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磷酸酯/硅氧烷/丙烯酸接枝改性水性环氧树脂的制备与性能研究

王浩林  
【摘要】: 环氧树脂以其优良的物理机械性能,粘结性能和工艺性能,已被广泛用作涂料、复合材料、胶黏剂等各个领域,其中涂料行业使用的环氧树脂占环氧树脂消费总量的一半以上。目前常用的环氧树脂涂料多为溶剂型,对环境污染严重,近年来,随着人们环保意识的增强,水性环氧涂料因其具有安全、绿色、低VOC等特点而倍受青睐。使用化学改性法制得的环氧树脂乳液粒子尺寸较小,通常为nm级,储存稳定性好,且可以根据需求,用不同的改性剂改性环氧树脂,赋予其独特的性能,是目前研究开发的重点。 本文以双酚A型环氧树脂为母体,甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯等为接枝单体,磷酸酯、有机硅氧烷为功能单体,通过自由基接枝共聚制备了改性环氧乳液。用纳米粒度分析仪、红外光谱仪、TEM、TG、DSC、AFM等对实验结果进行了表征,并按照国标要求对涂膜各项性能进行测试,详细研究了各种单体用量与反应条件对乳液及涂膜性能的影响。主要工作如下: 1、合成环氧-丙烯酸复合乳液,确定了反应过程中合适的环氧树脂种类,溶剂种类及用量,单体与引发剂用量,反应温度,成盐温度,中和度,得到水分散性良好的乳液,乳液平均粒径在300nm以下,固含量为25-30%; 2、考察了涂膜固化条件,软硬单体比例以及硬单体种类对固化涂膜性能的影响; 3、选择磷酸酯PAM-200作为功能单体对环氧-丙烯酸体系进行改性,当PAM用量在6%左右时,乳液涂膜的常温成膜性有很大改善,并对其进行微观分析。固化涂膜的附着力得到提高,且优于基材经过普通磷化液磷化后的涂膜的附着力; 4、在环氧-丙烯酸体系中引入有机硅氧烷A-151与A-172,所得树脂的亲水性提高,固化涂膜的柔韧性,附着力和抗冲击强度较改性前都有不同程度的提高,吸水率降低。确定其最佳用量为12%; 5、在环氧-丙烯酸体系中同时引入磷酸酯PAM-200与有机硅氧烷A-172改性,对乳液及其涂膜进行测试,发现两种单体分别发挥了自身特有的作用,没有相互冲突的现象,弥补了单独改性的不足,固化涂膜综合性能优异; 6、将改性乳液添加固化剂形成双组份体系,固化温度选择在160℃左右,得到的固化涂膜抗冲击强度较自交联固化涂膜从90kg·cm提高到120kg·cm,可用于对抗冲击强度有较高要求的领域。


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