一种硅胶负载硅氧烷的功能助剂及其制备方法与应用

本发明属于新材料，具体涉及一种硅胶负载硅氧烷的功能助剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、功能型粉末涂料是粉末涂料研发方向之一，目前功能型粉末涂料主要有防粘、疏水、自润滑、防腐、自修复等种类。使用功能助剂与传统的粉末涂料相配伍是最常见的方法之一。最常用的硅氧烷--聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，简称pdms）是一种独特的硅树脂材料，具有多种特性和广泛的应用领域。首先，pdms具有出色的高温稳定性，这使得pdms在热传导材料、高温密封材料和耐高温润滑剂等领域得到广泛应用。其次，pdms在低温下仍可保持柔软性和弹性，从而让pdms在低温弹性体和低温防冻润滑剂等领域也同时具有优势。此外，pdms具有良好的化学稳定性，这使pdms被广泛应用于化学储存材料和化学试剂的包封材料等领域。再者，得益于其优良的绝缘性能和生物兼容性，其在电力行业和生物医学领域也都有应用。此外，pdms具有较低的表面能，使其具有优异的疏水性和低粘附性；疏水性使其能够有效抵抗水分和湿气的渗透，保护基材减缓腐蚀的发生和拓展。同时，低粘附性使其能应用于防冰和脱模领域。含pdms分子的防冰涂层表面冰块更容易脱落。而橡胶件、塑料件和混凝土在成型过程中，能够轻松从模具表面脱离，而不会对成型材料表面质量造成破坏，残留在模具上，影响后续成型过程。最后，pdms分子具有动态迁移性，能够在涂层表面受损时自动向表面扩散、迁移，恢复涂层的功能性，增强涂层的耐久性和抗损伤能力，并降低维护和修复的需求。然而，液态的硅氧烷直接往全固态的粉末涂料中添加时操作不便，添加量有限，总有效防粘次数少，耐久性差。

2、硅胶是一种有特殊孔隙结构的硅氧化物材料，它具有高度有序的孔隙结构，这种孔隙结构提供了大量的内部储存空间和较高的比表面积，使得硅胶在吸附，催化和负载领域有出色的表现。此外，硅胶还具有良好的热稳定性，化学惰性，能够在不同条件下较好地保持其结构和性能。硅胶容易获取且价格低廉，其孔径还可由合成方法进行调控以满足不同需求，是理想的载体材料。

3、专利cn109180985a公开了一种利用微米级中空介孔sio2微球与pdms共混交联改性的抗凝水医用硅胶材料。上述专利利用了硅胶的物理、化学稳定性及其开放的多孔隙结构，使其能够作为载体负载多种化学物质进而最终实现功能性材料的制备。但该专利仅仅是将pdms与中空介孔sio2微球进行简单共混结合，由于多孔硅胶内部大量且细小的孔洞中充满空气，因此该专利并不能将pdms装填到多孔结构内部，实现高比例的负载和负载量的大范围可控，更未涉及以硅胶为载体材料直接负载硅氧烷的工艺及其用于粉末涂料的应用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的旨在提供一种硅胶负载硅氧烷的功能助剂及其制备方法与应用。

2、为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明第一方面提供一种硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，将硅氧烷溶于溶剂中，得到硅氧烷溶液；向硅氧烷溶液中加入介孔硅胶，混合均匀，得到混合液；真空条件下除去所述混合液中的溶剂，得到所述硅胶负载硅氧烷的功能助剂。由于介孔硅胶内部充满空气，本发明在真空条件下除去硅氧烷溶液中的溶剂并排出硅胶中的空气，可以使硅氧烷进入硅胶孔道内部，提高硅氧烷的负载量并实现负载量的大范围可控。

4、根据上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，优选地，介孔硅胶与硅氧烷的质量比为1：0.1～3。

5、根据上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，优选地，所述溶剂与硅氧烷的用量比为（40～100）ml：1g。

6、根据上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，优选地，所述真空条件下除去混合液中的溶剂的具体操作为：将混合液所在容器的压力抽真空至1～1000 pa，保持0.1～3.0 h，然后恢复至常压；重复以上操作，直至混合液中的溶剂全部除去。

7、根据上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，优选地，所述硅氧烷为聚有机硅氧烷、氟硅烷中的至少一种，所述聚有机硅氧烷的分子量为50～100000，所述聚有机硅氧烷为羟基或甲基封端的聚有机硅氧烷。

8、根据上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，更加优选地，所述聚有机硅氧烷为聚二甲基硅氧烷，所述氟硅烷为三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的至少一种。

9、根据上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，优选地，所述溶剂为丙酮、异丙醇、己烷、氯仿、二氯甲烷、甲苯、石油醚、甲苯、二甲苯、三氟乙醇、六氟异丙醇、n-甲基吡咯烷酮、200号汽油、120号汽油中的至少一种。

