改性纳米SiO2环氧树脂涂料的制备及其性能.pdf

第+7??第7期:2014年7月
改性纳米SiO2/环氧树脂涂料的制备及其性能
刘元伟,谢彦,杨仲年
(滨州学院化学与化工系,山东滨州256603)
摘要]为提高纳米SiO2在环氧树脂中的分散程度,充分发挥纳米SiO2的カ学性能和耐热性,采用乙媂基三乙
氧基硅烷与丙烯酸对纳米SiO2表面进行接枝改性,利用红外光谱对改性纳米SiO2的结构进行了表征;将改性纳米
SiO2添加到环氧树脂中混合固化,得到改性纳米SiO2/环氧树脂复合涂料(SAE),并通过附着力、吸水率、电化学试
验等方法对SAE涂层的耐蚀性能进行了评价。結果表明:改性后的納米SiO2出现新的吸收峰;SAE具有附着力
高、抗渗透性强、极化电流小等优良的耐腐蚀性能。
[关键词]复合涂层;环氧树脂;丙烯酸;改性纳米SiO2;结构;耐腐蚀性能
[中图分类号】TQ323.5[文献识码]A[文章编号]1001-1560(2014)07-0021-03
0前言
性能。
环氧树脂涂料具有优异的粘结性、防腐蚀性,强度
试验
高,但其涂膜的韧性、抗冲击性能、耐热性均较差。纳
米SiO2粒子具有强的体积效应、量子隧道效应及小尺1.1纳米SiO2的制备及改性
寸效应,利用渗透作用,能填补涂膜的微孔,增强涂层
用化学沉淀法制备纳米SiO2:用体积比为1:8的
的致密性,从而显著提高其力学性能、韧性、抗渗透性乙醇水溶液配制0.4mol/L硅酸钠溶液,在40℃下保
及防腐蚀性能等。然而,纳米SO2微粒比表面积温20min,然后加入1.5moML氯化铵溶液,并不断搅
较大,容易吸附而发生团聚,从而对涂料的制备产生不拌,至PH=8.5终止。将所得沉淀用乙醇洗涤后过滤
利影响。通常,用硅烷偶联剂对环氧树脂和纳米颗粒
100℃烘干4h,500℃煅烧3h制得纳米SiO2。
的界面进行改性,可使纳米粒子在涂料中的分散性明
在烧杯内加人150mL环己烷、0.04g乙烯基三乙
显提高。目前的研究对象主要为普通的小分子硅烷偶
氧基硅烷、0.03g十二烷基硫酸钠,超声分散20min;
联剂,与涂料基体不能发生网络交联,不能使其强度
缓缓加入2g纳米SiO2,继续超声分散30min;加入0.1
耐热性与防腐蚀性同时提高。
本工作以乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸为单体,在
g丙烯酸和20mL3.0mmol/L的引发剂偶氮二异丁腈
纳米SiO2表面接枝硅烷偶联剂,合成了一种新型高分(AIBN),升温至65℃,反应2h,过滤干燥,用丙酮萃
取24h,即得到改性纳米SiO2
子硅烷偶联剂,并将其添加到环氧树脂涂料中,制备了
种兼具高分子偶联剂的高效分散作用和丙烯酸树脂1.2基体预处理
耐光照老化性能的复合改性环氧树脂涂料(SAE),并
以镀锡铁片为基材,尺寸为10cmx10cm,采用
通过吸水性、附着力、极化曲线等考察了SAE的耐腐蚀80,800,1000,1200,1500号水磨砂纸、金相砂纸逐
级打磨;盐酸除锈,丙酮除油,最后用蒸馏水清洗备用。
收稿日期]2014-01-24
3复合涂料及涂层的制备
基金项目]山东省中青年优秀科学家奖励基金(2008BS
04030);滨州学院科研基金( BAXYG1315;
将二甲苯和环己酮按1:1配成溶液,将与溶剂等
BZXYSYXM!030:滨州市科技发展计划量的环氧树脂E-44(6101)溶于其中,配成50%环氧树
项目(2013Z0702)资助
