高固体份环氧树脂的制备与性能研究

作     者：冯振强 

作者单位：武汉工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫福安

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：环氧树脂 高固体份 聚天门冬氨酸酯树脂 改性 防腐蚀涂料 

摘      要：环氧树脂具有良好的机械性能、防腐性、耐化学品性、电绝缘性等优点,在涂料、复合材料、电子器件等领域应用广泛。但传统的溶剂型环氧涂料中挥发性有机化合物(VOC)含量高,VOC对人体和环境伤害很大,不符合绿色环保的要求,限制了环氧涂料的进一步发展。环境友好型高固体份环氧涂料是未来涂料的重要发展方向。因此,设计并制备VOC含量低、综合性能优良的高固体份环氧涂料十分必要。本文通过用聚天门冬氨酸酯树脂对低分子量环氧树脂进行扩链,改善其柔韧性,加入活性稀释剂1,4-环己烷二甲醇二缩水甘油醚(XY630)降低体系黏度,得到改性的环氧树脂,使用腰果酚固化剂,选择三聚磷酸锌作为防锈颜料制备环氧涂料。讨论了环氧树脂、活性稀释剂、固化剂、颜料等组分的种类与用量对环氧涂料性能的影响。通过制备高固含环氧树脂清漆和色漆,对涂层的柔韧性、耐冲击性、耐水性、耐盐雾性、耐酸性、耐碱性等性能进行检测与分析,探究体系中各组分最佳的原料选择与用量。主要研究内容包括:对不同环氧树脂复合体系(100%E51、50%E51+50%E44、90%E51+10%E20、80%E51+20%E20、80%E44+20%E20、75%E51+25%E20、75%E44+25%E20、70%E51+30%E20)的固化体系进行检测,显示:75%E51+25%E20环氧树脂体系的综合性能最好。利用聚天门冬氨酸酯树脂(F420、F520)中的仲氨基与环氧树脂中的环氧基反应,对环氧树脂混合体系进行扩链,F420的改性体系黏度比较低,且漆膜的柔韧性、耐冲击性、耐水性等综合性能较好;n E51:n F420的摩尔比控制在8:1至6:1范围内;同时FTIR检测结果显示扩链成功。加入8%—12%活性稀释剂(XY630)可以有效降低体系黏度,有利于制备高固体环氧涂料的制备,且漆膜的各项性能优良。固化剂选择腰果酚固化剂,腰果酚固化剂能在低温、潮湿条件下进行固化,满足高固含、低VOC的要求;消泡剂(BYK-052 N)、润湿分散剂(BYK-220 SN)、流平剂(BYK-306)、有机膨润土的加入有效保证了涂料的优良施工性能。TGA和DSC检测表示涂层热稳定性良好;用电化学阻抗谱(EIS)检测涂层的阻抗显示:72h时涂层的阻抗约为10Ω·cm,720h时涂层的阻抗仍约为10Ω·cm,证明涂层的防腐性能优良;在色漆体系中加入防锈颜料三聚磷酸铝(10%)进一步提高了涂料的防腐性能;颜料体积浓度(PVC)在0.35-0.40范围时涂料的综合性能最好。改性环氧树脂固化后的漆膜耐盐雾性时间为600h,耐冲击性为50kg·cm,耐酸性(5%HSO)时间为200h,耐碱性(10%Na OH)时间为360h,耐盐水时间为700h,耐水性时间为800h,柔韧性为1mm,附着力为1级,表干时间1.5h,活化期为5h,固含量达到85%,可以用于金属的重防腐蚀涂料。