新型硅树脂开辟更广阔的应用领域

硅酮树脂和硅酮杂化树脂的化学结构使其具有其他类型树脂所不能达到的显著性能。这些粘合剂被用作许多工业应用的主要成分，从建筑保护的耐气候和耐化学涂料到耐高温涂料。

硅酮树脂主要用于后者的应用，因为它们的硅酮含量更高，而且比硅酮混合树脂更耐高温。耐高温涂料——用于排气系统、工业烤箱、烤架和燃烧室——必须保持防腐蚀和耐候性，并满足对热稳定性的很高要求。这样的涂层通常用于干膜厚度为20-25微米的钢上。

根据它们的化学结构，硅树脂可以表现出以下特殊性能:

耐高温涂料中用作溶剂型、液态型和乳液型粘结剂的硅树脂主要有甲基硅树脂和甲基-苯基硅树脂。只含苯基的硅酮树脂在小众应用中使用，因为合成的涂料是热塑性的，因此并不总是合适的。

甲基硅树脂是有机含量最低的聚甲基硅氧烷。如果配方为非色素涂层，长期耐温将在180°C至200°C之间。然而，这并不常见。

通过添加无机颜料如铝片、云母或黑氧化铁，着色膜的温度稳定性可提高至600°C。

长期暴露在高温下通常会导致甲基完全氧化，留下SiO₂骨架。这种与二氧化硅的化学类比解释了这类树脂的部分无机特性。在商业上，甲基硅树脂主要分布在溶剂中。

因此，该树脂保留了聚甲基硅氧烷的以下特性:

除了甲基，甲基苯基硅树脂的苯基含量一般超过20%。这些树脂中的苯基增加了200-250°C的长期耐热性。例如，通过添加无机颜料，耐热性(取决于配方)也可以提高到650°C。

与有机化合物的相容性，如树脂粘合剂，明显改善。这种改善的混相性意味着甲基-苯基有机硅树脂经常被用作合成杂化有机硅树脂的起始点。然而，这些甲基-苯基硅树脂不容易与甲基硅树脂混溶，因为它们的极性差异很大。甲基苯基硅树脂通常以芳香族溶剂供应。

甲基有机硅树脂和甲基苯基有机硅树脂通常分为两种:经典的热固化系统，在高温下在烤箱中干燥，以达到其最终的涂膜性能，和新颖的和通用的环境固化系统。

在经典的热固化系统中，首先发生物理干燥，即溶剂从涂料配方中逸出。随后，施加的热量引发树脂分子的化学交联。相比之下，环境固化系统不需要加热。物理干燥和化学交联在室温下同时发生。

化学交联不是由热引起的，而是由在大气中有水分的情况下加入催化剂引起的。不同的固化条件和工艺如图1所示。

为了在大气湿度存在的情况下加速室温固化体系的固化，必须添加适当的催化剂，如催化剂1(钛酸四正丁酯，TnBT)或催化剂1和催化剂2的混合物(四甲基胍，TMG)。这些化合物的化学结构分别如图2和图3所示。

在这样的组合中，催化剂1通过与聚合物形成化学键而作为刘易斯酸反应，催化剂2作为强碱加速反应速率。两种催化剂在二甲苯中均可混溶。相对于所使用的硅树脂的固体含量，添加的量为0.5-6%。

对于完全交联，重要的是要认识到大气湿度的存在是至关重要的，因为水是水解环境温度固化硅树脂的烷氧基所必需的。只有水解后硅醇基团才能缩合。

因此，膜的固化机制是水解-缩合反应(图4)，它需要水(大气湿度)的存在，不需要传统热固化系统所必需的高温。结合剂体系之间决定性的结构差异是功能密度和分子量(图5)。

甲基硅树脂和甲基-苯基硅树脂烘烤系统，在烤箱中高温固化，具有明显高于环境固化硅树脂的分子量。此外，烘烤树脂的烷氧基或硅醇基的功能密度也很低。通常情况下，这种硅树脂在大约30分钟的温度下热固化。250°C，获得坚硬，完全交联的涂层。

环境固化硅树脂是高烷氧基功能，低分子量的硅树脂元素。低分子量导致产品具有非常低的粘度，因此允许非常好的加工性，例如在喷雾应用。此外，这种体系具有非常高的活性物质含量，这允许配方的高固相涂料体系具有非常低的VOC含量。

一般来说，环境固化甲基硅树脂中的烷氧基含量约为15-30% w/w，在市场上可获得的活性物质含量高达100%。

在甲基苯基有机硅树脂领域，水解/缩合反应催化的最新进展使室温交联有机硅树脂的大规模固化成为可能。

一种新型甲基苯基硅氧烷树脂的甲氧基含量在15 - 20% w/w之间，活性物质含量为90%(溶剂:二甲苯)。需要注意的是，约130 mPas的低粘度，这给了配方剂很大的自由度，因为在涂层制造过程中，可能只需要添加非常少量的溶剂。其好处是在最初的烘烤过程中烟的形成非常低。

由于在某些应用领域的规定，新的高固体硅树脂的开发是基于乙氧基功能衍生物。这种树脂的乙氧基含量在18 - 25% w/w之间，活性物质含量为95%(溶剂:乙酸甲氧基丙酯)，具有非常低的粘度，只有大约50 mPas，特别适合于溶剂含量非常低的油漆系统。

一般来说，甲基苯基硅树脂固化膜的特点是附着力好，柔韧性好，与有机组分的相容性好。甲基硅氧烷树脂的甲氧基含量为30-40% w/w，活性物质含量为100%。结合极低的粘度约10毫帕，这使得添加溶剂的配方几乎没有必要。

在第一次烘烤过程中产生的烟几乎可以完全忽略。固化后的薄膜硬度很高，具有良好的色稳定性和较强的拒水性。在常温下干燥的优点是显而易见的。在高温下固化时，要涂覆的物体的尺寸受到烘箱尺寸的限制。

有了环境固化的硅树脂，即使是较大的物体(通常对烤箱来说太大)也可以使用基于耐高温硅树脂的涂料进行涂覆，从而为耐高温涂料的应用开辟了进一步的领域。然而，应该注意的是，在固化这些树脂的过程中会释放出大量的酒精。

最后，但并非最不重要的是，环境固化硅树脂的能耗明显低于热固化系统。

硅树脂在耐高温涂料领域的商业成功是基于其特殊的性能。除了传统的热固化系统，环境固化系统也取得了越来越大的成功。

这些系统在环境温度下使用催化剂在大气湿度的存在下固化，从而节约了烘烤所需的能源。要涂覆的零件的尺寸不受烤箱尺寸的限制，因此开辟了进一步的应用领域，特别是在工业上。

传统的热固化硅树脂产生的烟雾和VOC含量显著降低，从而满足不断增加的更环保涂料系统的目标。

硅树脂被广泛用于制造耐热涂料。它们的自然工作温度极限是200-250°C，但可以通过使用合适的颜料大大提高。
概述了用于此目的的两种主要类型(甲基硅树脂和甲基苯基硅树脂)的性能。通常，这些都是经过热固化的。然而，新类型的树脂可以通过催化剂在环境温度下通过水解-缩合反应固化。
环境固化系统的优点包括改善早期耐水性，永久耐温度高达600°C，暴露在高温下时烟雾生成低。它们也允许那些太大的物体在烤炉上涂覆。
此外，它们的分子量比烘烤树脂低得多，因此可以用低到零溶剂含量配制。