一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料及其制备方法

1.本发明涉及陶瓷防护涂料技术领域，尤其是涉及一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料及其制备方法。


背景技术：

2.陶瓷涂料是一种含硅的有机-无机杂化涂料，在各领域中的应用越来越广泛，很多欧美国家已大量使用陶瓷涂料代替传统的有机涂料。有机-无机复合陶瓷涂料，在光学透明性、力学性能、耐高温、耐磨损、柔韧性等方面表现出单一有机高分子材料或无机材料所不具备的优越性。
3.但是当前的陶瓷材料性能还存在一定的问题，例如：cn105778575a利用陶瓷不粘涂料树脂与聚四氟乙烯树脂复配的形式，依靠陶瓷涂料内的不粘助剂提供初始不粘性。但是该发明中陶瓷树脂与氟碳树脂复配时由于表面张力不同，易出现分层现象。cn111019517a发明涉及一种水性陶瓷涂料及其制备方法，采用有机硅聚合树脂改性硅溶胶，含有四个组分，该专利采用聚乙烯醇增韧树脂，但导致最终涂料的耐温性耐磨性不佳。cn111040481a公开了一种燃气灶聚能环表面用陶瓷涂料及其制备方法和应用方法，该陶瓷涂料的耐高温性好，但韧性和附着力差。
4.因此，本发明针对当前有机硅改性硅溶胶陶瓷涂料韧性和附着力差的缺点，提供了一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于提供一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，该超支化聚硅氧烷陶瓷涂料能够提高涂料的韧性和耐磨性，增强与基材之间的附着力。
6.本发明的第二目的在于提供一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料的制备方法。
7.本发明提供的一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，包括a组分和b组分，按照重量百分比包括以下原料：
8.所述a组分包括超支化聚硅氧烷25-30wt％、陶瓷浆料40-65wt％、交联剂1-20wt％，所述超支化聚硅氧烷的原料包括硅烷组合物和pdms，所述陶瓷浆料的原料包括陶瓷颗粒、水和分散剂；
9.所述b组分包括表面处理剂1-3wt％。
10.优选地，分散剂采用多聚磷酸钠或聚丙烯酸钠。
11.优选地，所述交联剂包括正硅酸乙酯和硼酸的混合物，两者的摩尔比为(6：1)-(1：6)。
12.优选地，所述表面处理剂为氟硅树脂。
13.优选地，所述硅烷组合物包括四烷氧基硅烷、氯硅烷，甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。通过选择不同的硅烷组合物，
使不同的官能团互相配合，进而改变超支化聚硅氧烷的性能。
14.优选地，所述超支化聚硅氧烷的制备方法包括如下步骤：
15.向溶剂中加入硅烷组合物，在酸性条件下进行水解，得到低分子透明聚硅氧烷；加入pdms，合成超支化聚硅氧烷。溶剂可采用h2o和异丙醇中的一种或多种。
16.优选地，硅烷组合物与pdms的摩尔比4：1～1：4。通过改变硅烷组合物与pdms之间的比例，能够调节最终得到防护涂层的硬度。
17.优选地，所述陶瓷颗粒包括纳米氧化铝、sio2、云母、钛酸钾晶须、sic、氧化锆和tio2中的一种或多种。
18.优选地，所述陶瓷浆料的制备方法包括以下步骤：
19.取陶瓷颗粒，加入水和分散剂，球磨研磨后过滤得到陶瓷浆料，浆料浓度为50-70wt％。
20.本发明还提供了一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
21.(1)制备a组分：向陶瓷浆料中加入超支化聚硅氧烷混合均匀后，加入交联剂，采用球磨研磨后过筛，得到a组分；所述交联剂由正硅酸乙酯和硼酸混合均匀配制得到；
22.(2)制备b组分：配制有效浓度为5wt％的氟硅树脂，得到b组分。
23.本发明还提供了一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料的使用方法，包括以下步骤：将待处理基材表面进行喷砂处理，冲洗干净后进行干燥预热；将a组分喷涂在预热好的基材表面，进行固化，形成涂层；采用b组分对涂层进行表面处理，得到防护涂层。
24.有益效果：
25.本发明提供的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料提高了涂料的韧性和耐磨性，增强与基材之间的附着力。本发明采用硅烷组合物和pdms合成超支化聚硅氧烷，采用pdms对有机硅树脂进行增韧，能够改善现有有机硅改性硅溶胶陶瓷涂料的脆性问题，提高了涂料的韧性以及附着力；通过采用正硅酸乙酯和硼酸作为交联剂与其他成分相配合，有效提高了涂料的交联程度，提高了最终涂层的耐磨和耐擦划性能；最后采用氟硅树脂对固化后的涂层进行表面处理，提高了涂层的疏水输油性和不沾性。
具体实施方式
26.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
