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固化剂和硅烷偶联剂对有机硅涂层性能的影响

发布时间:2021-02-27 21:51 作者:亚博网页版

  慧聪涂料原料网讯:通过控制有机硅涂料配方中固化剂和硅烷偶联剂的含量,研究它们对涂层材料的弹性模量、硬度、疏水性,以及吸水率和耐水介质浸泡性能的影响。结果表明,当固化剂含量大于4%后,随着固化剂含量的增加,涂层的弹性模量降低,邵氏硬度增加,吸水率增大;硅烷偶联剂含量的增加,有机硅涂层的弹性模量和吸水率随之增大,而邵氏硬度和水接触角减小。固化剂添加6%时涂层的弹性模量对海水浸泡最为敏感。含5%固化剂和8%硅烷偶联剂含量的有机硅涂层在海水中的稳定性明显降低。过高的固化剂添加量会导致硅氧链的交联程度增加,网状结构变密,增加涂层的硬度,不利于涂层的防污性能;过高的硅烷偶联剂添加量会导致涂层表面的亲水基团增多,水接触角降低,海洋细菌附着增加。

  刘福杰,齐育红,张占平(大连海事大学船机修造工程实验室,辽宁大连116026)

  中图分类号:TG174.46;TQ317文献标识码:A文章编号:1007-9289(2014)01-0114-06

  近年来,人类对海洋环境资源的开发和利用不断扩大,因海洋生物的附着污损而导致燃料消耗、温室气体的排放增加,以及结构腐蚀破坏等问题日益受到重视[1]。在船舶、海上石油平台等大型海洋结构物表面涂装防污涂料是长期以来解决海洋生物附着污损问题既经济又高效,且唯一得到广泛应用的重要途径[2],但防污涂料中有些毒剂使用的同时也导致海洋环境的严重污染[3-5]。为此,在国际海事组织的长期努力下,2008年已在全球范围内全面禁止在防污漆中使用有机锡防污剂[6]。

  低表面能防污涂料依靠其表面具有低的自由能,使得海洋生物的粘液在涂层表面很难润湿、铺展和附着。海生物是通过剥离、平面剪切、非平面剪切等方式从涂层表面脱落,其中以剥离脱落所需能量最小[2]。有机硅低表面能涂层具有较低的弹性模量,污损物可以通过所需外力最小的剥离方式从涂层上脱落,即使附着也是不牢固,可在水流的作用下极易脱落。另外,低表面能防污涂料表面光滑,与其它各种防污涂料相比,还具有明显的减阻降耗作用[7]。因此,近几年成为国内外无毒防污涂料研究的热点。

  有机硅涂层的固化机理是硅氧链通过交联缩聚反应连结成网状结构。涂料组成物的结构和用量直接决定和影响着有机硅涂层的结构和性能。目前,市场化应用和研究较多的低表面能有机硅防污涂料,主要为聚二甲基硅氧烷(PDMS)与正硅酸乙酯(TEOS)交联缩聚体系。

  这类低表面能有机硅涂层之所以没有获得广泛的生产应用,主要受困于以下几个方面的不足:①与基材的附着力差,重涂性差,通常需要在船舶环氧底漆和低表面能有机硅涂层之间施涂专用的有机硅连接漆,涂装配套体系复杂,不易施工;②强度不高,易损坏;③仅适用于高在航率、高速运行的船舶[8],在低速和停航期易产生附着污损,需要定期除污。

  文中以改善低表面能有机硅涂料与船舶环氧底漆的附着力,减少涂装配套体系的复杂度,降低施工难度;提高涂层的强度和耐用性为目的,选择甲基三丁酮肟基硅烷(D31)作为交联固化剂,以期提高有机硅涂层的强度、缩短固化时间;已有的研究表明含氨基和环氧基的硅烷偶联剂与环氧树脂的基材的粘接强度高[9],文中选择N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH792)作为硅烷偶联剂,以改善有机硅涂层与环氧底漆的附着力;重点研究固化剂和硅烷偶联剂的含量对有机硅涂层性能的影响,以期为研发实用的、可以直接施涂在船舶环氧底漆上的有机硅低表面能防污涂料提供试验基础。

  采用单因素试验分别研究固化剂和硅烷偶联剂对涂料各性能的影响。涂料为双组分体系,A组分由有机硅树脂、硅烷偶联剂、颜填料、助剂组成;B组分由交联固化剂D31和二月桂酸二丁基锡(DBTDL)的甲苯溶液组成。谢国先等[9]针对提高环氧涂层与钢铁基底材料的附着力的结果表明,在环氧涂料中添加2%氨基硅烷偶联剂可以获得最大的附着力。参考谢国先及其他文献的研究成果,文中确定了相应的固化剂和硅烷偶联剂添加量范围。试验分为两部分进行,第一部分:先固定A组分中硅烷偶联剂的质量分数为5%,调节B组分中固化剂质量分数分别为3%、4%、5%、6%。第二部分:固定B组分中固化剂的质量分数为3%,调节A组分中的硅烷偶联剂质量分数0%、2%、8%、12%。

  涂料A组分制备:用天平称取100g的羟基封端PDMS(107)加入到砂磨搅拌分散机中,设定转速为1000r/min,依次称量加入额定计量的溶剂甲基异丁基甲酮(MIBK)、硅烷偶联剂KH792、分散剂(Byk161)、消泡剂(Byk066)、流平剂(德谦837),再把转速提高到2000r/min,高速分散10min。之后缓慢加入钛白粉、硫酸钡,高速分散30min。移入锥形磨砂磨至细度达到30μm,罐装备用。涂料B组分制备:按比例依次加入固化剂D31和1%DBTDL的甲苯溶液,高速搅拌10min,罐装备用。

  制样时将涂料A、B两个组分按照预设的质量比混合搅拌均匀后,刷涂和注模制样。涂刷后的试样在23℃通风橱内固化,每隔12h观察固化情况。试验采用指压法测试样本的固化时间。

  所有试验涂层均在12h内表面干燥,2d内实际干燥。表干的样品放在通风橱内继续干燥7d,将试样分成3组,分别在空气中静置、天然海水浸泡、去离子水浸泡处理21d。

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