[发明专利]一种羟基有机钛聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种羟基有机钛聚合物及其制备方法与应用，所述羟基有机钛聚合物按照质量份数计，包括以下原料：20~25质量份的氢化钛粉、15~20质量份聚酚氧树脂、10~15质量份DMF、8~12质量份DMAC、15~20质量份NMP、5~10质量份纳米分散剂、1~5质量份α相纳米氧化铝、1~3质量份钛酸酯偶联剂、1~3质量份硅烷偶联剂。本发明利用金属钛的化学活性，在机械力化学的作用下，使氢化钛粉在纳米化制程中引发聚合物的化学键和钛金属粒子的表面晶格键断裂，生成表面活性极高的离子或基团，使聚合物降解成小分子低聚物，在高温高压下会发生接枝聚合反应，实现分子结构重整，形成一种全新结构的高分子聚合物。

技术领域

本发明属于新材料的生产和应用技术领域，具体涉及一种羟基有机钛聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

众所周知，钛是一种非常活泼的金属元素，密度小，比强度高，延展性好，导热系数低，耐高低温，无毒，无磁，耐磨，耐蚀，被广泛应用于军工、海工、航空、航天、民用等诸多领域，被誉为太空及海洋的结构材料。钛在化学元素周期表中排列在第IV族副族(钛族)元素系内，其原子序数22，原子量47.88，化合价有+2、+3、+4三种。因此，在特定环境条件下，其活泼性也为它提供了多元性的反应趋势。

钛的标准电极电位很低(E=-1.63V)，致钝电位亦低，故容易钝化。常温下，钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中都非常稳定，具有很好的耐蚀性。在大气、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，其耐腐蚀性超过了不锈钢；在海水中基本不被腐蚀，因此是海洋工程最理想的材料。

但是，钛金属材料价格昂贵，一直影响其在一般工业特别是民用工业领域的推广应用。

若将金属钛与有机高分子材料“嫁接”形成高分子合金态聚合物，再以涂层的形式推广应用到工业防腐蚀领域，就等同于在金属表面镀了一层耐腐蚀膜，既可替代不锈钢，又解决了工业腐蚀的难题，还能大大降低制造成本，提高企业的经济效益，这就是本发明的目的和缘由。

钛基高分子聚合物(Titanium-based high molecule polymer)，又称聚钛氧烷，是主链分子结构中含有钛原子的金属聚合物的总称，可由原钛酸酯Ti(OR)₄经部分水解后缩聚而成。聚钛氧烷可作为表面活性剂、抗水剂和防锈剂，在机械搅拌下能形成纤维；有些可用作制备耐热涂料，这是早期应用有机钛制造涂料的先例。

本发明人原申请的一项发明专利(ZL200810029936.1)制备纳米有机钛聚合物的技术方法，是将氢化钛粉(TiH₂)、环氧树脂、催化剂(γ-Al₂O_3-x)、纳米分散剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和混合溶剂等填装入球磨反应罐内，进行固液球磨反应，合成的是一种带有环氧基的有机钛聚合物(Titanium-based precursor polymer，简写为TPP-I)，其合成产物反应式为如图1所示。该聚合物只能用环氧固化剂制备交联型特种涂料，并不适用于紫外线条件下使用，只能用于内防腐涂层，不能用于外防腐涂层，因此在应用上存在一定局限性，影响了它的广泛推广使用。

本发明人另一项发明专利（ZL201810408971.8）制备有机钛前驱体聚合物的制备方法，仍然采用环氧树脂作为基料树脂，制备得到的是有机钛前驱体聚合物。由于环氧树脂的分子量低（只有2000左右），制备得到的有机钛前驱体聚合物聚合度低且分子量低，不能单独作为成膜基料，只能作为改性聚合物与其他树脂混合使用，用于提升涂料的防腐性能。而且，此有机钛前驱体聚合物本身有脆性，附着能力低、抗冲击力低、耐高温性能差，因此，采用此有机钛前驱体聚合物的涂料，其防腐寿命2~3年，只能耐80℃以下的高温，在应用上也存在一定局限性。

发明内容