涂料原料網(wǎng)訊通過(guò)聚氨酯增韌環(huán)氧樹脂制備一種強(qiáng)度高附著力大耐水性好耐化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的涂料通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法確定了涂料的最佳工藝條件進(jìn)行了拉伸強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度吸水率附著力紅外光譜和掃描電鏡等測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明聚氨酯含量15%質(zhì)量分?jǐn)?shù)下同固化劑含量15%反應(yīng)溫度70℃反應(yīng)時(shí)間60min時(shí)涂料的力學(xué)性能最佳;制備的改性涂料拉伸強(qiáng)度為19.43MPa沖擊強(qiáng)度為10.89kJ/m2吸水率為9.38%附著力為1級(jí)具有較高的力學(xué)強(qiáng)度良好的附著力較低的吸水率

關(guān)鍵詞聚氨酯環(huán)氧樹脂力學(xué)性能微觀結(jié)構(gòu)

環(huán)氧樹脂是一類具有良好粘接性耐腐蝕絕緣高強(qiáng)度的熱固性高分子合成材料[1]但其韌性差質(zhì)脆易開裂沖擊強(qiáng)度低[2]因此有必要對(duì)其改性以增加韌性聚氨酯粘結(jié)強(qiáng)度大柔韌性好機(jī)械強(qiáng)度高[3]它與環(huán)氧樹脂可形成互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)IPNIPN結(jié)構(gòu)的強(qiáng)迫互容與協(xié)同效應(yīng)使聚氨酯的高彈性與環(huán)氧樹脂良好的粘接性有機(jī)結(jié)合在一起能取得良好的增韌效果[4-5]現(xiàn)用自制的聚氨酯改性環(huán)氧樹脂檢測(cè)其對(duì)涂料力學(xué)性能和微觀強(qiáng)度的影響旨在獲得強(qiáng)度高附著力大耐水性好耐化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的涂料

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

甲苯二異氰酸酯TDI武漢市北化學(xué)試劑廠;聚乙二醇沈陽(yáng)齊德盛商貿(mào)有限公司;環(huán)氧樹脂E-44沈陽(yáng)試劑二廠;NN-二甲基芐胺沈陽(yáng)試劑二廠;二月桂酸二丁基錫天津市瑞金特化學(xué)品有限公司;碳酸鈣沈陽(yáng)優(yōu)特克粉體科技有限公司;鄰苯二甲酸二辛酯沈陽(yáng)華特化學(xué)有限公司;流平劑沈陽(yáng)漢唐化學(xué)有限公司

1.2主要儀器與設(shè)備

數(shù)顯恒溫水浴鍋HH-4型常州國(guó)華電器廠;掃描電子顯微鏡SSX-550型日本島津制作所;傅里葉紅外光譜FT2000型美國(guó)尼高力公司;拉伸試驗(yàn)XLD-1KN型承德試驗(yàn)機(jī)有限責(zé)任公司;沖擊試驗(yàn)機(jī)XJJ-50型長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)廠

1.3聚氨酯預(yù)聚體的制備

在三口燒瓶中加入一定量的聚乙二醇抽真空加熱至110℃脫水4～5h冷卻后按比例NCO∶OH=2∶1質(zhì)量比加入TDI和二月桂酸二丁基錫在一定溫度下不斷地?cái)嚢?span id="apmax61" class="myIcon">反應(yīng)一段時(shí)間后即得端-NCO基聚氨酯預(yù)聚物

1.4涂料的制備

將一定量的環(huán)氧樹脂裝入三口燒瓶中先加入一定量的聚氨酯預(yù)聚體不斷攪拌控制反應(yīng)時(shí)間和溫度然后按順序加入流平劑碳酸鈣和固化劑均勻攪拌制得改性涂料配方見表1

