[发明专利]一种耐热自修复聚硅氧烷-环氧树脂复合材料涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种耐热自修复聚硅氧烷‑环氧树脂复合材料涂层及其制备方法，属于复合领域，具体方案如下：一种耐热自修复聚硅氧烷‑环氧树脂复合材料涂层，所述涂层包括聚硅氧烷和环氧树脂，所述聚硅氧烷为一种结构可控的、含有可反应基团的功能化超支化聚硅氧烷，所述环氧树脂含有热可逆动态化学键，所述热可逆动态化学键为狄尔斯‑阿尔德反应形成的可逆化学键。本发明使用超支化聚硅氧烷‑环氧树脂防护涂层材料，聚硅氧烷可以提高防护涂层的耐热性、隔热性及界面粘附力，自修复体系的设计可以使防护涂层具有多次自修复的特性，既能延长使用寿命，又能保证应对复杂情况下的机械损伤。

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种耐热自修复聚硅氧烷-环氧树脂复合材料涂层及其制备方法。

背景技术

基于有机聚合物构筑的防护涂层具有诸多的优点，如轻质高强、力学性能优异、耐腐蚀性强、电性能突出等。因此防护涂层在航空航天、建筑设施、汽车制造等领域应用广泛，具有举足轻重的地位。但是聚合物在加工和使用过程中容易受到冲击而造成损伤。除了材料的宏观破坏之外，材料的内部还会产生常规手段下很难检测到的微损伤或者微裂纹。虽然材料宏观表面上看不出异常，但是此时由于微裂纹的存在，材料的强度已经大大降低，更容易在不被察觉前因受到外界微小扰动而造成材料的整体破坏，导致涂层的力学性能和防护性能下降，甚至完全失去对制品的防护功能。

为满足不同的使用条件，往往选用不同种类的有机树脂作为涂层基料。在众多有机高分子聚合物中环氧树脂由于固化收缩率低且化学稳定性、粘结性能、力学性能等都非常优异，而被广泛应用于涂料领域。但是使用传统的环氧树脂制备得到的涂层材料，主要存在以下两个方面的缺点：一是环氧树脂固化后脆性大、耐冲击性差和容易发生应力开裂；二是传统的环氧树脂及其改性体系固化后得到的产品，受外界应力产生裂纹或破坏后，不能自我应对机械损伤。使用超支化聚硅氧烷-环氧树脂防护涂层，聚硅氧烷可以提高防护涂层的耐热性、隔热性，自修复体系的设计可以使防护涂层具有多次自修复的特性，既能延长使用寿命，又能保证应对复杂情况下的机械损伤，具有重要的实际意义和长远的战略意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决有机硅复合涂层粘附力差、力学性能不好的问题以及环氧涂层耐热性不高的问题，克服了现有方法制备的有机硅复合涂层遭到破坏后无法修复的问题，本发明提供一种耐热自修复聚硅氧烷-环氧树脂复合材料涂层及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种耐热自修复聚硅氧烷-环氧树脂复合材料涂层，所述涂层包括聚硅氧烷和环氧树脂，所述聚硅氧烷为一种结构可控的、含有可反应基团的功能化超支化聚硅氧烷，所述环氧树脂含有热可逆动态化学键，所述热可逆动态化学键为狄尔斯-阿尔德反应形成的可逆化学键。

进一步的，所述聚硅氧烷和环氧树脂的质量比为1:0.3～2.5。

进一步的，所述聚硅氧烷为呋喃功能化超支化聚硅氧烷，其结构式如下：

进一步的，所述环氧树脂为具有结构式Ⅰ和/或结构式Ⅱ的化合物：

一种上述耐热自修复聚硅氧烷-环氧树脂复合材料涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将缩水甘油醚硅烷和2-呋喃甲胺按等摩尔当量加入到无水甲苯中，搅拌均匀，氮气或惰性气体保护条件下，50～60℃反应6～12h，反应结束后，旋蒸除去无水甲苯，得到呋喃功能化的三甲氧基硅烷；取呋喃功能化的三甲氧基硅烷加入到体积分数为95～99.3％的乙醇溶液中，搅拌均匀得到混合溶液A，其中，呋喃功能化的三甲氧基硅烷与乙醇溶液的质量体积比为0.04～0.30g/ml，向混合溶液A中加入催化剂搅拌均匀得到混合溶液B，在氮气或惰性气体保护条件下50～60℃反应3～6h；反应结束后，除去乙醇溶液，得到呋喃功能化超支化聚硅氧烷；