改性环氧树脂耐磨涂料的制备与性能分析

摘 要：环氧树脂的机械强度比较高，其具有良好的粘接力，但是其韧性比较差，通常会处于脆性状态。采用聚氨酯对其进行改性，能够使环氧树脂基体的韧性得到提高，从而增强涂料的耐磨性能。本文对改性环氧树脂耐磨涂料的制备过程进行分析，并就其性能进行探讨。

关键词：改性环氧树脂；耐磨涂料；制备；性能分析

中图分类号：TQ637 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0336-02

聚氨酯是一种高分子材料，其具有很好的弹性，利用其对环氧树脂进行改性，能够增强环氧树脂的韧性，使改性环氧树脂涂料的耐磨性能得到提升。所以，在制备耐磨涂料的时候，可以选用改性环氧树脂材料，用于提升涂料的整体性能。

1 环氧树脂

环氧树脂的粘接力比较好，拥有良好的机械强度，所以在制备涂层材料的时候，环氧树脂有广泛的应用。但是，在对环氧树脂进行固化处理后，其会形成芳香结构，这类结构比较稠密，所以会处于脆性状态。将环氧树脂作为制备涂料的原材料，会导致涂料的相关性能达不到应有的要求。因此，需要增强环氧树脂基体的韧性，从而提升环氧树脂涂料的耐磨性能。我国在对此问题进行研究时，主要采用三种方法对环氧树脂进行改性，以增强环氧树脂基体的韧性：①通过弹性体增韧的方式对环氧树脂进行改性；②通过热塑性树脂增韧的方式对环氧树脂进行改性；③通过膨胀单体共聚的方式进行改性。聚氨酯是一种高分子材料，其拥有很高的弹性，所以可以利用聚氨酯制备聚氨酯预聚体，再利用聚氨酯预聚体对环氧树脂进行改性。这样以来，环氧体型架构本身是刚性的，在其中会分布聚氨酯弹性基团，此基团能够增强环氧树脂的韧性，从而使环氧素质涂料的耐磨性能得到有效的提升。

2 实 验

2.1 选择环氧树脂

在本文中所选用的环氧树脂为E-44双酚A型环氧树脂，将其作为耐磨涂料的成膜物质。双酚A型环氧树脂的分子量通常会在300～7000之间，如果环氧树脂的相对分子质量比较小，其会具有高聚物的性能，并且此高聚物具有很强的热塑性，这类环氧树脂不能用于制备耐磨涂料。如果环氧树脂的平均相对分子量比较高，那么其环氧值就会比较低，交联度也不会很大。在对其进行固化处理后，涂膜会比较软，也不能用于制作耐磨涂料。所以，在制备耐磨涂料时，所选用的环氧树脂分子量应比较适中。本实验使用的E-44双酚A型环氧树脂具有较高的环氧值，交联度也比较大。在对其进行固化处理后，得到的涂膜硬度比较大，耐高温的能力比较强，也具有较好的耐磨性能。

2.2 制备改性环氧树脂

在本实验中，通过聚氨酯预聚体对其进行改性。①将二甲苯与乙酸丁酯按照一定的比例混合成溶液，再取一定量的此混合溶液和环氧树脂，使两者混合均匀，成为新的混合溶液。对混合溶液进行加热处理，在加热的过程中对其进行搅拌，制成环氧溶液。②按照一定的比例，分别取适量的环氧溶液和预聚体，将两者混合后再倒入三颈瓶内。通过水浴加热的方式，使三颈瓶内的溶液温度升至80℃，将溶液搅拌均匀并保温2.5h，冷却后再出料。在此过程中，需要用到的器具有电动搅拌器、温度计、三颈瓶、恒温水浴槽、铁夹座。

2.3 制备耐磨涂料

在制备耐磨涂料时，采用的是改性环氧树脂。其中，改性环氧树脂占45～60%；低分子650#聚酰胺所占的比例为13～17%；粗颗粒碳化硅所占的比例为5～10%；细颗粒碳化硅所占的比例为15～25%。此外，在涂层中还需要适当的添加一部分助剂。具体的制备工艺如下：将改性环氧树脂、固化剂、陶瓷骨料和添加剂混合搅拌均匀，制作成困料，并对A3钢试片的表面进行处理，再进行涂覆、硬化，就制作成耐磨涂料。

