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水性环氧涂料的制备与性能研究

陈中华  
【摘要】:环氧树脂因其特殊的分子结构,具有附着力强、耐化学品性好等优点,广泛应用于涂料领域。传统的环氧树脂涂料溶剂含量较大,溶剂挥发污染环境,且有害人体健康,水性环氧涂料绿色环保,方便施工,所以水性环氧涂料成为当今研究热点。但水性环氧涂料质脆,耐腐蚀能力较溶剂型环氧涂料弱,所以还需对其进行改性,以获得力学性能和防腐性能优良的复合涂料。本文以双酚A环氧树脂E-20、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯为原料,通过自由基聚合将亲水基团羧基(—COOH)接枝到环氧树脂大分子链上,制备了水性环氧乳液。表征了合成树脂,探讨了温度、时间、单体用量、引发剂用量等对改性树脂和水性乳液的影响,确定了工艺参数和配方。当温度为100℃,反应时间为6h,甲基丙烯酸用量为反应物质量的20%,丙烯酸丁酯为10%,苯乙烯为7%,引发剂用量为接枝单体的7%时,制得的水性环氧乳液综合性能最佳。硅烷偶联剂KH560能增强填料与树脂之间的相容性,使得填料分散更加均匀。磷酸的磷羟基可以与基材形成较强的螯合作用,以共价键的形式牢固附着于金属基体表面。本文选用纳米二氧化硅和氧化石墨为改性填料,用KH560和磷酸对纳米粒子进行处理,得到改性纳米二氧化硅和改性氧化石墨。最后用改性的纳米二氧化硅和改性的氧化石墨分别与自制的水性环氧乳液进行物理共混,研究了改性粒子含量变化对成膜物性能的影响,并以添加了未经过处理的填料的水性环氧涂膜作为对比。研究发现,改性的填料在水性环氧树脂中有更好的分散性,且有一定的阻水性,当水性环氧乳液固含量为50%,改性纳米二氧化硅添加量为水性环氧乳液质量的2%时,改性氧化石墨添加量为水性环氧乳液质量的1.5%时,复合涂膜的综合性能最好。为进一步提高水性环氧涂料的性能,本文还将两种填料复配对水性环氧涂料进行改性,制备了改性二氧化硅/改性氧化石墨/水性环氧复合涂料,研究了混合填料在不同比例和不同含量下对复合涂膜性能的影响,讨论了混合填料对涂膜的附着力、硬度、冲击韧性、耐水性、耐酸碱性等的影响。研究结果表明,当改性混合填料添加量为1%时,组分以1:1混合便可获得性能优良的复合涂膜,涂膜附着力为0级,硬度可达4H,冲击韧性可达60cm,耐水性和耐酸碱性能良好,腐蚀电位为0.55V,腐蚀电流为5.12×10~(-10)A,比纯的水性涂膜小了两个数量级,此涂膜相比于单组分填料改性的水性涂料有更好的韧性和耐腐蚀能力。


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