2結(jié)果與討論

2.1正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

水平因素見表2

2.2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可知通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)的極差分析各因素對(duì)涂料的平均沖擊強(qiáng)度和平均拉伸強(qiáng)度的影響順序分別是A>D>B>CC>D>A>B通過(guò)這兩種性能得出的最佳方案分別是A2B2C2D2A2B1C2D2.綜合考慮它們的影響選定聚氨酯改性環(huán)氧樹脂涂料的最佳方案為A2B2C2D2即聚氨酯含量15%固化劑含量15%反應(yīng)時(shí)間60min反應(yīng)溫度70℃

｜

2.3聚氨酯的加入量對(duì)涂料力學(xué)性能的影響

如圖1圖2所示在一定范圍內(nèi)隨著聚氨酯加入量的增加涂料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都逐漸增大但聚氨酯加入量超過(guò)15%后拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度急劇下降原因可能是繼續(xù)增加聚氨酯的含量復(fù)合體系中聚醚比例增大由于聚醚與環(huán)氧樹脂的相容性較差使得聚氨酯與環(huán)氧樹脂的相容性也變差導(dǎo)致了聚氨酯/環(huán)氧樹脂聚合物力學(xué)性能的下降

2.4紅外光譜分析

由圖3可以看出-NH的吸收振動(dòng)峰在3400cm-1左右處2962.84cm-1的峰值表示C-H吸收振動(dòng)峰2345.85cm-1處的峰值表示-NCO存在1719.24cm-1處的峰為-C=O的伸縮振動(dòng)峰1098.02cm-1處有醚鍵C-O-C伸縮振動(dòng)的強(qiáng)吸收譜帶說(shuō)明-NCO與-OH確實(shí)反應(yīng)生成了新的-NHCOO-基團(tuán)端-NCO基聚氨酯預(yù)聚物;816.24cm-1處出現(xiàn)的強(qiáng)吸收峰為環(huán)氧基的特征峰說(shuō)明聚氨酯與環(huán)氧樹脂已經(jīng)發(fā)生反應(yīng)

2.5掃描電鏡分析

圖4中abcd4幅圖依次是聚氨酯加入量為0%10%15%20%的聚氨酯/環(huán)氧樹脂涂料試樣的沖擊斷口形貌放大倍數(shù)a為2000倍;bcd均為1000倍由圖4a可以看出未改性環(huán)氧樹脂涂料受到?jīng)_擊時(shí)斷面較為平滑斷裂口尖銳說(shuō)明其沖擊韌性較差呈典型的脆性斷裂特征由圖4bcd可知改性后的環(huán)氧樹脂涂料的沖擊斷面呈現(xiàn)明顯的貝殼紋理并產(chǎn)生許多根須狀分枝且斷裂條紋趨向分散這是試樣發(fā)生剪切屈服所致表現(xiàn)出比較明顯的韌性斷裂特征因此可以看出聚氨酯/環(huán)氧樹脂涂料的韌性與未改性的環(huán)氧樹脂涂料相比有明顯的提高原因是聚氨酯與環(huán)氧樹脂形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改性后的環(huán)氧樹脂涂料體系中交聯(lián)點(diǎn)增多受到外力時(shí)有利于應(yīng)力分散要想破壞這種結(jié)構(gòu)就需要更大的應(yīng)力或能量

表7

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2.6涂料的主要性能指標(biāo)

涂料的主要性能指標(biāo)表見表4

圖4涂料的主要性能指標(biāo)

3結(jié)論

1聚氨酯改性環(huán)氧樹脂涂料的最佳制備條件是聚氨酯加入量15%固化劑加入量15%反應(yīng)時(shí)間60min反應(yīng)溫度70℃

2-NCO與-OH反應(yīng)生成了-NHCOO-基團(tuán)并且該基團(tuán)和環(huán)氧樹脂發(fā)生了反應(yīng)

3未改性環(huán)氧樹脂涂料的沖擊斷面呈典型的脆性斷裂特征而聚氨酯/環(huán)氧樹脂的沖擊斷面呈明顯的韌性斷裂特征表明改性的EP涂料韌性得到提高

4制備的改性涂料沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都大幅度地提高并且其附著力大耐水性好耐化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)