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环保型纳米TiO2改性水性环氧涂料的研制,通过正交实验和单因素实验,以涂膜的拉伸强度为依据
2019年10月04日    阅读量:1466     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

目前常用的环氧树脂涂料大部分是溶剂型,其中的有机挥发物大多属于易燃易爆及有毒物质。如直接排放到大气中,在紫外线辐射下会产生光烟雾或形成酸雨,对环境造成严重污染[1]。


因此,对环氧树脂涂料的水性化研究具有重要意义中国建材网cnprofit.com。因环氧树脂较脆,其力学性能不够完善[2],而纳米TiO2颗粒小,具有极强的表面活性,与环氧树脂结合可明显提高涂层的结合力、硬度和拉伸强度[3]。


通过化学接枝改性法,将甲基丙烯酸乙酯接枝到环氧树脂上使其获得亲水基而水性化,并添加纳米TiO2,使制备的涂料具有较好的拉伸强度,良好的附着力,较高的热稳定性和耐水、耐酸碱性能。


1 实验部分

1.1 主要原料

环氧树脂E-44,沈阳正泰防腐材料有限公司;过氧化苯甲酰,沈阳华特化学有限公司;甲基丙烯酸乙酯,沈阳德美化工有限公司;乙二胺,沈阳第一有机化工股份有限公司;纳米TiO2(30~50 nm),上海润和纳米材料公司。

1.2 主要仪器与设备

数显恒温水浴锅,HH-4 型,常州国华电器厂;傅里叶红外光谱,FT2000 型, 美国尼高力公司;热重测试仪,STA449C 型, 德国耐驰公司; 拉伸试验机,XLD-1KN 型,承德试验机有限责任公司。

1.3 制备工艺

在装有搅拌器、滴液漏斗、冷凝管及温度计的四口烧瓶中依次加入一定量的E-44, EMA,BPO,控制反应温度和反应时间制备接枝共聚物;接着加入一定量的氨水和蒸馏水,调节pH 值为7 左右得乳液,室温保存。最后依次加入纳米TiO2、二甲基硅油, 高速搅拌即得环保型纳米TiO2改性水性环氧涂料,与相应的固化剂乙二胺配量使用。配方见表1 所示。

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1.4 性能检测

傅里叶红外光谱仪检测内部基团;热重测试仪检测其热稳定性;吸水率根据GB/T 1738-1979《绝缘漆漆膜吸水率测定法》标准测定; 附着力按照GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》标准测定;贮存稳定性根据GB/T 6753.3-1986《涂料贮存稳定性试验方法》进行测定; 拉伸强度根据GB/T 16421-1996《塑料拉伸性能小试样试验方法》标准测定;耐水性根据GB/T 1733-1993《漆膜耐水性测定法》标准测定; 耐酸性和耐碱性根据GB/T1763-1979《漆膜耐化学试剂性测定法》标准测定。


2 结果与讨论

2.1 正交设计实验

水平因素见表2 所示,正交实验见表3 所示。

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2.2 正交实验结果

由表3 可知,通过正交实验的极差分析,各因素对涂膜的平均拉伸强度的影响顺序是:A>B>C>D>E。故最佳方案为A3B2C2D2E3。即固化剂乙二胺为10%,EMA 为3%,BPO 为2%, 反应温度70 ℃,反应时间60 min。


2.3 红外光谱分析

接技共聚物红外光谱见图1 所示。从图1 可以看出,1 602 cm-1 为对位取代苯氧基的特征吸收峰,1 258 cm-1 处为环氧树脂的C-O 伸缩振动,1 157cm-1 处-C(CH3)2-骨架振动,830 cm-1 和1 501 cm-1处为的苯环上的对位双取代特征峰;1 725 cm-1 处有很强的C-O 的伸缩振动。证明甲基丙烯酸乙酯确实接枝到了环氧分子链上。红外光谱证实了甲基丙烯酸乙酯与环氧树脂形成接枝共聚物。

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2.4 纳米TiO2加入量对涂膜拉伸强度的影响

纳米TiO2加入量对涂膜拉伸强度的影响见图2 所示。在体系含有3%纳米TiO2的时候,涂膜的拉伸强度最大,但超过3%后,拉伸强度急剧下降。原因是纳米TiO2的表面活性很强, 可以加剧涂层高分子链段的运动,提高拉伸强度。但是纳米微粒的含量太高,其聚集倾向越严重,分散的难度也就越大,从而使涂膜的拉伸强度下降。

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2.5 热重分析

热重分析如图3、图4 所示。未改性环氧涂料的起始分解温度Ti 为303.51℃,50%热失重的温度为393.62 ℃,热反应终止温度Tf 为616.03 ℃(此时质量剩余率为13.97%)。纳米复合改性水性环氧涂料的Ti 为315.46 ℃,50%热失重的温度为406.65℃,Tf 为725.04 ℃(此时质量剩余率为17.98%)。说明纳米粒子的加入提高了涂料的热稳定性,原因是环氧基团在界面上与纳米粒子产生远大于范德华力的作用力,形成非常理想的界面,能起到很好的引发微裂纹、吸收能量的作用,使分子间的作用力更强,热稳定性能得到提高。

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2.6 涂料的主要性能指标

涂料的主要性能检测结果如表4 所示。

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3 结论

(1)接枝共聚物的最佳工艺条件是:固化剂乙二胺添加量为10%,EMA 添加量为3%,BPO 添加量为2%,反应温度70 ℃,反应时间60 min。

(2)甲基丙烯酸乙酯确实接枝到了环氧分子链上。甲基丙烯酸乙酯与环氧树脂形成接枝共聚物。

(3)纳米TiO2的最佳添加量为3%。

(4)制备的环保型纳米TiO2改性水性环氧涂料的冲击强度显著提升,涂膜具有较高的机械强度、良好的附着力、较好的热稳定性和耐水、耐酸碱性能。


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