聚二甲基硅氧烷在涂料中的應用研究進展

郭常青1，邵亞詩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，美國新澤西州南普蘭菲爾德　NJ 07080）

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

　　引用格式：郭常青,邵亞詩,王丹,等.聚二甲基硅氧烷在涂料中的應用研究進展[J].中國涂料,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域的應用，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涂料方面的優缺點，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展方向及在涂料中的應用前景。

　　關鍵詞：聚二甲基硅氧烷；防腐涂料；防污涂料；防冰涂料；超疏水涂料

　　0　前　言

　　金屬材料如鋼鐵、鎂合金、鈦合金等，因其強度高、導熱性好以及良好的可塑性和可加工性等特點，被廣泛應用于機械制造、航空航天、汽車工業以及海洋工業設施等，在現代工業中占據著舉足輕重的地位。但是，某些反應性強的金屬在其使用環境中會出現熱力學不穩定的現象，隨著使用時間的延長，會發生腐蝕甚至降解[1]。同時，海洋工業金屬設施面臨著嚴重的海洋生物污損等問題，據統計，全球每年因腐蝕和海洋生物污損造成的經濟損失高達上萬億美元。盡管現在已經研究開發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具有挑戰性的難題。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金屬造成危害[2]。國內外曾采用有毒的鉻酸鹽化合物來制備防腐蝕涂層[3]，然而隨著環保意識的提高，鉻酸鹽的使用正在受到限制。而傳統防污涂料則通過釋放有毒物質毒害沉降生物來達到防污效果[4]，有毒物質直接釋放到海洋環境中會對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性有機化合物（VOC）排放，出色的耐候性和耐腐蝕性，低表面能及其分子結構的易修飾性，在涂料領域得到廣泛關注。

　　多年來，為了改善由硅酸鹽和非硅酸鹽無機烷氧化物制備的保護涂層的防護性能，研究人員逐漸使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）型有機硅聚合物作為更有效和可靠的前驅體。已知，PDMS易被脂肪醇解聚，生成類似R（OSiMe2）mOR的結構單元，這些結構單元可與水分子反應，生成新的、結構簡單的PDMS型材料。PDMS型材料分子主鏈結構是重復的Si—O—Si結構單元，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定性[5]。此外，Si—O鍵長為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優異的柔順性。PDMS型材料分子側鏈為有機基團，如甲基、乙基和苯基等，硅氧鍵以及典型側基（如甲基）的化學特征使得硅氧烷鏈具有非常低的表面自由能和優異的疏水性。與其他類型硅烷材料相比，PDMS具有柔順性好、玻璃化轉變溫度低（－125 ℃）[6]、表面自由能低等優點，能夠滿足金屬基材在不同大氣環境下對涂層的要求，成為涂料的優選材料[7-8]。本文對聚二甲基硅氧烷及其衍生物在防腐、防污等涂料中的應用進行了歸納總結，詳細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狀，為聚二甲基硅氧烷在涂料中的應用提供了研究方向和相關參考。

　　1　聚硅氧烷在涂料領域的應用

　　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、柔順性好以及優異的耐候性等特點，已成為推動涂料技術升級的關鍵功能性材料之一，在涂料領域被廣泛關注和研究。

　　目前，聚硅氧烷涂料作為一種新型涂料，已被逐漸應用于金屬材料的防腐防污保護，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，需要進一步推進聚硅氧烷涂料與基材結合機理的研究，提高附著力。另外，聚硅氧烷涂料在固化過程中對環境要求較高，對聚二甲基硅氧烷前驅體進行結構修飾，改善其對環境的敏感性，提高涂料的固化適應性和穩定性，拓展其應用范圍，無論是在不同氣候地區的建筑涂裝、工業設備防護還是其他領域，都能發揮出更加可靠的性能。

　　現如今，涂料的發展正逐漸向高性能化、功能化、環境友好與智能化的戰略方向推進，對材料的綜合性能提出了更高要求。在此背景下，掌握精準調控聚二甲基硅氧烷分子結構的技術和制備工藝，進一步釋放聚二甲基硅氧烷作為多功能結構基元的潛力，深入研究并創新應用聚二甲基硅氧烷，推動涂料全壽命周期的綠色化、提高涂層的長效防護性與耐久性、賦予涂層智能與響應功能，實現涂料產業技術突破與可持續發展成為未來研究的重點及發展方向。

　　摘編自《中國涂料》2025年第40卷第11期，詳細內容請點擊文末“閱讀原文”或掃描下方二維碼獲取文章全文。

　　https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=8witAuWEzbN14NcWmKc0yBiAjTOJ9i6SpXtmrsgLKrU2dTciL95cAGmX9jk2k5Ed0qXoSWTblhgJtNeqSjOe9CThftqSlgwxKF7q2Vfp-h0gm4J7dzpiyUl6UriUQWk0mqiHBQ2P-ZcBm94YzlCm2Yb-mopQkS4UAa37wcDRFuzVfb7oXM8sRw==&uniplatform=NZKPT&language=CHS

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