基于環(huán)氧丙烯酸酯有機(jī)—無機(jī)復(fù)合體系的紫外光固化耐熱絕緣涂料研究.pdf

1、紫外光固化涂料具備低VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)、節(jié)能、高效等突出的環(huán)境友好特征，自問世以來得到了迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。耐熱絕緣涂料是一種重要的功能性涂料，在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活等許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，高效節(jié)能和環(huán)?；瞧渲饕l(fā)展趨勢。本研究創(chuàng)新性的提出了將紫外光固化技術(shù)用于耐熱絕緣涂層制備的新穎思路，嘗試制備基于EA(環(huán)氧丙烯酸酯)有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體系的紫外光固化耐熱絕緣涂料，對涂料制備過程中低聚物合成、涂料光固化過程、各種填料對

2、紫外光固化涂層性能影響及紫外光固化耐熱絕緣涂層性能進(jìn)行了研究。
　　對低聚物EA制備過程優(yōu)化研究結(jié)果表明，反應(yīng)溫度是環(huán)氧基與丙烯酸酯化反應(yīng)的重要影響因素。表觀動力學(xué)分析表明，反應(yīng)溫度在80℃～110℃時，酯化反應(yīng)為一級反應(yīng)。隨著催化劑N,N-二甲基苯胺用量的增大，反應(yīng)速率提高。阻聚劑對苯二酚用量對反應(yīng)速率的影響不顯著。投料比（環(huán)氧樹脂與丙烯酸的物質(zhì)的量之比）n(Er)∶n(AA)對反應(yīng)速率的影響不大，丙烯酸過量時合成產(chǎn)物的黏度較低

3、。深入研究了以往研究中較少涉及的投料方式對酯化反應(yīng)的影響，結(jié)果表明，投料方式可明顯影響酯化反應(yīng)初期的反應(yīng)速率，但對總反應(yīng)時間的影響不大。先將丙烯酸、催化劑、阻聚劑混合后再向環(huán)氧樹脂中滴加的方式是最佳的投料方式，有利于提高合成產(chǎn)物質(zhì)量。經(jīng)正交試驗確定EA制備的優(yōu)化工藝參數(shù)為:反應(yīng)溫度為110℃、N,N-二甲基苯胺用量為2.0wt％、對苯二酚用量為0.2wt％、投料比n(Er)∶n(AA)為1∶1.9。EA光固化涂層性能的初步研究表明，涂層

4、性能與EA和活性稀釋劑TPGDA(三縮丙二醇雙丙烯酸酯)的配比密切相關(guān)，隨著EA含量的增加，涂層的硬度、與鋼鐵基材的附著力及耐腐蝕性均先提高后下降。
　　采用紅外光譜法和表干法分別對EA/納米Al2O3、 EA/PI(聚酰亞胺)樹脂粉、EA/云母粉、EA/滑石粉及EA/低溫玻璃粉復(fù)合涂料體系的光固化過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，各種填料的加入均未改變體系的光固化行為特征。納米Al2O3、PI樹脂粉、滑石粉、低溫玻璃粉的加入均使得體系的

5、光固化速率及雙鍵轉(zhuǎn)化率下降。與其它填料不同的是，當(dāng)云母粉添加量為EA與TPGDA總質(zhì)量的2％時體系的光固化速率和雙鍵轉(zhuǎn)化率略有提高，而后隨著添加量的增大，光固化速率和雙鍵轉(zhuǎn)化率下降。納米Al2O3復(fù)合涂料表干時間隨其添加量的增大而縮短。PI樹脂粉、低溫玻璃粉復(fù)合涂料的表干時間均隨填料添加量的增大而延長。云母粉和滑石粉復(fù)合涂料的表干時間隨填料添加量的增加先縮短后延長。將光引發(fā)劑BP（二苯甲酮）與184(1-羥基環(huán)己基苯甲酮)復(fù)配使用可顯著

6、提高光引發(fā)效率、縮短涂料的表干時間。體系光固化速率和雙鍵轉(zhuǎn)化率隨復(fù)配光引發(fā)劑用量的增大先提高后降低，提高光引發(fā)劑濃度對復(fù)合涂料的表層固化有利。增大紫外光輻照強(qiáng)度可顯著提高復(fù)合體系的光固化速率及雙鍵轉(zhuǎn)化率、縮短表干時間。使用復(fù)配光引發(fā)劑、適當(dāng)提高光引發(fā)劑用量、采用高的紫外輻照強(qiáng)度可有效彌補(bǔ)填料對體系光固化過程所帶來的負(fù)面影響。
　　對EA/納米Al2O3、 EA/PI樹脂粉、EA/云母粉、EA/滑石粉復(fù)合涂層的性能研究結(jié)果表明，適量

7、的云母粉、滑石粉及PI樹脂粉均能夠?qū)ν繉悠鸬窖a(bǔ)強(qiáng)作用，提高涂層的硬度、耐沖擊性、柔韌性、附著力及耐腐蝕性，但過大的添加量會導(dǎo)致涂層的上述性能下降。適量的納米Al2O3能夠提高涂層的硬度、耐沖擊性、柔韌性及附著力，但納米Al2O3的加入會對涂層耐腐蝕性帶來不利影響。納米Al2O3、云母粉、滑石粉及PI樹脂粉的加入均使涂層的熱穩(wěn)定性提高。
　　以EA及TPGDA為有機(jī)成膜物，低溫玻璃粉為高溫成膜物，納米Al2O3、云母粉、滑石粉及PI

8、樹脂粉為填料，制備紫外光固化耐熱絕緣涂料。研究了涂料中各組分對涂層性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，擬選用的PbO-B2O3-ZnO系和P2O5-B2O3-Al2O3-K2O-Na2O-SiO2系兩種低溫玻璃粉中，PbO-B2O3-ZnO系低溫玻璃粉具有更好的高溫成膜性，以其為高溫成膜物的涂層各項性能更優(yōu)。隨著PbO-B2O3-ZnO系低溫玻璃粉添加量的增大，涂層在熱處理前、300℃及600℃熱處理后的附著力、耐沖擊性、柔韌性、耐腐蝕性及絕

9、緣性均先提高后下降。PbO-B2O3-ZnO系低溫玻璃粉的適宜添加量為EA與TPGDA總質(zhì)量的60％～70％?；劭娠@著提高涂層熱處理前后對鋼鐵基材的附著力，其在涂料中的適宜添加量為EA與TPGDA總質(zhì)量的5％～10％。云母粉對涂層熱處理前后的耐腐蝕性和絕緣性的影響較顯著，其適宜添加量為EA與TPGDA總質(zhì)量的5％～10％。在涂料中加入熱固性耐高溫樹脂是提高涂層在“二次成膜”前銜接段性能的有效手段。熱固性PI樹脂粉可提高涂層在300℃

10、熱處理后的各項性能，其適宜添加量為EA與TPGDA總質(zhì)量的2％～4％;少量的納米Al2O3可使涂層熱處理前后的各項性能均得到提高，其適宜添加量為EA與TPGDA總質(zhì)量的2％～4％。
　　最終制備出的紫外光固化耐熱絕緣涂層具有較好的絕緣性及一定的綜合性能。熱處理前涂層附著力達(dá)1級、耐沖擊性不低于31cm、柔韌性不大于6mm、24h中性鹽霧實驗后腐蝕面積比不大于40％，層間電阻值不低于140Ω·cm2/片;涂層在600℃熱處理1h后表