埃洛石納米管-水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的性能與涂裝工藝研究.pdf

1、埃洛石納米管（HNTs），作為一類硅鋁酸鹽類礦物和新型天然無(wú)機(jī)納米材料，具有豐富、價(jià)廉、熱穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，加之其獨(dú)特的中空納米管狀結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)，已被廣泛應(yīng)用并成為新型材料學(xué)的研究熱點(diǎn)。作為納米填料，HNTs可有效增強(qiáng)高分子材料的性能。此外，由于HNTs的極性表面特性，其在環(huán)氧樹脂（EP）等極性聚合物中又具有較好的分散性。目前，HNTs/油性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料研究較集中，而HNTs/水性環(huán)氧樹脂的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本文旨在選取水性環(huán)氧樹

2、脂作為基體，以HNTs為增強(qiáng)基制備出性能優(yōu)良且環(huán)保的水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以期應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備表面或工業(yè)涂料涂裝領(lǐng)域。其主要工作如下：
　　首先，利用市售水性環(huán)氧樹脂乳液，采用超聲分散與機(jī)械攪拌相互結(jié)合的分散方式，制備出HNTs/水性環(huán)氧樹脂復(fù)合乳液，探究了分散工藝；以雙酚A環(huán)氧樹脂E-44為原料自制出水性環(huán)氧樹脂乳液及其HNTs/水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，研究了HNTs對(duì)水性環(huán)氧樹脂性能的影響；采用硅烷偶聯(lián)劑KH550對(duì)HNTs改性得

3、到系列m-HNTs；分析了m-HNTs及m-HNTs/水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性及流變行為，確定最佳改性工藝。
　　其次，在最佳工藝條件下，采用E-51為原料制備出非離子水性環(huán)氧樹脂乳液及其HNTs/水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料與m-HNTs/水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。詳細(xì)對(duì)比分析了不同HNTs與m-HNTs添加量對(duì)水性環(huán)氧樹脂乳膠膜的斷裂形貌、熱穩(wěn)定性、乳液粒徑與流變行為、涂膜性能等綜合性能的影響。
　　最后，以m-HNTs/水性

4、環(huán)氧樹脂乳液為原料，添加顏填料、分散劑、消泡劑、潤(rùn)濕劑及增稠劑等系列水性涂料助劑，制備出m-HNTs/水性環(huán)氧樹脂涂料。系統(tǒng)討論了助劑添加量對(duì)涂膜性能的影響；對(duì)比分析了噴涂、滾涂及刷涂三種涂裝方式對(duì)涂膜性能的影響。
　　基于上述工作內(nèi)容，獲得結(jié)論如下：
　?。?）超聲分散與機(jī)械攪拌相結(jié)合的工藝有利于制備均相的HNTs/水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。研究表明，最佳超聲工藝條件為：超聲功率：80％、超聲時(shí)間：30 min、超聲方式：超聲

5、時(shí)間/攪拌時(shí)間=10 min/5 min，循環(huán)兩次。該條件下所制復(fù)合乳液粒徑多分散指數(shù)PDI較低，光散射法和流變分析表明乳液的膠體穩(wěn)定性較佳。HNTs可在水性環(huán)氧樹脂基體中均勻分散；復(fù)合材料由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂；HNTs的引入，可使復(fù)合乳液黏度和儲(chǔ)能模量增加，但觸變性降低；當(dāng)w（HNTs）=2%時(shí)，該復(fù)合材料熱穩(wěn)定性、涂膜的綜合性能較佳。但w（HNTs）>5%時(shí)，復(fù)合材料的涂膜綜合性能下降。
　　（2）FTIR與XPS測(cè)試表明

6、，硅烷偶聯(lián)劑KH550已成功偶聯(lián)于HNTs；且所制m-HNTs具有三種C原子結(jié)合狀態(tài)，兩種Si原子位置的結(jié)合狀態(tài)。SEM、TEM及XRD測(cè)試表明，KH550改性后的m-HNTs結(jié)晶結(jié)構(gòu)和微觀形貌基本未發(fā)生變化；當(dāng)HNTs與KH550質(zhì)量比=1:2時(shí)，復(fù)合乳膠膜熱分解溫度較高，復(fù)合乳液體系的流變行為最佳。
　?。?）適量HNTs與m-HNTs的添加，使復(fù)合乳液平均粒徑及PDI值降低、流變行為得到改善；復(fù)合乳膠膜的斷裂行為由脆性斷裂轉(zhuǎn)

7、變?yōu)轫g性斷裂，熱穩(wěn)定性及耐水性提高；HNTs和m-HNTs對(duì)涂膜有增強(qiáng)增韌作用。與HNTs相比，m-HNTs的添加，可進(jìn)一步降低平均粒徑及PDI值，提高熱穩(wěn)定性、耐水性及涂膜的綜合性能，并可提高乳液的膠體穩(wěn)定性。綜合測(cè)試表明， HNTs與m-HNTs的最佳添加量均為3%。當(dāng)w（m-HNTs）=3%時(shí)，粒徑和PDI值最低，熱分解溫度提高22℃，吸水率亦低至10.01%。剪切速率為1 s-1時(shí)，當(dāng)w（HNTs）由0%增加至3%時(shí)，體系黏度由

8、0.65 Pa·s增加到2.36 Pa·s，儲(chǔ)能模量提高了四倍；但采取m-HNTs替代HNTs時(shí)，體系黏度由0.65 Pa·s增加到7.26 Pa·s，儲(chǔ)能模量最大提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)體系的δ值進(jìn)一步降低。而當(dāng)w（m-HNTs）＞5%時(shí)，m-HNTs明顯發(fā)生團(tuán)聚，復(fù)合材料綜合性能下降。
　?。?）涂料助劑的添加量：w（分散劑）=3%、w（增稠劑）=0.6%、w（消泡劑）=0.2%、w（潤(rùn)濕劑）=0.15%、w（流平劑）=0.2%