有机聚硅氮烷合成及其防护涂层材料的研究进展

有机聚硅氮烷作为一种新型的涂层材料,既可通过改性和工艺转化为陶瓷涂层,又可直接用作有机树脂,实现防腐功能,具有高硬度、高耐候、耐高温、高附着等优点,近年来逐渐成为研究的热点。本文简要概述了有机聚硅氮烷树脂的合成和在防护涂层领域的应用,简述了国内外聚硅氮烷涂层在金属防腐、表面疏水性和特种耐高温方面的进展和现状,并针对其存在的问题指出了该类材料的发展方向。

杉木木材表面原位构筑坚固的疏水聚硅氮烷涂层

以杉木(Cunninghamia lanceolata)木材为研究对象,将木材裁切为20 mm×20 mm×12 mm(径向×弦向×纵向)的样品;以有机聚硅氮烷(OPSZ)、正己烷为试剂,按照质量比m(有机聚硅氮烷)∶m(正己烷)分别为1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11的比例配制改性液;采用浸渍法将木材样品分别浸入不同比例的改性液中,常温(25℃)常压放置2 h后,将样品转移至烘箱中120℃热处理5 h,木材表面有机聚硅氮烷涂层固化,制得有机聚硅氮烷改性木材样品;应用相关仪器、参照国家相关标准及试验设计的方法,测定改性前后木材表面形貌与结构、木材表面化学成分与官能团变化、木材疏水性能与防水性能、涂层硬度、涂层机械稳定性、木材抗污性能、木材热稳定性,分析有机聚硅氮烷涂层的性能及其对木材保护的作用。结果表明:(1)采用扫描电镜观察改性前后木材的表面形貌,与未改性木材相比,经过有机聚硅氮烷改性的木材表面覆盖了一层较为致密的涂层。(2)采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪对改性前后木材表面官能团和木材表面元素的变化分析表明,改性后木材表面引入了稳定性好的有机硅骨架以及疏水的甲基;有机聚硅氮烷显著提高了木材的疏水性和防水性能,木材的水接触角从72.0°增大至119.3°,24 h吸水率从79.00%显著下降至25.38%。(3)改性后木材对牛奶、咖啡、橙汁、可乐等常见污染物,具有良好的抗污性。(4)改性后,木材表面有机聚硅氮烷涂层的铅笔硬度达到6 H,并且能够经受长时间的机械摩擦,表明其具有优异的机械稳定性。(5)热质量分析表明,有机聚硅氮烷显著提升了木材的热稳定性。(6)综合试验结果,有机聚硅氮烷涂层具有良好的防水性、耐机械摩擦、热稳定性,可在严苛环境时的木材保护中应用。

多孔氮化硅防潮涂层的制备及性能研究

为了解决耐高温天线罩用多孔Si3N4陶瓷材料的易吸潮问题,以有机聚硅氮烷(OPZ)为原材料,通过湿气固化的方式为其制备了防潮涂层,并对OPZ固化前后及高温处理后的化学结构,涂层的微观形貌、防潮性能、浸润性以及介电性能进行了研究。结果表明:OPZ固化物以Si-O结构为主,施加涂层后的Si3N4材料仍保持多孔结构,且具有优异的防潮性能,在35℃、90%相对湿度的恒温恒湿箱中72 h后,吸潮率仅为0.15%,且表面水接触角达到131.3°。施加涂层后的多孔Si3N4材料的介电常数及介电损耗分别为3.31和0.0041,比未施加涂层的多孔Si3N4材料具有更为优异的介电性能。由此表明:有机硅氮烷涂层在提高多孔材料的防潮和介电性能等方面具有重要的应用价值。

光学硅橡胶表面低透气性涂层的制备与性能

通过合成折射率与白炭黑相匹配的苯基乙烯基硅油和苯基含氢硅油,以白炭黑补强,固化后获得光学透明的苯基硅橡胶,然后以四甲基己二胺为催化剂,使喷涂在苯基硅橡胶表面的有机聚硅氮烷(OPSZ)实现低温固化及硅质转变,获得具有低气体渗透性的致密涂层,并对涂层的光学性能、透氧量、抗硫化性能进行了测试和表征。结果表明:OPSZ涂层表面连续、均匀、致密,无裂纹和空隙,涂层断面致密均匀,无缝隙和裂纹,当涂层厚度低于32μm时,涂层与硅橡胶间的粘接力良好;固化后的OPSZ显示出优异的透明度、透光性能和气体屏蔽性能;在400~800 nm范围内透光率>92%;当涂层厚度达到12μm以后,透氧量降至1.4 cm^3/m^2,并保持不变,涂覆涂层后的封装灯珠均显示良好的抗硫化能力,硫化后光通量维持率在99.9%以上。当w(四甲基己二胺)>5%,在室温、相对湿度50%条件下放置24 h实现了硅质转化,提高加热温度和相对湿度,可以有效地缩短硅质转化的时间。