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纳米微粒改性环氧树脂的制备及其在粉末涂料中的应用

石全  
【摘要】:环氧树脂是一类重要的热固性树脂,以其优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝 缘性能、化学稳定性能、耐高温性能,以及低收缩率,易加工成形性和低廉的成本等优点, 成为在胶粘剂、涂料、绝缘材料以及先进复合材料等领域得到最广泛使用的树脂之一。但是 环氧树脂的固化体交联密度较高,存在内应力大、质脆、耐冲击性和耐开裂性能较差等缺点, 因此对环氧树脂进行增韧改性十分重要。本文在研究纳米微粒的分散条件,并改进和优化一 步水洗法制备双酚A型环氧树脂工艺的基础上,采用原位及包裹聚合的方法制得了纳米微粒 改性环氧树脂,探讨了纳米微粒改性环氧树脂的增韧作用机理,并研究了纳米改性环氧树脂 在粉末涂料中的应用。 通过激光散射法(PCS)和透射电镜(TEM)观察,对TiO2、 CaCO3、 CeO2、 BaSO4等纳 米材料在不同的分散体系中的分散状况及粒径作了测定和观察,研究了分散相、表面活性剂 和测定方式等条件对微粒的粒径及分布的影响,着重讨论了两种不同的测试方法在测定纳米 材料粒径及分布中的区别和表面活性剂在纳米粒子制备中的作用机理。 使用一步水洗原位及包裹聚合法进行制备纳米改性环氧树脂,研究了在纳米微粒存在的 条件下,反应时间、反应温度、碱用量和浓度以及纳米微粒的用量对合成的纳米改性环氧树 脂的性能如环氧值、有机氯、软化点、分子量及其分布的影响规律,结果表明纳米CaCO3 改性的环氧树脂在综合性能上最为理想。较好的制备工艺是:M环:M双=1. 33;MNAOH:M 环=1. 3:碱浓度为10%;80℃保温1. 5h,90℃保温4. 5min。并提出了原位及包裹聚合法制 备纳米改性环氧树脂的可能机理。 为了与原位及包裹聚合法制得的纳米改性环氧树脂进行比较,用传统的熔融挤出法和溶 液共混法制备了相同纳米CaCO3含量的纳米改性环氧树脂。对不同方法制备的纳米CaCO3 改性环氧树脂进行了分析,结果表明用原位及包裹聚合法制备的纳米改性环氧树脂在纳米材 料的分散性上要明显优于用传统的熔融挤出法和溶液共混法制备的样品。对制备的纳米 CaCO3改性环氧树脂进行的拉伸实验结果表明,在纳米材料的重量分数为0%-15%的范围 内,纳米改性环氧树脂的断裂伸长率随纳米材料用量的增大而增加,说明纳米材料对环氧树 脂有着明显的增韧作用。提出了纳米材料增韧环氧树脂的可能机理。 使用制得的纳米CaCO3改性环氧树脂代替纯环氧树脂,制得了不同纳米CaCO3含量的 纳米改性粉末涂料,经静电喷涂设备制得了样板,并测试了其性能。结果表明,经CaCO3 改性后的粉末涂料在抗冲击性能、拉伸应变和贮存稳定性等指标上与未经改性的粉末涂料相 比均有了很大提高。在纳米材料用量为3%-5%时,综合性能较佳。


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