化的溶胶凝胶涂层制 备的主要原料是硅烷，在溶胶配制过程中有机硅烷发生水解，生成大量反应 活性很高的硅醇基团(Si-OH)。溶胶涂敷在金属基团表面以后，硅醇基团之间 发生缩聚反应生成Si-O-Si的空间网络结构，而硅醇基团与金属表面也发生 反应，反应后通过Me-O-Si键连接，从而达到覆盖金属表面的效果。

金属表面有机无机杂化的溶胶凝胶涂层包含有机和无机两个部分，无机 部分主要是Si-O-Si的空间网络结构，是整个涂层的骨架部分，而有机部分 主要由有机硅烷未发生水解的有机链段组成，该部分能够很好的弥补无机涂 层韧性差、易产生裂纹以及难以获得较厚膜层等缺点。但同时，有机部分可 能产生两个缺点：1、涂层的综合力学性能降低；2、表面的有机溶剂挥发后 会残留孔洞，影响其致密性和耐蚀性能。这二个缺点的解决方案通常是改变 硅烷的加入种类或浓度，是水解后有机链段的种类和含量发生变化，改变有 机与无机成分在涂层中的比例，从而提高涂层的综合性能。

中国发明专利CN200910036439.9提供了一种添加改性聚硅氧烷的环氧树脂 复合材料，包括100重量份的环氧树脂、1～100重量份的聚醚与倍半硅氧烷共 改性聚硅氧烷、10～80重量份的固化剂。但是该技术需要加入相当成分的固化 剂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于溶胶-凝胶技术的 有机无机的涂层材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料，该材料主体骨 架为烷氧基硅化合物改性的高分子链段，因活性较强的烷氧基处在聚合物的末 端，故在空气中湿气的作用下可以进行水解缩合反应，并形成三维网状结构涂膜。

具体的，所述基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料，由以下组分及 其重量百分含量构成：

作为一个优选方式，所述基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料，由 以下组分及其重量百分含量构成：

上述优选方式中的涂层材料能获得更好的效果。

更优选的，所述环氧树脂优选CIBA公司的环氧树脂GY2600，Eq＝0.25。

更优选的，所述氨基丙级三乙氧基硅烷的质量含量≥98％。

更优选的，所述正硅酸乙酯的质量含量为28％。

本发明提供一种基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料的制备方法，所 述方法为：将环氧树脂，正硅酸乙酯TEOS，乙醇混合后(透明液体)加入反应 器中，气动搅拌，循环水温度20-30℃，恒温后开始滴加氨基硅烷(氨基丙级三 乙氧基硅烷)，几分钟后温度升至35～45℃，控制滴加速度使温度保持在40℃以 下反应，滴加完后再保温至少4小时，得到涂层材料。

优选地，所述反应时冲入氮气隔离含水汽的空气。

本发明采用上述制备方法，能够得到三维网状结构涂膜，三维网状提高涂层 的致密性，提高防腐蚀性能。同时环氧官能团提高与基体的结合能力，提高涂 层的粘着力及抗剥落性能，从而提高机械性能

本发明上述复合材料可以作为防锈、防腐蚀处理的涂膜，其工作原理为：本 发明是由机/无机分子杂化的高分子聚合物，保持了环氧树脂附着力，抗锈蚀， 成膜性良好的特性。同时在聚合物高分子链上嫁接了无极性基团，改善了涂膜的 硬度，抗水解性能，耐气候性及耐高温性能。另外分子链的末端为潮气敏感的烷 氧基基团，可以吸收空气中的湿气而缩合交联，从而无需加入其他固化剂之类。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明可以用来取代传统的环氧树脂涂料，以改善其抗湿热性能、底材附着 强度及苛刻环境下的可靠性。可用于化工设备、海洋设施、矿山机械、桥梁等设 施设备的钢结构件的防锈、防腐蚀处理。户外大型储罐的装饰保护涂装。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的 技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形 和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例的基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料，由以下组分及其 重量百分含量构成：

所述环氧树脂采用CIBA公司的环氧树脂GY2600，Eq＝0.25。

所述氨基丙级三乙氧基硅烷的质量含量≥98％。

所述正硅酸乙酯的质量含量为28％。

按上述比例，将环氧树脂，正硅酸乙酯TEOS，乙醇混合后(透明液体)加 入玻璃反应器中，气动搅拌，循环水温度20-30℃，恒温后开始滴加氨基硅烷(氨 基丙级三乙氧基硅烷)，几分钟(可以是1-10分钟)后温度升至35℃，控制滴 加速度使温度保持在40℃以下反应，滴加完后再保温4小时，得到上述涂层材 料。

