[发明专利]基于长链烷基化合物修饰的改性有机聚硅氮烷及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了基于长链烷基化合物修饰的改性有机聚硅氮烷及其制备方法与应用。制备方法是：在惰性的气体保护下，将醇类单体与二异氰酸酯单体混合均匀，加入催化剂后，在30～90℃下，反应2～12小时，得到含2～50个碳的长链烷基化合物；将所合成的修饰物质长链烷基化合物与有机聚硅氮烷混合均匀，在20～60℃的温度下反应1～8小时，即可得到所述基于长链烷基化合物修饰的有机聚硅氮烷。本发明所制得的改性有机聚硅氮烷不仅具有较低的表面能，而且还保留了聚硅氮烷优异的锚固特性，能牢牢粘附在不同类型的基材上，极大简化了构建易清洁涂层的工艺。本发明所制得的改性有机聚硅氮烷涂层以及改性有机聚硅氮烷/微纳米材料复合物涂层具有良好的疏水性能、易清洁性能、耐化学品性能、耐磨损性能及耐候性，表现出优异的耐久性。

技术领域

本发明涉及一种改性聚硅氮烷，具体涉及一种基于长链烷基化合物修饰的改性有机聚硅氮烷及其制备方法和应用；属于表面修饰和涂层制备技术领域。

背景技术

聚硅氮烷是由Si原子和N原子以共价键交替连接形成基本骨架的聚合物，通式为：其中，n为聚合度，R₁、R₂和R₃均为侧链取代基，一般为氢原子、甲基或其它有机基团。根据R₁、R₂和R₃基团的不同，聚硅氮烷具有不同的大分子结构和性能特征。聚硅氮烷主要分为两类：若侧链取代基全部都为氢原子时，则为全氢聚硅氮烷，也称为无机聚硅氮烷(PHPS)；若部分或全部氢原子被有机基团取代，则称其为有机聚硅氮烷(OPSZ)。

聚硅氮烷具有较高的反应活性，其分子结构中含有大量活泼的Si-H、Si-N键，易发生水解生成结构不稳定的硅醇，从而能进一步发生水解反应，形成稳定、疏水的-Si-O-Si-结构。聚硅氮烷在有机溶剂中的溶解性很好；尤其重要的是，它对大多数基材都具有优异的锚固作用，这使得经固化的聚硅氮烷涂层对基材的附着力较高，可用于构建具有优异的耐热性、耐化学品性能、耐候性、耐刮擦性、透明性等特性的涂层，从而赋予聚硅氮烷涂层较优异的使用性能和较长的使用寿命。因此，利用聚硅氮烷的反应性对其进行适宜的改性，赋予其功能特性，则可应用于构筑具有特殊性能或功能性的涂层。

目前，已有研究将疏水改性的有机聚硅氮烷应用于疏水涂料领域。中国发明专利申请CN 105385349 A公开了一种疏水防污有机聚硅氮烷涂料及其制备方法。该方法使用全氟烷基乙基烯丙基醚通过硅氢加成反应对有机聚硅氮烷进行疏水改性，制备出了性能较好疏水自清洁涂料。但是，该方法所使用的氟化物全氟烷基乙基烯丙基醚的合成反应体系较复杂，产物需要纯化，工艺较繁琐，合成的成本较高；此外，全氟烷基乙基烯丙基醚与有机聚硅氮烷的硅氢加成反应必须在催化剂的存在下进行，而残留在产物中的催化剂难以除去，会对产物的性能产生一定的影响。另一方面，有研究发现，含氟化合物具有生物累积性和持久性，对环境和人类健康存在潜在的危害。这些因素必然在一定程度上阻碍了其实际应用。

中国发明专利CN 105542658 A公开了一种防污防涂鸦有机聚硅氮烷涂料及其制备方法和应用。该方法以有机聚硅氮烷、羟基硅油和二异氰酸酯为原料，在有催化剂存在的情况下，在一定条件下通过两步反应制得了有机聚硅氮烷预聚物；再用所制备的预聚物与有机溶剂和其它助剂配制成所述的防污防涂鸦有机聚硅氮烷涂料。所制备的有机聚硅氮烷预聚物具有良好的疏水性能和防污性能，以其制备的涂料疏水性能优异，可用作良好的防污涂料。该方法使用羟基硅油作为防污助剂来制备防污防涂鸦的有机聚硅氮烷预聚物。但是，羟基硅油是分子结构不一的大分子混合物，反应活性有差异，故反应产物的结构和性能不易调控；羟基硅油的功能性基团较单一，可选择性较少，反应产物的可设计性很有限。这就在一定程度上增加了合成防污防涂鸦的有机聚硅氮烷预聚物的难度和工艺流程，从而制约了以这一预聚物为主体材料的有机聚硅氮烷涂料的性能及其应用。