2.4 测试耐磨性能

制备好耐磨涂料后，量其刷涂于A3钢试片上，本实验中使用的钢试片尺寸为70mm×35mm×0.75mm，所涂的厚度为150μm。在对冲蚀磨损状态环境进行模拟时，将粒度为0.5～15mm的河沙、水装进QQM轻型球磨机的小号球磨罐内，两者的质量比控制在1：3，转速以600r/min比较适宜。同时，没磨损试验1h，就要在电子天平上将其质量称量出来。然后，通过以下公式将磨损率计算出来：磨损率=（失质量/原质量）×100%。在评定涂层的耐磨性时，选择10h内每小时磨损率的平均值。

3 结果与讨论

根据上述实验，改性环氧树脂耐磨涂料每小时的磨损率为0.042%，在情况不变时，如果制备耐磨涂料采用的材料为纯环氧树脂，其磨损率能达到0.146%/h。所以，与纯环氧树脂相比，利用改性环氧树脂制备的耐磨涂料，其耐磨性能更好。这主要是因为从冲击韧性、粘接强度方面来看，改性环氧树脂比纯环氧树脂更好。聚氨酯预聚体本身是链接在环氧树脂刚性链段上的，在对改性树脂体系进行固化处理后，其会通过弹性颗粒状态分散析出，从而在体系内会逐渐的形成海岛结构。也就是说，聚氨酯弹性基团会分布在刚性环氧体型架构中，所以在对体系进行固化处理后，其韧性能够有所改善。并且，在聚氨酯预聚体结构中存在着聚酯或者聚醚链，而在环氧树脂中存在着极性脂肪羟基和醚键，在双方的相互作用下，能够使体系的粘接强度得到改善。

通过分析，能够得到聚氨酯预聚体的红外谱图和改性环氧树脂涂料的红外谱图。其中，在910～920cm-1处，表明的是环氧基的特征峰，异氰酸酯基和-NHCOO基团的特征峰分别在2265～2280cm-1处和1730～1735cm-1处。在环氧树脂与聚氨酯发生反应后，在2265～2280cm-1处的异氰酸酯基会逐渐消失，1730～1735cm-1处的-NHCOO基团会随之而增加，这是因为体系中的羟基与异氰酸酯基基团发生反应，两者反应会生成-NHCOO基团，所以-NHCOO基团会增加。异氰酸酯基基团的极性很强，并具有化学活泼性，容易与羟基发生反应，所以在对环氧涂料进行改性后，应尽量减少其中的异氰酸酯基基团。因此，在加入聚氨酯时，要保证其中的异氰酸酯基基团能够与羟基完全发生反应，这就要求在实验过程中要控制好聚氨酯的用量，其影响着体系的综合性能。如果加入的聚氨酯量偏少，体系能够达到比较好的相容性，这样就不会析出聚氨酯弹性体颗粒，会对裂纹的中止产生不良的影响。如果向环氧树脂中加入的聚氨酯量过多，就会导致相邻粒子靠得太近，在受到外力作用時，会使裂纹超出临界范围，从而将应变能转变为热能，造成材料被破坏。根据实验，当聚氨酯与环氧树脂的质量比为0.3的时候，两者经过反应所剩余的异氰酸酯基基团特征峰的强度会比较小，即异氰酸酯基基团的剩余量会比较少，能够使改性涂料的综合性能得到提升。

在本实验中所选用的固化剂为低分子650#聚酰胺，固化的时候可以在常温下进行，也可以在加热的条件下进行。当温度不同时，固化的效果也会不同，通过红外光谱分析可以发现，当在高温条件下进行固化时，与常温下的固化相比，涂层在1730～1735cm-1处的异氰酸酯基基团集团强度更大。所以，在高温条件下对涂层进行固化处理，能够增强涂层的柔韧度。在增加固化剂的使用量时，涂层表干的时间会缩短。因此，在对各因素进行综合考虑的情况下，将低分子650#聚酰胺与环氧树脂的控制比控制为1：1，涂层在常温下的表干时间自需要4h。然后，通过测试涂层的实干时间可以发现，当在常温条件下时，涂层的实干时间一般在3～5h。如果在100℃的条件下进行实干，所需的之间只要2h。

4 结束语

综上所述，采用聚氨酯对环氧树脂进行改性，利用改性后的环氧树脂制备耐磨涂料，能够提升涂料的耐磨性能，还能缩短涂料的表干和实干时间。所以，改性环氧树脂是一种制备耐磨涂料的重要材料，其能够在耐磨涂料的制备中得到广泛的应用。

参考文献

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收稿日期：2018-7-21

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