水性環(huán)氧防腐蝕納米涂料的研究.pdf

1、隨著人們環(huán)保意識的逐漸增強，水性防腐涂料的研制已成為涂料發(fā)展的重要方向和研究熱點。環(huán)氧樹脂涂料附著力高、耐腐蝕性能優(yōu)良，其優(yōu)異的性能不僅在溶劑型防腐涂料中得到充分體現(xiàn)，也充分應(yīng)用在水性防腐涂料中。但環(huán)氧樹脂難溶于水，只溶于有機溶劑，故環(huán)氧樹脂的水性化是水性環(huán)氧防腐涂料制備的關(guān)鍵。目前我國的產(chǎn)品主要采用機械或乳化的方法制備水性環(huán)氧樹脂，制得的樹脂乳液存在粒徑較大、貯存穩(wěn)定性不佳等缺點。本實驗在不加乳化劑的前提下，采用接枝共聚方法在環(huán)氧樹脂

2、分子鏈上引入羧基，并通過加入功能單體的方法對環(huán)氧樹脂進行親水性改性。制備出粒徑小且穩(wěn)定的水性環(huán)氧乳液，從而制備水性環(huán)氧涂料并對其進行性能測試。在此基礎(chǔ)上，本文首次在自制的水性環(huán)氧乳液中加入表面冷等離子接枝改性的碳納米管來進行水性防腐蝕環(huán)氧涂料的制備，考察碳納米管的加入對其防腐蝕性能的影響。 1．采用接枝共聚合法制備出粒徑可達150 nm左右的水性環(huán)氧乳液。通過大量實驗研究了單體配比、引發(fā)劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、單體和引發(fā)劑的

3、加料方式等對乳液接枝率的影響。合成水性環(huán)氧丙烯酸乳液的最佳反應(yīng)條件為：單體配比MAA/BA/St為28 wt％/10 wt％/10 wt％，BPO的用量為4.0 wt％，反應(yīng)溫度為110℃，反應(yīng)時間為6h，采用滴加法在兩小時內(nèi)將單體滴完(滴加速度為10 s/d)，引發(fā)劑采用滴加法和批量法結(jié)合的方法加入得到的乳液接枝率最大，達到83％。 利用紅外光譜(IR)、激光粒度分析儀、差示掃描量熱儀(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)等測試

4、手段分析了接枝共聚物的結(jié)構(gòu)以及接枝率對乳液粒徑的影響。結(jié)果表明：羧基單體已經(jīng)成功的接枝到環(huán)氧樹脂的分子鏈上，由于接枝上柔性分子鏈，接枝共聚物的Tg隨著接枝率的增大逐漸變小。從SEM結(jié)果顯示：接枝率越大，乳液粒徑越小，當(dāng)接枝率達83％時，乳液平均粒徑達到150 nm，且乳液比較穩(wěn)定，放置12個月依然穩(wěn)定無分層現(xiàn)象。 2．研究了水性環(huán)氧．丙烯酸乳液的固化涂膜規(guī)律。以水性聚酰胺為固化劑，根據(jù)國標(biāo)制備涂膜。通過最低成膜溫度儀、SEM等測

5、試手段考察了不同粒徑乳液對涂膜性能的影響，測定不同接枝率乳液涂膜的最低成膜溫度；不同粒徑乳液的吸水率，硬度及耐化學(xué)品性等性能指標(biāo)。結(jié)果顯示：乳液的最低成膜溫度在2～4℃左右，乳液粒徑越小，膜的耐化學(xué)品性越強。SEM圖看出粒徑越小，膜的致密性越好。將本實驗制備乳液性能與市售的水性環(huán)氧乳液進行比較，各項性能均達到甚至超過市售乳液的性能。 3．由于碳納米管(CNTs)極容易團聚，表面光潔且具有惰性，很難在環(huán)氧樹脂中分散。為此，本研究首

6、次采用NA酸酐為接枝單體，通過冷等離子技術(shù)對碳納米管表面進行接枝處理，在碳納米管表面接枝上親水的酸酐基團，從而使CNTs能夠均勻分散到水性環(huán)氧乳液體系中，而且參與了環(huán)氧樹脂的固化過程。IR和接觸角測試結(jié)果證明了NA酸酐已經(jīng)成功接枝到碳納米管表面。在功率(300 W)確定條件下，考察不同濃度NA酸酐以及處理時間對接枝率的影響，最終確定NA酸酐濃度為4％，處理時間為8 min時最益。通過材料試驗機測試了純CNTs、冷等離子處理的CNTs以及

7、冷等離子接枝NA酸酐處理的CNTs加入到環(huán)氧樹脂中固化后力學(xué)性能的變化。由試驗結(jié)果知：冷等離子處理的CNTs加入到環(huán)氧樹脂中其拉伸強度達到1.22 MPa，比未處理的僅提高0.1 MPa，而經(jīng)冷等離子接枝NA酸酐處理CNTs拉伸強度達到2.28 MPa，拉伸率提高了100％。 4．以自制的水性環(huán)氧乳液制備水性環(huán)氧涂科，并對其進行性能測試，將測試結(jié)果與市售的水性環(huán)氧涂料進行比較，得出本實驗制備的水性環(huán)氧涂料各項性能均達到甚至超過市

8、售涂料水平。在此基礎(chǔ)上，以自制的水性環(huán)氧乳液作為成膜基料，通過超聲分散，將表面接枝NA酸酐的CNTs分散到水性環(huán)氧涂料中，配制水性環(huán)氧防腐蝕納米涂料，研究水性環(huán)氧防腐涂料的性能，考察碳納米管的加入對涂料防腐蝕性能的影響。結(jié)果顯示：碳納米管能夠均勻分散在水性環(huán)氧乳液中，且碳納米管的加入能夠提高涂膜的各項性能。對比不同含量CNTs/水性環(huán)氧涂料防腐蝕性能測試結(jié)果可以看出：CNTs含量為3％的涂膜各項性能最好，CNTs含量為1％的涂膜比不加C