一种柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料及其制备方法和应用

本发明属于防护涂层，具体涉及一种柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，表面涂层技术已成为保护海底设备表面免受生物污染和腐蚀、降低航行阻力的有效方法之一，涂层方法简单可行、成本低、防护能力强，具有良好的应用前景。

2、聚硅氮烷涂层作为一种低表面能涂层，含有丰富的si-n-si键，极易与基体表面的-oh结合，与基体具有良好的结合力；并且聚硅氮烷涂层固化后硬度高、耐磨性好。但是，单一的聚硅氮烷涂层在固化后存在着脆性大、易开裂的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料及其制备方法和应用。采用本发明柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料制得的涂层，柔韧性好，且具有优异的润滑、耐磨及防腐性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料，包括以下重量份数的组分：

4、改性聚硅氮烷5～20份，活性填料5～15份，分散介质60～80份和助剂0.1～0.5份；

5、所述改性聚硅氮烷为柔性链接枝改性的聚硅氮烷，由聚硅氮烷和柔性高分子化合物通过接枝反应制得，所述柔性高分子化合物的数均分子量为1000～10000；

6、所述柔性高分子化合物包括单羟基化合物、双羟基化合物和多羟基化合物中的一种或多种；

7、所述单羟基化合物包括全氟聚醚醇、二甲基羟基硅油、羟丙基硅油和全氟聚醚硅氧烷中的一种或多种；

8、所述双羟基化合物包括双端羟基化合物或其他双羟基化合物；所述双端羟基化合物包括聚乙二醇、聚丙二醇、双端羟基硅油、双端羟丙基硅油、双端羟基全氟聚醚、双端羟基聚丁二烯、双端羟基聚苯醚和双端醇羟基长链烷基硅油中的一种或多种；所述其他双羟基化合物包括全氟聚醚双醇和/或含氟聚醚二元醇；

9、所述多羟基化合物包括二聚丙三醇、聚乙烯醇、线形多羟基聚酯、多羟基聚硫醚酯和多羟基聚丁二烯中的一种或多种。

10、优选的，所述聚硅氮烷包括聚甲基氢硅氮烷、聚硼硅氮烷、炔丙基聚硅氮烷、聚硅氧硅氮烷、n-甲基聚硅氮烷、超支化烯丙基聚硅氮烷、乙烯基聚硅氮烷、甲基聚硅氮烷、含氟聚硅氮烷、聚脲硅氮烷和全氢聚硅氮烷中的一种或多种。

11、优选的，所述活性填料包括二维材料、改性二维材料和其他填料中的一种或多种；所述二维材料包括二维硼化物mbene、mxene、bn、vs2、mos2、石墨烯和wse2中的一种或多种；所述改性二维材料包括mxene@mos2和/或bn@go；所述其他填料包括金属氧化物、氟化物和硼化物中的一种或多种。

12、优选的，包括以下重量份数的组分：

13、改性聚硅氮烷2.6份，活性填料2.2份，分散介质15份和助剂0.06份。

14、本发明还提供了上述技术方案所述的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料的制备方法，包括以下步骤：

15、将聚硅氮烷、柔性高分子化合物、催化剂和有机溶剂混合进行接枝反应，得到改性聚硅氮烷；

16、将改性聚硅氮烷、活性填料、分散介质和助剂混合，得到柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料。

17、优选的，所述聚硅氮烷和柔性高分子化合物的质量比为(5～15):(1～5)。

18、优选的，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡和/或n,n-二甲基乙醇胺；所述聚硅氮烷和催化剂的质量比为(5～15):(0.01～0.1)。

19、优选的，所述接枝反应的温度为30～60℃，时间为4～10h。

20、本发明还提供了上述技术方案所述的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料或上述制备方法制得的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料在防护涂层中的应用。

21、本发明还提供了一种柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂层，由上述技术方案所述的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料或上述制备方法制得的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料喷涂于金属基底表面得到，所述柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂层的厚度为5～50μm。

