[发明专利]一种水性纳米硅树脂化合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性纳米硅树脂化合物的制备方法和水性纳米硅树脂在工业涂料中的应用，属于新材料领域。

背景技术

目前国内用于生产不粘锅、电熨斗、排气管、拉发器、各种塑料面板等涂料用的硅树脂主要是油性有机硅树脂。该类硅树脂具有附着力好、硬度高、光泽度高、耐高温等优点，作为增硬涂层和各类金属制品、装饰材料、石刻文物等的保护涂层用原材料，可以显著提高涂层的耐磨（高硬度）、耐高温、耐老化、耐腐蚀、耐水和抗紫外线等性能。但是，考证对人体无害的环保涂料的一个国家标准是涂料中可挥发性有机物含量（VOC）小于200克/升，而油性有机硅树脂配制的涂料，却需要大量有机溶剂，不仅在制备硅树脂过程中达不到国标，更在应用上严重超标。

而不粘涂料用特氟龙PTFE（聚四氟乙烯）树脂，虽然具有最高使用温度290-300℃，极低的摩擦系数、良好的耐磨性以及极好的化学稳定性，但是，用于制造特氟隆涂层的全氟辛酸铵在加热到240摄氏度时会释放出有毒微粒，这种微粒可在10分钟内对老鼠造成严重伤害，在更长时间内足以让老鼠毙命。美国环境保护局下属科学顾问委员会2006年2月通过独立专家审核小组评估报告，将特氟隆原料全氟辛酸铵的危险性从“潜在致癌”提高到“可能致癌”。 而杜邦等8家主要化工企业已宣布到2015年完全停产特氟隆。

发明内容

本发明的目的是提供一种水性纳米硅树脂的制备方法，以及该硅树脂在工业涂料中的应用。

本发明所述的水性纳米硅树脂是由多官能团有机硅单体经水解、聚合反应而生成的无色透明的硅树脂水溶液。

本发明所述的水性纳米硅树脂是选用一种或几种硅氧烷，在纳米氧化物参与下，在催化剂引发下，于常温（25℃±5℃）常压下水解缩聚反应，从而制得的硅树脂水溶液。

本发明所述的硅氧烷包含甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、六甲基二硅氧烷、八甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷等其中的一种或几种。

本发明所述的纳米氧化物包含氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化镁等其中的一种或几种。

本发明所述的催化剂包含磷酸、硫酸、草酸、碳酸和固体杂多酸等其中的一种或几种。

本发明所述的水性纳米硅树脂具有如下分子通式：

R₁          OR₂ 

R—(Si-O-)_m—(Si-O-)_n—R

OH          OR₃

式中，R、R₁、R₂、R₃：硅氧烷单基团

m：5~10         n:  0~5

本发明所述的水性纳米硅树脂有单组份、双组分和三组分类型。其技术指标见下表：

本发明所述的水性纳米硅树脂以水作溶剂，制得的工业涂料固化过程中无溶剂排放，安全、卫生、环保，是一种环境友好型新材料。选用纳米新材料，在合适的操作条件下，树脂粒径可控，以该树脂制得的涂料除具有常规性能外，在硬度（可达9H）、耐温（可耐500℃）性能上更显著，特别还有自清洁、防涂鸦性能，大大增加了使用范围，提高产品档次。

本发明所述的水性纳米硅树脂主要用于生产不粘锅、电熨斗、排气管、拉发器、各种塑料面板等涂料。

本发明所述的硅树脂涂料是以水性纳米硅树脂为基材，用颜填料、功能助剂等配制而成的。

本发明所述的硅树脂涂料以常规方法实施涂覆，在80～180℃温度范围内固化10～60min。制得的涂层具有热稳定性、耐磨性、不粘附性、易清洗和强度高等优越性能。

具体实施方式

下面以实施例详细说明本发明所述的水性纳米硅树脂的制备方法，以及该硅树脂在工业涂料中 的应用。

实施例1：

将甲基三乙氧基硅烷500g、苯基三乙氧基硅烷20g、纳米氧化铝40g、磷钨酸12g和去离子水30g置于三口烧瓶中，于25～30℃下搅拌反应10小时，再加入80g去离子水，调整溶液粘度达15cp(25℃)。得到的即是无色透明的单组份硅树脂，其固含量测得结果为35%。

实施例2：

将甲基三甲氧基硅烷250kg、正硅酸乙酯50kg、纳米氧化硅20kg、硅钨酸8kg和去离子水20kg置于500L反应釜中，于25～30℃下搅拌反应10小时，再加入50kg去离子水，调整溶液粘度达12cp(25℃)。得到无色透明单组份硅树脂，其固含量测得结果为31%。

实施例3：