主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 贵州大学     

基本信息

项目名称:
TiO2/有机硅/SiO2杂化纳米涂层的制备
小类:
能源化工
简介:
本项目基于溶胶-凝胶法将无机组分SiO2和TiO2以共价键的形式接枝到有机硅中,制备出综合有机、无机材料优良性能的有机/无机杂化涂料,采用该涂料制备的涂层具有“三防”(防腐蚀、防湿热、防霉菌)、抗冲蚀和抗高低温冲击的优良性能。该方法具有工艺简单、成本低廉、节能、环保的特点。
详细介绍:
湿热、盐雾和霉菌构成了我国南方沿海区域的典型腐蚀环境,这种环境对飞机等会造成严重腐蚀。而TiO2/有机硅/SiO2杂化涂层具有耐冲蚀、抗热冲击、防腐蚀、防湿热、防霉菌的优良性能,在我国沿海舰载机防护涂层方面有着良好的潜在应用前景。 本项目基于溶胶-凝胶法,具有工艺简单、成本低廉、实用、环保的特点。以正硅酸乙酷(TEOS)为无机相前驱体,二甲基三乙氧基硅烷(MTES)和二苯基二甲氧基硅烷(DDS)为有机相前驱体,通过溶胶-凝胶法制备有机硅/SiO2杂化材料,通过向涂层中加入改性锐钛矿型的纳米TiO2使涂层具有良好的防霉菌性能,从而赋予涂层更好的综合性能。 采用上述方法制备的杂化涂层具有“三防”(防腐蚀、防湿热、防霉菌)、抗冲蚀和抗高低温冲击的优良性能。

作品图片

  • TiO2/有机硅/SiO2杂化纳米涂层的制备
  • TiO2/有机硅/SiO2杂化纳米涂层的制备
  • TiO2/有机硅/SiO2杂化纳米涂层的制备
  • TiO2/有机硅/SiO2杂化纳米涂层的制备
  • TiO2/有机硅/SiO2杂化纳米涂层的制备

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

目的:飞机承受冷热交变冲击,受到雨滴、冰雹和砂石的冲刷,在沿海地区特别是南方沿海地区,空气潮湿且含有盐雾,对飞机涂层的侵蚀更加严重。目前我国战斗机蒙皮一般采用聚氨酯类的涂层,但该涂料成本较高,施工复杂,环境要求也很高,漆膜容易产生弊病,而其中所含未反应的甲苯二异氰酸酯,危害人体健康;耐热性也不理想(通常在-40~120℃),难以对飞机一些高温部位如油箱等进行长时间的保护。因此,有必要研发一种新型涂层。本作品通过有机/无机杂化,获得一种新型的“三防”(防腐蚀、防湿热、防霉菌)、抗冲蚀和抗高低温冲击的有机/无机杂化涂料并制备涂层。 基本思路:本作品先采用溶胶-凝胶法制备出综合有机和无机材料性能的有机硅/SiO2杂化溶胶。再通过物理共混法将改性后的锐钛矿型纳米TiO2粉体加入到杂化溶胶中制备出与杂化材料有机结合的TiO2/有机硅/ SiO2杂化涂料。 创新点:(1)该涂层物理、化学性能良好,防腐蚀与聚氨酯相当;防湿热、耐高温性能和防霉菌性能优于聚氨酯涂层。 (2) 与一般物理共混不同,改性的TiO2与有机硅形成了化学键,有机/无机相通过共价键结合。 (3)本项目采用溶胶-凝胶法,该工艺环保、工艺简单、成本低廉、实用性强。 技术指标:杂化涂层硬度0.92; 击强度45kg.cm; 韧性1mm;附着力1级,耐高温:最高450℃。【详见附件测试报告】注:【丙烯酸聚氨酯漆膜性能分别为:0.3~0.8;15~50kg.cm;2mm;≤1级】

科学性、先进性

(1)SiO2以共价键和有机硅结合,涂层耐高温:采用正硅酸乙酯(TEOS)为无机物的前驱体、二甲基三乙氧基硅烷(MTES)为有机物的前驱体,利用溶胶-凝胶技术,通过TEOS、MTES的共水解-缩聚反应制备出两相以共价键结合的均质透明的二氧化硅/有机硅杂化体系。该方法制备的TiO2/有机硅/SiO2杂化涂层未出现有机/无机相分离。解决了现有杂化材料易出现相分离的缺点。 (2)纳米TiO2与有机硅以共价键结合,防霉菌:涂层中加入纳米TiO2使得涂层具有良好的防霉性能,该涂层尤其适合南方湿热环境下使用。 (3)合成工艺简单、成本低廉、环保。

