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SiO2-有机硅共聚物改性的环氧树脂E-44及其富锌涂料的性能
SiO2-有机硅共聚物改性的
环氧树脂E-44及其富锌凃料的性能
袁林,管从胜,张金昌,孙恒
(1.山东大学化学与化工学院,山东济南250061;
2.山东省恩威化学品安全评价中心,山东济南250014)
N一
[摘要]为了提高环氧材籵的性能,利用硅溶胶与有机硅单体接枝反应,制备兼有有机物和无机物优点的
SiO2-有机硅新型共聚物,用其改性环氧树脂E-44,并以改性的E-44为基籵,制备了富锌防腐蚀涂籵,通过红外
光谱、热失重分析(TCA)、扫描电镜(SEM)等对改性的E-44及其富锌涂料涂层进行了表征。结果表明:当
SiO2-有机硅共聚物和E-44质量比为6:4时,其富锌涂料涂层有良好的附着力、硬度、冲击强度、柔韧性,该涂
料比传统E-44涂料具有更好的防腐性和耐高温性。
[关键词]环氧树脂改性;SiO2-有机硅共聚物;硅溶胶;富锌涂料;防腐蚀性能
[中图分类号]TQ323.5[文献标识码]A
文章编号]1001-1560(2012)03-0014-03
0前
比10:3加入三口烧瓶中,搅拌,滴加去离子水(其与
环氧树脂具有优良的粘结性、电绝缘性、力学性正硅酸乙酯摩尔比为12:5),滴人盐酸调节反应体
Ss
能、耐腐蚀性能等,但是耐热性和耐冲击损性差,应系PH=3,30℃恒温水解,反应1h后升温至70℃
用范围受到了限制。有机硅树脂具有低温柔韧、表面
聚合2h,制得无色透明稳定的SiO2溶胶。补加适量
能低、耐高温、耐候、僧水等性能,可用于环氧树脂政乙醇到反应容器中,滴加有机硅单体(其与正硅酸乙
酯摩尔比为5:1)和去离子水(其与有机硅单体摩尔
物理共混法成本较低,但有机硅树脂和环氧树脂相容为2:1),滴加盐酸调节反应体系pH=3,70℃恒
性较差,容易发生明显的微相分离,效果差。化学反应温4h,减压蒸馏除去水和乙醇,得到无色透明黏性的
寸
法解决了相容性问题,并在固化结构中引入稳定柔和
SiO2-有机硅共聚物液体。
的Si-0键,提高了环氧树脂的断裂初性,但消耗了环?1,2环氧收性树脂的制备
氧基,固化产物交联密度降低,不利于提高材料的耐热
在装有搅拌器、排气装置的三口烧瓶中,按质量
性能。因此,如何解决环氧材料的力学韧性、耐热性等比15:15:6:4加人乙酸乙酯、乙酸丁酯、环己酮
的相适平衡、提高材料综合性能已成为研究的热(分析纯)、丙酮(分析纯)组成混合溶剂,用其预溶等
点-。本工作利用硅溶胶与有机硅单体接枝反应,质量的环氧树脂E-44(工业品),然后加入SiO2-有机
制备SiO2-有机硅共聚物,并用其对环氧树脂E-4进硅共聚物和催化剂二月桂酸二丁基锡(分析纯,质量
行改性,再以改性的环氧树脂为基料制备了溶剂型富为E-44与SiO2-有机硅共聚物总质量的2%),在80
锌防腐蚀涂料,并对涂料涂层的性能进行了研究。
℃下恒温反应3h,得到政性环氧树脂
1试验
1.3富涂料和涂层的制备
1.1SiO2-有机佳共聚物的制备
分别以改性前后的E-44为基料制备富锌防腐蚀
将正硅酸乙酯(分析纯)、乙醇(分析纯)按质昼涂料,该涂料为双组分反应型,A组分由改性前(后
的E-44和稀释剂(二甲苯,分析纯)组成,B组分由锌
收稿目期]2011-10-21
粉(工业品)、铝粉(工业品)、流平剂(聚甲基苯基硅
「通信作者]管从胜(1958-),博士,教授,主要从事金氧烷)、固化剂(双氰胺和己二胺)、偶联剂(KH-550)
属腐蚀与防护研究,E-mail: guancs@sdu
组成。将A和B按表1比例混合均匀即得富锌防腐
edu. cn
蚀涂料。
SiO2-有机硅共聚物改性的环氧树脂E-44及其富锌涂料的性能
表1富锌涂料配方
出:E-44在100℃出现热失重,200~450℃发生明显
组分
原料
热失重,450℃时残留率只有10%;改性E-44在
改性前(后)E-44
A
320~500℃有1个失重平台,400℃以上的热失重明
稀释剂
30.0~-50.0
显少于E-44;E-44改性前后50%质量损失温度分别
锌粉
为390℃和480℃,E-44在480℃基本分解完全,残
铝粉
流平剂
留率约为7%,改性E-44在800℃时分解完全,残留率
固化剂
约为36%。显然,改性后E-44热稳定性明显提高,这
偶联剂
主要因为一方面Si-0-i强键的引入提高了热稳定
基体为A3钢,经水砂纸打磨后,浸入无水乙醇中
性,另一方面部分无机SO2网络与环氧树脂聚合物链
形成相互交联的互穿结构,提高了聚合物耐热性。
超声清洗去油。涂料涂覆面积20mm×20m,其余
00
部分用704硅橡胶封装,干燥后涂层厚度为20m
90
1.4测试分析
改性E-44
k
60
用 Bruker TENSOR-27红外光谱仪测定改性前后
50
E-44的分子结构。用SDTQ600同步热分析仪测试改
30
20
性前后E-44的热重曲线,N2气氛,50mL/min,35
0100200300400500600700800
800℃,升温速度10℃/min。用 PHIILIPS XL-30环境
扫描电镜(SEM)观察涂层试样形貌。按照GB/T
图2E-44改性前后的TGA曲线
6739-1996测定涂膜铅笔硬度。按照CB/T9286-2.2投料比对涂层耐热性的影响
1998划格法测定凃膜附着力。按照CB/T1732-1993
不同SiO2-有机硅共聚物与E-44质量比的涂层
测定涂膜冲击强度。按照GB/T173-193测定涂膜分别于250,300350℃加热3h的耐热性见表2。
耐蚀性。中性盐雾试验在FQY01OA盐雾试验箱中进
表2不同温度下各涂层耐热性比较
行,温度(35±2)℃,(5010)g/ L NACI,连续喷雾。
(SiO2-有机硅共
t/℃
2结果与讨论
聚物):m(E-44)
250
350
涂层完整,轻涂层完整,变边缘粉化,
2.1改性环氧树脂的分子结构和耐热性
微变色,附着力色,附着力3重变色,附着力
级,抗冲击强级,抗冲击强度4级,抗冲击强
SiO2-有机硅共聚物与E-44质量比6:4时的改性
度450N?em350Ncm度250N?c
书
产物及E-44的红外光谱见图1。由图1可看出:E-44
涂层完整,无涂层完整,轻边缘粉化,严
变色,附着力1度变色,附着力重变色,附着力
改性后,在1084.87~1034.59cm'(Si-0-Si)和
级,抗冲击强度2级,抗冲击强3级,抗冲击强
1110.80cm1(i-0-C)出现较强吸收峰,在
500N·cm
度40
度300N
涂层完整,无涂层完整,轻涂层完整,轻
914.08cm'环氧基吸收峰明显减弱,醇类O-H键
变色,附着力1度变色,附着力度变色,附着力
的伸缩振动峰应在3504.00cm'处,由于Si-OH的