文章重要内容

       中国科学院宁波材料技术与工程研究所宋育杰团队设计开发了一种室温湿气快速固化有机聚硅氮烷涂层材料，在潮湿环境中，该有机聚硅氮烷快速形成致密的-Si-N-和-Si-O-的混合交联网络结构，完全固化时间最快可达到8 h，具有高硬度、强附着力、疏水、防腐蚀的特性，可有效拓宽基材适配性和应用场景，满足多种应用场景下特种涂层的需求。

文章背景

       涂层作为材料表面改性的重要手段，在提升材料综合性能方面发挥着不可替代的作用。随着现代工业对材料性能要求的不断提高，市场对涂层的多功能性、极端环境适应性以及加工工艺高效性等提出了更高的要求。在众多涂层材料中，硅基聚合物具有优异的热稳定性、耐化学性以及良好的可加工性，已成为当前涂层材料研究的热点方向。其中，聚硅氮烷具有独特的―Si―N―主链结构，其结构致密度更高，附着强度、防渗透、抗老化性能更好。同时，通过引入不同反应性侧基进行分子层面的结构调控，可以满足耐高温、防腐蚀、防污及抗粘附等多功能涂层的需求。聚硅氮烷涂层的性能与其固化交联程度密切相关，一般通过热固化、紫外固化或湿气固化等方式实现交联。尽管高温热固化可显著提升固化速度，但许多热敏感基材因耐热性不足，在热固化过程中容易发生变形或降解，限制了其应用。紫外固化是利用紫外光引发交联反应，在基材表面产生固化薄膜层。这项技术需要特殊设备来实施，成本较高。湿气固化无需高温或复杂设备，在室温下即可完成，是最具成本效益和工业化潜力的固化方式。开发具有室温快速固化的聚硅氮烷涂层体系，可有效拓宽基材适配性和应用场景，具有广阔的应用前景。

文章概述

       最近，中国科学院宁波材料技术与工程研究所宋育杰团队设计开发了一种室温湿气快速固化有机聚硅氮烷涂层材料，该涂料以有机聚硅氮烷（OPSZ）为基础树脂，通过反应接枝硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH-550）进行修饰，制备得到改性聚硅氮烷OPSZ/KH-550（图1）。KH-550分子结构中的烷氧基团能够提供更多的活性交联位点，在固化过程中与聚硅氮烷体系发生反应，显著提高交联密度。这种增强的交联网络使分子链排列更加紧密，分子间作用力增强，会有效提升涂层的相关性能。未接枝KH-550的聚硅氮烷涂层固化进程较为缓慢，大约需要15天才能完全结束，这在一定程度上限制了其在实际应用中的时效性和高效性。改性聚硅氮烷OPSZ/KH-550体系涂层固化时间出现了显著降低，最快可缩短至8小时，这一优点使其在多个领域展现出广泛应用前景。

图1 硅烷偶联剂改性聚硅氮烷分子结构

KH-550对聚硅氮烷的改性使涂层的铅笔硬度由5H提升至7H，附着力维持在5B。这是因为涂层中KH-550含量的升高，涂层内部形成Si―O―Si网状结构增多，提高了涂层的交联程度，赋予了涂层较好的力学性能。改性聚硅氮烷OPSZ/KH-550体系涂层也具有优异的抗腐蚀性能，铝基底空白样品在6天后发生腐蚀，而涂层样品在120天后在涂层边缘才开始出现局部脱落，中间部位仍保持完整（图2）。聚硅氮烷通过水解缩合反应形成―Si―O―和―Si―N―的有机无机杂化交联网络结构，涂层中微孔和裂纹大量减少，有效阻隔氯离子向内部渗透。同时，湿气环境中可发生二次交联反应，实现微裂纹自修复，从而延缓腐蚀进程，提升涂层使用寿命。

图2 改性聚硅氮烷OPSZ/KH-550体系涂层中性盐雾实验

本研究验证了聚硅氮烷在快速固化涂层领域的应用潜力，对进一步探索该聚硅氮烷涂层体系的多功能化设计和应用场景拓宽提供了重要参考。论文第一作者为江西理工大学和中国科学院宁波材料技术与工程研究所共同培养硕士研究生牛勇超，通讯作者为李天昊博士、宋育杰研究员。

引用本文：

室温湿气快速固化聚硅氮烷的合成及涂层性能研究.