29.实施例1
30.一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其制备方法包括以下步骤：
31.(1)制备超支化聚硅氧烷：
32.配制质量比为2：1的h2o和异丙醇的混合溶剂，向30g配制好的混合溶剂中加入10g甲基三甲氧基硅烷，在酸性条件下，60度水解5h，得到低分子透明聚硅氧烷；向其中加入40g pdms，经水解缩聚反应合成超支化聚硅氧烷；
33.(2)制备陶瓷浆料：
34.取50g纳米氧化铝，30gsio2，10g钛酸钾晶须和20gtio2，加入100g水，再加入5g分散剂多聚磷酸钠，混合均匀后球磨研磨5h，过滤，得到陶瓷浆料，浆料浓度为50wt％；
35.(3)制备交联剂：
36.交联剂由正硅酸乙酯和硼酸混合均匀配制得到，其中正硅酸乙酯和硼酸浓度的摩尔比为1：6；
37.(4)制备a组分：向陶瓷浆料中加入超支化聚硅氧烷混合均匀后，加入交联剂，采用球磨研磨1h后过筛，转速3000转/分，得到a组分；其中陶瓷浆料与超支化聚硅氧烷的摩尔比为3：4；
38.(5)制备b组分：配制有效浓度为5wt％的氟硅树脂，得到b组分。
39.一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料的使用方法，包括以下步骤：将待处理基材表面进行喷砂处理，用水冲洗干净后放入烘箱干燥预热；基材表面预热至40℃，将a组分均匀喷涂在预热好的基材表面，进行固化，固化温度260℃，10分钟后取出成型，形成的涂层膜厚为10μm；采用b组分对涂层进行表面处理，得到防护涂层，该涂层疏水输油且不沾。
40.实施例2
41.一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其制备方法包括以下步骤：
42.(1)制备超支化聚硅氧烷：
43.配制质量比为2：1的h2o和异丙醇的混合溶剂，向30g配制好的混合溶剂中加入30g甲基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷的混合单体，其中甲基三甲氧基硅烷8g、正硅酸乙酯12g、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷10g，在酸性条件下60度水解5h，得到低分子透明聚硅氧烷；继续加入20gpdms，经水解缩聚反应合成超支化聚硅氧烷。
44.(2)制备陶瓷浆料：
45.取50g纳米氧化铝，30gsio2，10g钛酸钾晶须和20gtio2，加入100g水，再加入5g分散剂聚丙烯酸钠，球磨研磨5h后过滤得到陶瓷浆料，浆料浓度为60％。
46.(3)制备交联剂：
47.交联剂由正硅酸乙酯和硼酸混合均匀配制得到，其中正硅酸乙酯和硼酸浓度的摩尔比为1：1；
48.(4)制备a组分：向陶瓷浆料中加入超支化聚硅氧烷混合均匀后，加入交联剂，采用球磨研磨5h后过筛，转速1500转/分，得到a组分；；其中陶瓷浆料与超支化聚硅氧烷的摩尔比为1：1；
49.(5)制备b组分：配制有效浓度为5wt％的氟硅树脂，得到b组分。
50.一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料的使用方法，包括以下步骤：将待处理基材表面进行喷砂处理，用水冲洗干净后放入烘箱干燥预热；基材表面预热至45℃，将a组分均匀喷涂
在预热好的基材表面，进行固化，固化温度260℃，30分钟后取出成型，形成的涂层膜厚为30μm；采用b组分对涂层进行表面处理，得到防护涂层，该涂层疏水输油且不沾。
51.实施例3
52.一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其制备方法包括以下步骤：
53.(1)制备超支化聚硅氧烷：
54.配制质量比为2：1的h2o和异丙醇的混合溶剂，向30g配制好的混合溶剂中加入40g甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷和三氯硅烷的混合单体，其中甲基三甲氧基硅烷15g、苯基三甲氧基硅烷12g和三氯硅烷13g，在酸性条件下60度水解5h，得到低分子透明聚硅氧烷；加入10gpdms，经水解缩聚反应合成超支化聚硅氧烷。
55.(2)制备陶瓷浆料：
56.取50g纳米氧化铝，30gsio2，10g钛酸钾晶须和20gtio2，加入100g水，再加入5g分散剂多聚磷酸钠，球磨研磨5h后过滤得到陶瓷浆料，浆料浓度为60％。
57.(3)制备交联剂：
58.交联剂由正硅酸乙酯和硼酸混合均匀配制得到，正硅酸乙酯和硼酸浓度的摩尔比为1：6；
59.(4)制备a组分：向陶瓷浆料中加入超支化聚硅氧烷混合均匀后，加入交联剂，采用球磨研磨1-5h后过筛，转速1500-3000转/分，得到a组分；；其中陶瓷浆料与超支化聚硅氧烷的摩尔比为5：13；
60.(5)制备b组分：配制5wt％氟硅树脂，得到b组分。