10、根据上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，优选地，在加入介孔硅胶前，需要对介孔硅胶干燥除去多余的水分，所述干燥的温度为50～120 ℃，时间为0.5 h～12 h。

11、根据上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，更为优选地，所述介孔硅胶的中位粒径为1～20 μm，比表面积为50～400 m2/g，孔容为0.2～4.0 ml/g。

12、本发明第二方面提供一种上述制备方法制备的硅胶负载硅氧烷的功能助剂。

13、本发明第三方面提供一种上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂在涂料中的应用，优选地，上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂在粉末涂料中的应用，最优选地，上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂在疏水粉末涂料中的应用。

14、根据上述硅胶负载硅氧烷的功能助剂在粉末涂料中的应用，优选地，所述功能助剂在粉末涂料中的含量为1%～5%。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

16、（1）本发明以溶解在有机溶剂中的硅氧烷为有效成分主体，以干燥的介孔硅胶作为载体材料，二者混合后在真空作用下使有机溶剂彻底挥发，同时使硅氧烷分子进入到介孔硅胶的孔隙结构中。由于介孔硅胶大量的内部储存空间，本发明制得的功能助剂中硅氧烷的负载比例大且范围可调，例如在某些实施例中硅胶与硅氧烷的质量比可达1: 3。此外，由于介孔硅胶与有机涂料的相容性较好，相比传统的液体硅氧烷，本发明功能助剂还可以获得更均匀的分散性，从而使硅氧烷分子更方便地储存、转移和应用到粉末涂料中。

17、（2）本发明制备方法具有设备简单、操作简单、条件温和、无废液等优点，经济效益高。

18、（3）本发明所述硅胶负载硅氧烷的功能助剂可以作为功能性添加剂以制备功能性产品，如自修复型脱模涂层、疏水涂层、润滑涂层等。应用于粉末涂料时，负载到介孔硅胶中的硅氧烷可以在涂料内部稳定储存且在粉末涂料固化过程中持续向涂层表面迁移，从而恢复涂层表面的疏水性等功能。因此，该功能助剂在粉末涂料中的添加量大范围可调，制得的涂层表面疏水和润滑性能具有自修复性，总体耐久性较好。

技术特征：

1.一种硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，其特征在于：将硅氧烷溶于溶剂中，得到硅氧烷溶液；向硅氧烷溶液中加入介孔硅胶，混合均匀，得到混合液；真空条件下除去所述混合液中的溶剂，得到所述硅胶负载硅氧烷的功能助剂。

2.根据权利要求1所述的硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，其特征在于，所述介孔硅胶与硅氧烷的质量比为1：0.1～3。

3.根据权利要求1所述的硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂与硅氧烷的用量比为（40～100）ml：1g。

4. 根据权利要求3所述的硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，其特征在于，所述真空条件下除去混合液中的溶剂的具体操作为：将混合液所在容器的压力抽真空至1～1000 pa，保持0.1～3.0 h，然后恢复至常压；重复以上操作，直至混合液中的溶剂全部除去。

5.根据权利要求4所述的硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，其特征在于，所述硅氧烷为聚有机硅氧烷、氟硅烷中的至少一种，所述聚有机硅氧烷的分子量为50～100000，所述聚有机硅氧烷为羟基或甲基封端的聚有机硅氧烷。

6.根据权利要求5所述的硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，其特征在于，所述聚有机硅氧烷为聚二甲基硅氧烷，所述氟硅烷为三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮、异丙醇、己烷、氯仿、二氯甲烷、甲苯、石油醚、甲苯、二甲苯、三氟乙醇、六氟异丙醇、n-甲基吡咯烷酮、200号汽油、120号汽油中的至少一种。

8. 根据权利要求7所述的硅胶负载硅氧烷的功能助剂的制备方法，其特征在于，在加入介孔硅胶前，需要对介孔硅胶进行干燥，所述干燥的温度为50～120 ℃，时间为0.5 h～12 h。

9.权利要求1～8任一所述制备方法制备的硅胶负载硅氧烷的功能助剂。

10.权利要求9所述的硅胶负载硅氧烷的功能助剂在涂料中的应用。

技术总结本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种硅胶负载硅氧烷的功能助剂及其制备方法与应用。本发明以溶解在有机溶剂中的硅氧烷为有效成分主体，以干燥的介孔硅胶作为载体材料，二者混合后在真空作用下使有机溶剂彻底挥发，同时使硅氧烷分子进入到介孔硅胶的孔隙结构中。由于介孔硅胶大量的内部储存空间，本发明制得的功能助剂中硅氧烷的负载比例大且范围可调，例如在某些实施例中与硅胶硅氧烷比例为1:0.1～3。此外，由于介孔硅胶与有机涂料的相容性较好，相比传统的液体硅氧烷，本发明功能助剂还可以获得更均匀的分散性，从而更方便地储存、转移和应用到粉末涂料中。技术研发人员：张辉,祝京旭,黄金宝,郑浩轩受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30