实施例2

本实施例的基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料，由以下组分及其 重量百分含量构成：

所述环氧树脂采用CIBA公司的环氧树脂GY2600，Eq＝0.25。

所述氨基丙级三乙氧基硅烷的质量含量≥98％。

所述正硅酸乙酯的质量含量为28％。

将环氧树脂，正硅酸乙酯TEOS，乙醇混合后(透明液体)加入玻璃反应器 中，气动搅拌，循环水温度20-30℃，恒温后开始滴加氨基硅烷(氨基丙级三乙 氧基硅烷)，几分钟后温度升至45℃，控制滴加速度使温度保持在40℃以下反 应，滴加完后再保温4小时以上，反应时冲入氮气隔离含水汽的空气。

基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料，该材料主体骨架为烷氧基硅化 合物改性的高分子链段，因活性较强的烷氧基处在聚合物的末端，故在空气中湿 气的作用下可以进行水解缩合反应，并形成三维网状结构涂膜。

实施例3

本实施例的基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料，由以下组分及其 重量百分含量构成：

将环氧树脂，正硅酸乙酯TEOS，乙醇混合后(透明液体)加入玻璃反应器 中，气动搅拌，循环水温度20-30℃，恒温后开始滴加氨基硅烷(氨基丙级三乙 氧基硅烷)，几分钟后温度升至40℃，控制滴加速度使温度保持在40℃以下反 应，所述反应时冲入氮气隔离含水汽的空气，滴加完后再保温5小时，得到涂层 材料。

实施例4

本实施例的所述基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料，由以下组分 及其重量百分含量构成：

将环氧树脂，正硅酸乙酯TEOS，乙醇混合后(透明液体)加入玻璃反应器 中，气动搅拌，循环水温度20-30℃，恒温后开始滴加氨基硅烷(氨基丙级三乙 氧基硅烷)，几分钟后温度升至40℃，控制滴加速度使温度保持在40℃以下反 应，滴加完后再保温6小时以上，所述反应时冲入氮气隔离含水汽的空气。

实施例5

本实施例的所述基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料，由以下组分 及其重量百分含量构成：

将环氧树脂，正硅酸乙酯TEOS，乙醇混合后(透明液体)加入玻璃反应器 中，气动搅拌，循环水温度20-30℃，恒温后开始滴加氨基硅烷(氨基丙级三乙 氧基硅烷)，几分钟后温度升至35～45℃，控制滴加速度使温度保持在40℃以下 反应，滴加完后再保温4小时以上，所述反应时冲入氮气隔离含水汽的空气。

对本发明上述实施例的基于溶胶-凝胶技术的有机无机的涂层材料进行试 验，具体实验参数如下：

复合材料参数：

测试项目 清漆 备注 1)外观 透明液体 目视 2)粘度 40～60秒 T-4#杯，25℃ 3)固体份≥ 35％ 120℃/60min 4)密度g/cm³1.0±0.05g/cm³20℃ 5)细度μm ≤5 刮板细度计 6)建议膜厚μm 5～15 膜厚仪测定 7)清洗 异丙醇、丙二醇甲醚或它们任意比例的混合物

作为涂膜的性能：

本发明复合材料在阴凉、通风、干燥处密封储存，避免阳光直射并远离火 源。在5℃～25℃，相对湿度应小于60％的室内，涂料的保质期不少于60天。

本发明作为涂膜适用的基材包括但不限于：玻璃、铸铁、铝合金、铜、不锈 钢及各种塑料低材。可以进一步添加防锈蚀颜料如：锌粉，多聚磷酸铝的产品， 达到重防腐的性能。本发明在玻璃底材上具有优异的附着力和高强度，并具有极 高的可见光透过率，可以提供装饰效果极佳的彩色玻璃涂料。

本发明复合材料作为涂膜，可以室温固化，施工方便；耐沸水，抗湿热，防 锈蚀；高硬度，耐磨损，抗刮擦；在光滑的金属表面也表现出良好的附着力；良 好的户外耐久性,适合苛刻环境使用；优异的耐介质性能，耐各种有机溶剂。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局 限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种 变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。