脂溶液,待其完全溶解,加人环氧树脂用量0.6倍的固
通信作者」杨仲年(1978-),教授,博士,研究方向为金化剂聚酰胺树脂,混合均匀后,加人4%改性纳米SiO2,
属材料腐蚀与防护,电话:0543-319000、超声波分散20min,即制成改性纳米SiO2/环氧树脂复
E-mail:yangzhongnian@126.com
合涂料(SAE)。
M47No.7Jul:2014
.bateria Shatecんiom
将SAE均匀涂覆于基体表面,0℃下固化5h,即2.2纳米SiO2的组构
可得到厚约84.5um的涂层(以下均同)
纳米SiO2改性前后的红外光谱图见图2。由图2
同时按以上条件制备了纯环氧树脂涂层和常规纳米
可见:纳米SiO2改性后在2926.84cm'处出现了新的
SiO2/环氧树脂涂层以进行对照,涂层厚度约为84.3um
吸收峰,是硅烷偶联剂的甲基和亚甲基的反对称伸缩
1.4测试表征
振动吸收特征峰;1672cm'处的吸收峰得到加强,对
(1)纳米Si02粒度采用 Letasizer-S90型纳米粒应于丙烯酸链段中羰基的伸缩振动吸收峰;在
度分析仪测试纳米SiO2的粒径:将0.1g纳米SiO2粉末3419.77cm'处羟基吸收峰减弱,说明纳米SiO2表面
加入250mL蒸馏水中,超声分散15min,制成纳米的羟基发生了接枝反应。
SiO2悬浮液,室温下测试其粒径。
改性纳米SiO
(2)改性纳米SiO2组构将改性纳米粉体与溴化
纳米SO2341977
钾混合研磨压片,采用 Nicolet380型傅立叶变换红外
丙烯酸341861
光谱仪对其进行表征。
硅烷偶联剂
(3)附着力用剪刀从马口铁上剪下3cmx3em
4000300020001000
试件,将环氧黏合剂均匀涂在圆形锻模低端,轻轻按压
在待测试件表面,室温固化24h,用AT-M型附着力测
图2试样的红外光谱
试仪测量各种环氧树脂凃层的附着力。
综合可知,硅烷偶联剂、丙烯酸已成功接枝到纳米
(4)吸水性能将3cm×3cm涂层试样称重后,SiO2粒子表面。
浸在蒸馏水中,每隔1d取出,用滤纸吸去其表面的水
分,称量质量mル2。观察不同时间吸水率的变化规律,拎2.3涂层性能
式(1)计算吸水率m
2.3.1吸水性能
m: - mo
3种涂层试样的吸水率见图3。由图3可知:3种
1009%
涂层吸水初期的含水量都先随时间的延长而增大,而
5)动电位极化曲线采用CH660C电化学工作后下降;含改性纳米SiO2涂层的吸水率明显低于纯环
站进行电化学性能测试,参比电极为带有毛细管的饱氧树脂及纳米SiO2涂层的,说明改性比较成功,由于改
和甘汞电极,对电极为铂片,工作电极为涂层试件,电性后纳米SO2表面接枝上有机丙烯酸长链,改善了其
极面积为1cma2;全浸区腐蚀介质为一次蒸馏水配制的在环氧树脂中的分散性,提高了其与环氧树脂的交联
3.5%(质量分数)NaCl溶液,参比电极为饱和甘汞电密度,从而减少了涂层中水的通道,提高了漆层抗渗透
极,扫描区间为-0.7~-0.2V(相对E),扫描速率性。
纯环氯樹脂
0.016
2结果与讨论
纳米SiO环氧树脂
长
0.012
2.1纳米SiO2的粒度分布
ご0.008
性纳米SO环氧树脂
SiO2粉体的粒度分布见图1。从图1可以看出:纳
0.004
米SiO2的粒径265nm以下者占97%,平均粒径为220
020406080100120140160
nm,中位径为230nm,颗粒分布较集中。
图3试样的吸水率
2.3.2附着力
含Si02涂层的附着力为0.98MPa,比纯环