一种改性聚硅氮烷纳米复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种改性聚硅氮烷纳米复合材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：使表面含羟基的纳米微粒与双端型聚硅氧烷发生接枝反应，制得改性纳米微粒；以及，使所述改性纳米微粒与聚硅氮烷发生脱水缩合反应，制得改性聚硅氮烷纳米复合材料。本发明专利技术制备的改性聚硅氮烷纳米复合材料或疏水耐磨耐候耐温涂层克服了以往的聚硅氮烷耐磨不抗冰黏附，超疏水但耐磨性变差的局限，其具有耐低温防结冰以及耐高温极端环境的特性。及耐高温极端环境的特性。及耐高温极端环境的特性。

【技术实现步骤摘要】
一种改性聚硅氮烷纳米复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于纳米复合材料
，涉及一种改性聚硅氮烷纳米复合材料及其制备方法与应用，尤其涉及一种改性聚硅氮烷纳米复合材料、基于该纳米复合材料的疏水耐磨耐候耐温涂层及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]结构表面的结冰对飞机、船舶、风力风电，电网系统、交通运输和一些能源设备带来很多的危害，甚至会造成安全事故。
[0003]普通的材料表面与水的接触角为30
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80度，在表面很容易形成水膜，并且水膜不易滑落。在零下低温环境中就容易结冰。在这些结构基材表面采用高疏水性的涂层，使水膜难以形成，或者让雨水水滴很容易滑落，或者结冰后也容易被清除。总结防覆冰的机理通常有三种：第一是具有低的表面能，当水滴与涂层表面相互作用时，水滴在结冰前很容易反弹滚落或脱离表面，不会在表面结冰，从而达到防结冰的效果。第二是结冰延迟，延长结冰时间或者在更低温度下结冰。具有更大接触角的水滴在低温下表现出更大的结晶能垒，从而更难结冰，同时更大的比表面积使得水滴有更小的能量转换，致使完全结冰时间更长。第三是低冰剪切力，通过形成微纳结构的疏水表面下留有很多空穴，如果水滴在表面是Cassie
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Baxter润湿模型相当于降低了冰的接触面积，冰粘附力降低。
[0004]具有超疏水特性涂层作为一种的具有被动防冰的功能材料受到了研究和工业应用的关注。氟树脂和硅树脂是最为广泛应用的疏水表面材料，氟碳树脂虽然具有除冰，良好的耐候性，但硬度和耐磨性差，在极端恶劣环境下不耐久性。目前的微纳结构的超疏水材料虽然具有明显的疏水性，但仍存在表面结构易破坏，耐化学和耐机械性能差的问题。
[0005]具有优异防冰的有机硅，氟碳等低表面能树脂做成的涂层非常的软，在应用过程中很容易被风沙所破坏，在高速的剪切力下很容易被撕开，所以这些化合物并没有在风电叶片，飞机或者动车的车身获得应用。另一种是采用表面形成微钠结构的方式如荷叶仿生的效果的表面，但是这种涂层存在的一个普遍问题是表面的微纳结构易被破坏而失去原来的表面特性，不能提供长效的功能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种改性聚硅氮烷纳米复合材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0008]本专利技术实施例提供了一种改性聚硅氮烷纳米复合材料的制备方法，其包括：
[0009]使表面含羟基的纳米微粒与双端型聚硅氧烷发生接枝反应，制得改性纳米微粒；
[0010]以及，使所述改性纳米微粒与聚硅氮烷发生脱水缩合反应，制得改性聚硅氮烷纳米复合材料。
[0011]本专利技术实施例还提供了前述方法制备的改性聚硅氮烷纳米复合材料。
[0012]本专利技术实施例还提供了一种疏水耐磨耐候耐温涂层的制备方法，其包括：
[0013]提供前述的改性聚硅氮烷纳米复合材料；
[0014]将所述改性聚硅氮烷纳米复合材料施加于基材表面，并于10～120℃固化12～36h，制得疏水耐磨耐候耐温涂层；
[0015]本专利技术实施例还提供了前述方法制备的疏水耐磨耐候耐温涂层。
[0016]本专利技术实施例还提供了前述的改性聚硅氮烷纳米复合材料或疏水耐磨耐候耐温涂层于耐低温、防结冰或耐高温领域中的用途。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术制备的改性聚硅氮烷纳米复合材料或疏水耐磨耐候耐温涂层克服了以往的聚硅氮烷耐磨不抗冰黏附，超疏水但耐磨性变差的局限，其具有耐低温防结冰以及耐高温极端环境的特性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本专利技术一典型实施方案中疏水耐磨耐候耐温涂层的结构示意图；
[0020]图2a
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图2b是本专利技术实施例1中PDMS、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、二氧化钛改性前后的红外谱图；
[0021]图3a
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图3b是本专利技术实施例1中未改性TiO2和改性TiO2的TG、DTG曲线图；
[0022]图4a
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图4c是本专利技术实施例1中未改性TiO2、改性TiO2和改性二氧化钛与聚硅氮烷混合的TEM图；