22、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

23、本发明提供了一种柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料，包括以下重量份数的组分：改性聚硅氮烷5～20份，活性填料5～15份，分散介质60～80份和助剂0.1～0.5份；所述改性聚硅氮烷为柔性链接枝改性的聚硅氮烷，由聚硅氮烷和柔性高分子化合物通过接枝反应制得，所述柔性高分子化合物的数均分子量为1000～10000。

24、本发明在聚硅氮烷上接枝柔性高分子化合物，柔性高分子化合物具有优异的润滑性能，能够改性聚硅氮烷，修饰的柔性长链能够自由旋转运动，赋予涂层表面类似液体的超润滑特性，几乎所有的极性和非极性液体在类液体表面上都不易黏附，可滑动且无残留，提升了表面的爽滑性；而且，柔性链的引入，可大大降低聚硅氮烷涂层的脆性，解决涂层易开裂的问题，提高涂层柔韧性；另外，具有优异润滑性能的长链柔性高分子化合物的引入也可降低涂层的摩擦系数。本发明采用具有润滑功能的液体润滑剂分子进行增韧的同时起到润滑效果。所述聚硅氮烷以si-nh-si键为重复单元，极易与基材表面的-oh结合，且能与金属原子如cr和fe形成si-o-cr和si-o-fe共价结构，从而与金属基材之间有强的结合强度，固化后转化成为致密性好、硬度高的siox涂层，赋予涂层优异的耐磨性能及防腐性能。

25、本发明还提供了一种柔性链接枝改性的聚硅氮烷基润滑防腐耐磨涂层，作为极端苛刻工况下(如强腐蚀、海水高压、微生物、高承载、高速度等)高端装备的润滑涂层使用时，不仅具有较低摩擦系数和磨损率，而且还具有优异的防腐性能、与基底附着力良好等优势。

技术特征：

1.一种柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

2.根据权利要求1所述的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料，其特征在于，所述聚硅氮烷包括聚甲基氢硅氮烷、聚硼硅氮烷、炔丙基聚硅氮烷、聚硅氧硅氮烷、n-甲基聚硅氮烷、超支化烯丙基聚硅氮烷、乙烯基聚硅氮烷、甲基聚硅氮烷、含氟聚硅氮烷、聚脲硅氮烷和全氢聚硅氮烷中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料，其特征在于，所述活性填料包括二维材料、改性二维材料和其他填料中的一种或多种；所述二维材料包括二维硼化物mbene、mxene、bn、vs2、mos2、石墨烯和wse2中的一种或多种；所述改性二维材料包括mxene@mos2和/或bn@go；所述其他填料包括金属氧化物、氟化物和硼化物中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

5.权利要求1～4任一项所述的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚硅氮烷和柔性高分子化合物的质量比为(5～15):(1～5)。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡和/或n,n-二甲基乙醇胺；所述聚硅氮烷和催化剂的质量比为(5～15):(0.01～0.1)。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述接枝反应的温度为30～60℃，时间为4～10h。

9.权利要求1～4任一项所述的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料或权利要求5～8任一项所述的制备方法制得的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料在防护涂层中的应用。

10.一种柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂层，由权利要求1～4任一项所述的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料或权利要求5～8任一项所述的制备方法制得的柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料喷涂于金属基底表面得到，所述柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂层的厚度为5～50μm。

技术总结本发明属于防护涂层技术领域，具体涉及一种柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料及其制备方法和应用。本发明柔性链接枝改性的聚硅氮烷基涂料，包括以下重量份数的组分：改性聚硅氮烷5～20份，活性填料5～15份，分散介质60～80份和助剂0.1～0.5份；改性聚硅氮烷由聚硅氮烷和柔性高分子化合物通过接枝反应制得。本发明在聚硅氮烷上接枝柔性高分子化合物，修饰的柔性长链能够自由旋转运动，赋予涂层超润滑特性，同时降低涂层的脆性，降低涂层的摩擦系数。聚硅氮烷以Si‑NH‑Si键为重复单元，极易与基材表面的‑OH结合，且能与金属原子形成共价结构，结合强度高，固化后致密性好、硬度高，耐磨性及防腐性强。技术研发人员：于波,李谋吉,周峰,马玉霞,彭振军,吴杨,于强亮,杨武芳,裴小维受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/29