61.一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料的使用方法，包括以下步骤：将待处理基材表面进行喷砂处理，用水冲洗干净后放入烘箱干燥预热；基材表面预热至42℃，将a组分均匀喷涂在预热好的基材表面，进行固化，固化温度260℃，15分钟后取出成型，形成的涂层膜厚为20μm；采用b组分对涂层进行表面处理，得到防护涂层，该涂层疏水输油且不沾。
62.性能测试：
63.采用实施例1-3得到的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料制备防护涂层，并对涂层的附着力、硬度、耐温性、耐磨性和韧性进行测试，附着力采用astm d3359进行测试，硬度采用现行国家标准gb/t 6739—2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》进行测试，并将防护涂层在400摄氏度下放置5h检测其耐温性，耐磨性采用冲砂法进行测试，测试结果如表1所示。
64.表1
65.[0066][0067]
由表1可知，本发明制备得到的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料均能提高涂层的附着力和硬度，且具有较高的耐温性、耐磨性和韧性，性能优越，其中实施例3通过增大了制备超支化聚硅氧烷时pdms的添加比例，增大了产物的硬度和耐磨性，应用范围广泛。
[0068]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其特征在于，包括a组分和b组分，按照重量百分比包括以下原料：所述a组分包括超支化聚硅氧烷25-30wt％、陶瓷浆料40-65wt％、交联剂1-20wt％，所述超支化聚硅氧烷的原料包括硅烷组合物和pdms，所述陶瓷浆料的原料包括陶瓷颗粒、水和分散剂；所述b组分包括表面处理剂1-3wt％。2.根据权利要求1所述的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其特征在于，所述交联剂包括正硅酸乙酯和硼酸的混合物。3.根据权利要求1所述的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其特征在于，所述表面处理剂为氟硅树脂。4.根据权利要求1所述的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其特征在于，所述硅烷组合物包括四烷氧基硅烷、氯硅烷，甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其特征在于，所述超支化聚硅氧烷的制备方法包括如下步骤：向溶剂中加入硅烷组合物，在酸性条件下进行水解，得到低分子透明聚硅氧烷；加入pdms，经水解缩聚反应合成超支化聚硅氧烷。6.根据权利要求5所述的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其特征在于，所述硅烷组合物与pdms的摩尔比(4：1)～(1：4)。7.根据权利要求1所述的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其特征在于，所述陶瓷颗粒包括纳米氧化铝、sio2、云母、钛酸钾晶须、sic、氧化锆和tio2中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料，其特征在于，所述陶瓷浆料的制备方法包括以下步骤：取陶瓷颗粒，加入水和分散剂，球磨研磨后过滤得到陶瓷浆料，浆料浓度为50-70wt％。9.根据权利要求1-8任一所述超支化聚硅氧烷陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备a组分：向陶瓷浆料中加入超支化聚硅氧烷混合均匀后，加入交联剂，采用球磨研磨后过筛，得到a组分；所述交联剂由正硅酸乙酯和硼酸混合均匀配制得到；(2)制备b组分：配制有效浓度为5wt％的氟硅树脂，得到b组分。10.根据权利要求1-8任一所述超支化聚硅氧烷陶瓷涂料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：将待处理基材表面进行喷砂处理，冲洗干净后进行干燥预热；将a组分喷涂在预热好的基材表面，进行固化，形成涂层；采用b组分对涂层进行表面处理，得到防护涂层。

技术总结
本发明涉及陶瓷防护涂料技术领域，尤其是涉及一种超支化聚硅氧烷陶瓷涂料及其制备方法，包括A组分和B组分，按照重量百分比包括以下原料：所述A组分包括超支化聚硅氧烷25-30wt％、陶瓷浆料40-65wt％、交联剂1-20wt％，所述超支化聚硅氧烷的原料包括硅烷组合物和PDMS，所述陶瓷浆料的原料包括陶瓷颗粒、水和分散剂；所述B组分包括表面处理剂1-3wt％。本发明提供的超支化聚硅氧烷陶瓷涂料提高了涂料的韧性和耐磨性，增强与基材之间的附着力。本发明采用硅烷组合物和PDMS合成超支化聚硅氧烷，采用PDMS对有机硅树脂进行增韧，能够改善现有有机硅改性硅溶胶陶瓷涂料的脆性问题，提高了涂料的韧性。提高了涂料的韧性。


技术研发人员：许家友
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/8/13