[0023]图5是本专利技术实施例1中改性TiO2与聚硅氮烷的反应效果图；
[0024]图6a
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图6b是本专利技术实施例1中未添加和添加改性TiO2含量的疏水耐磨耐候耐温涂层表面的SEM图像；
[0025]图7是本专利技术实施例1中低表面能的涂层对水滴表现出低黏附图；
[0026]图8a
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图8b是本专利技术实施例1中涂层磨耗后质量随循环次数的变化及质量损失随循环次数的变化图；
[0027]图9是本专利技术实施例1中涂层的结冰延迟实验图；
[0028]图10是本专利技术实施例1中M
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TiO2‑
30％的疏水耐磨耐候耐温涂层的冰剪切强度随紫外老化时间的变化图。
具体实施方式
[0029]鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]具体的，作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的一种改性聚硅氮烷纳米复合材料的制备方法包括：
[0031]使表面含羟基的纳米微粒与双端型聚硅氧烷发生接枝反应，制得改性纳米微粒；
[0032]以及，使所述改性纳米微粒与聚硅氮烷发生脱水缩合反应，制得改性聚硅氮烷纳米复合材料。
[0033]在一些优选实施方案中，所述表面含羟基的纳米微粒包括SiO2、TiO2、Fe3O4、CaCO3、ZnO、GO中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
[0034]在一些优选实施方案中，所述表面含羟基的纳米微粒的粒径为5～500nm。
[0035]在一些优选实施方案中，所述双端型聚硅氧烷是由聚硅氧烷和硅烷偶联剂水解缩合反应制得。
[0036]进一步地，所述聚硅氧烷具有下式中任一者所示的结构：
[0037][0038]进一步地，所述硅烷偶联剂具有下式中任一者所示的结构：
[0039][0040]在一些优选实施方案中，所述聚硅氮烷具有下式中任一者所示的结构：
[0041][0042]其中，R1、R2均独立地选自氢、C1
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C20的烷基、C2
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C20的烯基、C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性聚硅氮烷纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括：使表面含羟基的纳米微粒与双端型聚硅氧烷发生接枝反应，制得改性纳米微粒；以及，使所述改性纳米微粒与聚硅氮烷发生脱水缩合反应，制得改性聚硅氮烷纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述表面含羟基的纳米微粒包括SiO2、TiO2、Fe3O4、CaCO3、ZnO、GO(氧化石墨烯)中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述表面含羟基的纳米微粒的粒径为5～500nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述双端型聚硅氧烷是由聚硅氧烷和硅烷偶联剂水解缩合反应制得；优选的，所述聚硅氧烷具有下式中任一者所示的结构：优选的，所述硅烷偶联剂具有下式中任一者所示的结构：4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚硅氮烷具有下式中任一者所示的结构：其中，R1、R2均独立地选自氢、C1
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C20的烷基、C2
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C20的烯基、C6
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C20的芳基、C1
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C20的烷氧基、C1
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C20烷基
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NH
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中的任一者，x，y，n均独立地选自1
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100的整数。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括：使包含表面含羟基的纳米微粒、双端型聚硅氧烷和第一溶剂的第一混合反应体系于40～60℃反应5～12h，制得所述改性纳米微粒；优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：涂创时代苏州科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：