获奖情况及鉴定结果

2011年5月第十二届“挑战杯“全国大学生课外学术科技作品竞赛XX省赛区获奖作品

作品所处阶段

已在实验室合成和制备了性能优良的杂化涂层,目前处于中试阶段。

技术转让方式

尚未进行技术转让

作品可展示的形式

实物(产品)、现场演示、图片、录像、样品

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

作品的技术特点和优势:溶胶-凝胶法制备涂层材料,由于反应组分在纳米级均匀混合,因此材料的均一性好;化学成分可以有选择的掺杂,制品的纯度高,反应温度在300℃以内。采用该方法制备的TiO2/有机硅/ SiO2杂化纳米涂层具有“三防”、抗冲蚀和抗高低温冲击的优良性能。 作品的适应范围及推广前景的技术性说明:该杂化涂层具有耐冲蚀、抗冷热冲击、防腐蚀、防湿热、防霉菌的优良性能,在我国沿海舰载机防护涂层方面有着良好的潜在应用前景,也可以在民用领域应用于耐高温部件的涂装。【见附件用户试用报告】 市场分析和经济效益预测:该作品如果能通过中试生产,在耐高温、绝缘涂层、沿海湿热环境下有广阔的应用前景,如果能在沿海战斗机上适用其经济效益显著。通过工厂对该产品的试用表明,该涂料在民用领域也有较广阔的应用前景。【见附件用户试用报告】

同类课题研究水平概述

飞机飞行时由于空气动力热和发动机散发出大量热的作用,蒙皮温度变化很大,当飞机马赫数达到2.5时蒙皮温度达到220℃;而降落到地面时,东北最低温度可达到-40℃以下,飞机蒙皮承受冷热交变冲击;飞行时还受到雨滴、冰雹和砂石的冲刷和磨蚀;在沿海地区特别蚀南方沿海地区,空气潮湿且含有盐雾,对飞机涂层的侵蚀更加严重。因此需要开发适应苛刻条件下的涂料。 有机/无机杂化材料实现了有机高分子材料和无机材料的分子级复合,比传统的复合材料具有更明显的优点,同时它还具备较强的材料性能可设计性。因此制备有特殊功能的有机/无机杂化材料成为材料科学研究的前沿领域。 董素芳采用溶胶—凝胶法制得二氧化硅(SiO2)及三氧化二铝(A12O3)溶胶,将其掺入到聚酞胺酸基体中,得到SiO2-Al2O3/聚酞亚胺杂化薄膜,该薄膜材料热分解温度提高。有研究者采用溶胶一凝胶法以二甲基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯为原料,用浸渍-提拉法在LYl2铝合金基体表面成功制备了有机一无机杂化涂层涂层。该有机/无机杂化涂层耐腐蚀性能优良。因此,通过有机/无机杂化可能合成一种耐蚀性能良好的新型涂层。 采用原位聚合工艺可以获得性能优良的有机/无机杂化纳米涂层,将经过表面处理的纳米粒子加入到单体中,混合均匀,然后适当条件引发单体可进行原位聚合。由于聚合物单体分子较小,粘度低,表面有效改性后的无机纳米粒子容易均匀分散,因此保证了体系的均匀性及各项物理性能。典型的代表有SiO2/PMMA, TiO2/聚丙烯酸酯杂化材料。 原位聚合法反应条件温和,粒子的纳米特性完好无损,同时在聚合过程中,只经一次聚合成型,不需热加工,避免了由此产生的降解,从而保持了基本性能的稳定。该方法成为制备有机/无机杂化材料的重要方法。 我国已有将有机硅应用于歼击机的涂装的案例,如有机硅聚氨酯瓷漆W04-1,由含羟基的有机硅树脂HDI和TDI的加成物组成,该涂层的耐热性较丙烯酸聚氨酯涂层好,但耐大气老化差一些,由于异氰酸中有TDI,易粉化。 目前,采用原位聚合方法制备有机/无机杂化材料制备的涂层有望抑制杂化膜内部有机和无机相可能发生的分离,获得综合性能良好的涂料和涂层。纳米TiO2具有无毒、无味、无刺激性、热稳定性好、抗菌作用快等优点,通过加入纳米TiO2粒子,可望获得有防霉菌性能的有机/无机杂化涂层。
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