聚二甲基硅氧烷在涂料中的應(yīng)用研究進(jìn)展

郭常青¹，邵亞詩(shī)¹，王　丹²，楊　凱¹，孫　琰¹，李其原¹，王　曉¹

（1. 海洋化工研究院有限公司，山東青島　266001；2. Technick Products，美國(guó)新澤西州南普蘭菲爾德　NJ 07080）

作者簡(jiǎn)介：郭常青（1982–），男，山東日照人。正高級(jí)工程師，本科，主要從事艦船涂料、工業(yè)重防腐涂料的研究。

引用格式：郭常青,邵亞詩(shī),王丹,等.聚二甲基硅氧烷在涂料中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國(guó)涂料,2025,40(11):14-21

摘　要：主要介紹了聚二甲基硅氧烷及其衍生物在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用，包括防腐蝕涂層、防污涂層、防冰涂層、超疏水涂層、阻燃涂層等，探討了其在不同類型防護(hù)涂料方面的優(yōu)缺點(diǎn)，并闡述了聚二甲基硅氧烷及其衍生物在不同類型功能涂層中的作用原理。展望了聚二甲基硅氧烷的發(fā)展方向及在涂料中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：聚二甲基硅氧烷；防腐涂料；防污涂料；防冰涂料；超疏水涂料

DOI：10.13531/j.cnki.china.coatings.2025.11.003

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0　前　言

　　金屬材料如鋼鐵、鎂合金、鈦合金等，因其強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好以及良好的可塑性和可加工性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、汽車工業(yè)以及海洋工業(yè)設(shè)施等，在現(xiàn)代工業(yè)中占據(jù)著舉足輕重的地位。但是，某些反應(yīng)性強(qiáng)的金屬在其使用環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)熱力學(xué)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生腐蝕甚至降解[1]。同時(shí)，海洋工業(yè)金屬設(shè)施面臨著嚴(yán)重的海洋生物污損等問(wèn)題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因腐蝕和海洋生物污損造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)上萬(wàn)億美元。盡管現(xiàn)在已經(jīng)研究開(kāi)發(fā)了更耐腐蝕的合金和金屬材料，但是防止金屬腐蝕仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題。目前常用的防腐防污方法是涂裝防腐防污涂層，阻礙腐蝕離子及海洋微生物對(duì)金屬造成危害[2]。國(guó)內(nèi)外曾采用有毒的鉻酸鹽化合物來(lái)制備防腐蝕涂層[3]，然而隨著環(huán)保意識(shí)的提高，鉻酸鹽的使用正在受到限制。而傳統(tǒng)防污涂料則通過(guò)釋放有毒物質(zhì)毒害沉降生物來(lái)達(dá)到防污效果[4]，有毒物質(zhì)直接釋放到海洋環(huán)境中會(huì)對(duì)其他海洋生物造成危害。最近，聚硅氧烷材料因其具有較低的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放，出色的耐候性和耐腐蝕性，低表面能及其分子結(jié)構(gòu)的易修飾性，在涂料領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。

　　多年來(lái)，為了改善由硅酸鹽和非硅酸鹽無(wú)機(jī)烷氧化物制備的保護(hù)涂層的防護(hù)性能，研究人員逐漸使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）型有機(jī)硅聚合物作為更有效和可靠的前驅(qū)體。已知，PDMS易被脂肪醇解聚，生成類似R（OSiMe2）mOR的結(jié)構(gòu)單元，這些結(jié)構(gòu)單元可與水分子反應(yīng)，生成新的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的PDMS型材料。PDMS型材料分子主鏈結(jié)構(gòu)是重復(fù)的Si—O—Si結(jié)構(gòu)單元，相較于C—C、C—O鍵，其Si—O鍵能更高（452 kJ/mol），因此有著更好的耐候性和熱穩(wěn)定性[5]。此外，Si—O鍵長(zhǎng)為0.164 nm、Si—O—Si鍵角約為143°，大于正四面體的鍵夾角（109°），這賦予了PDMS優(yōu)異的柔順性。PDMS型材料分子側(cè)鏈為有機(jī)基團(tuán)，如甲基、乙基和苯基等，硅氧鍵以及典型側(cè)基（如甲基）的化學(xué)特征使得硅氧烷鏈具有非常低的表面自由能和優(yōu)異的疏水性。與其他類型硅烷材料相比，PDMS具有柔順性好、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低（－125 ℃）[6]、表面自由能低等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足金屬基材在不同大氣環(huán)境下對(duì)涂層的要求，成為涂料的優(yōu)選材料[7-8]。本文對(duì)聚二甲基硅氧烷及其衍生物在防腐、防污等涂料中的應(yīng)用進(jìn)行了歸納總結(jié)，詳細(xì)介紹了聚二甲基硅氧烷在防腐、防污、防冰等涂料中的作用和研究現(xiàn)狀，為聚二甲基硅氧烷在涂料中的應(yīng)用提供了研究方向和相關(guān)參考。

1　聚硅氧烷在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用

1.1　聚二甲基硅氧烷防腐涂料

1.2　聚二甲基硅氧烷防污涂料

1.3　聚二甲基硅氧烷防冰疏水涂料

1.4　聚二甲基硅氧烷阻燃涂料

2　總結(jié)與展望

　　綜上所述，聚二甲基硅氧烷憑借其較高的Si—O鍵能、低表面能、柔順性好以及優(yōu)異的耐候性等特點(diǎn)，已成為推動(dòng)涂料技術(shù)升級(jí)的關(guān)鍵功能性材料之一，在涂料領(lǐng)域被廣泛關(guān)注和研究。

　　目前，聚硅氧烷涂料作為一種新型涂料，已被逐漸應(yīng)用于金屬材料的防腐防污保護(hù)，但其具有的低表面能特性，致使其在某些基材表面的附著力較低，需要進(jìn)一步推進(jìn)聚硅氧烷涂料與基材結(jié)合機(jī)理的研究，提高附著力。另外，聚硅氧烷涂料在固化過(guò)程中對(duì)環(huán)境要求較高，對(duì)聚二甲基硅氧烷前驅(qū)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，改善其對(duì)環(huán)境的敏感性，提高涂料的固化適應(yīng)性和穩(wěn)定性，拓展其應(yīng)用范圍，無(wú)論是在不同氣候地區(qū)的建筑涂裝、工業(yè)設(shè)備防護(hù)還是其他領(lǐng)域，都能發(fā)揮出更加可靠的性能。

　　現(xiàn)如今，涂料的發(fā)展正逐漸向高性能化、功能化、環(huán)境友好與智能化的戰(zhàn)略方向推進(jìn)，對(duì)材料的綜合性能提出了更高要求。在此背景下，掌握精準(zhǔn)調(diào)控聚二甲基硅氧烷分子結(jié)構(gòu)的技術(shù)和制備工藝，進(jìn)一步釋放聚二甲基硅氧烷作為多功能結(jié)構(gòu)基元的潛力，深入研究并創(chuàng)新應(yīng)用聚二甲基硅氧烷，推動(dòng)涂料全壽命周期的綠色化、提高涂層的長(zhǎng)效防護(hù)性與耐久性、賦予涂層智能與響應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)涂料產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破與可持續(xù)發(fā)展成為未來(lái)研究的重點(diǎn)及發(fā)展方向。

摘編自《中國(guó)涂料》2025年第40卷第11期，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊如下鏈接或掃描下方二維碼獲取文章全文。

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