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(shí)的逐漸增強(qiáng)，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(diǎn)。環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂難溶于水，只溶于有機(jī)溶劑，故環(huán)氧樹(shù)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(guó)的產(chǎn)品主要采用機(jī)械或乳化的方法制備水性環(huán)氧樹(shù)脂，制得的樹(shù)脂乳液存在粒徑較大、貯存穩(wěn)定性不佳等缺點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)在不加乳化劑的前提下，采用接枝共聚方法在環(huán)氧樹(shù)脂

2、分子鏈上引入羧基，并通過(guò)加入功能單體的方法對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)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(duì)其進(jìn)行性能測(cè)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(lái)進(jìn)行水性防腐蝕環(huán)氧涂料的制備，考察碳納米管的加入對(duì)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(dá)150 nm左右的水性環(huán)氧乳液。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究了單體配比、引發(fā)劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、單體和引發(fā)劑的

3、加料方式等對(duì)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：?jiǎn)误w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(shí)間為6h，采用滴加法在兩小時(shí)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(dá)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(cè)試

4、手段分析了接枝共聚物的結(jié)構(gòu)以及接枝率對(duì)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(shù)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(dá)83％時(shí)，乳液平均粒徑達(dá)到150 nm，且乳液比較穩(wěn)定，放置12個(gè)月依然穩(wěn)定無(wú)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(guó)標(biāo)制備涂膜。通過(guò)最低成膜溫度儀、SEM等測(cè)

5、試手段考察了不同粒徑乳液對(duì)涂膜性能的影響，測(cè)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(qiáng)。SEM圖看出粒徑越小，膜的致密性越好。將本實(shí)驗(yàn)制備乳液性能與市售的水性環(huán)氧乳液進(jìn)行比較，各項(xiàng)性能均達(dá)到甚至超過(guò)市售乳液的性能。 3．由于碳納米管(CNTs)極容易團(tuán)聚，表面光潔且具有惰性，很難在環(huán)氧樹(shù)脂中分散。為此，本研究首

6、次采用NA酸酐為接枝單體，通過(guò)冷等離子技術(shù)對(duì)碳納米管表面進(jìn)行接枝處理，在碳納米管表面接枝上親水的酸酐基團(tuán)，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(shù)脂的固化過(guò)程。IR和接觸角測(cè)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(shí)間對(duì)接枝率的影響，最終確定NA酸酐濃度為4％，處理時(shí)間為8 min時(shí)最益。通過(guò)材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)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(shù)脂中固化后力學(xué)性能的變化。由試驗(yàn)結(jié)果知：冷等離子處理的CNTs加入到環(huán)氧樹(shù)脂中其拉伸強(qiáng)度達(dá)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(qiáng)度達(dá)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(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果與市售的水性環(huán)氧涂料進(jìn)行比較，得出本實(shí)驗(yàn)制備的水性環(huán)氧涂料各項(xiàng)性能均達(dá)到甚至超過(guò)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(guò)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(duì)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(xiàng)性能。對(duì)比不同含量CNTs/水性環(huán)氧涂料防腐蝕性能測(cè)試結(jié)果可以看出：CNTs含量為3％的涂膜各項(xiàng)性能最好，CNTs含量為1％的涂膜比不加C