纳米复合改性水性环氧涂料的研制

周华利，殷锦捷*，孙洪梅，姜胜男
（辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁 阜新 123000）

1 前言
环氧树脂是一类具有良好粘接性和耐腐蚀性、绝缘、高强度的热固性高分子合成材料[1]，但其韧性差、质脆、易开裂、冲击强度低[2]，故需要改性。而目前常用的环氧树脂涂料大部分是溶剂型，其中的有机挥发物大多属于易燃易爆及有毒物质，直接排放到大气中，会对环境造成严重污染。因此，环氧树脂涂料的水性化研究具有重要意义[3]。纳米SiO2 和TiO2 颗粒小，具有极强的表面活性[4]，与环氧树脂结合可明显提高涂层的结合力和冲击强度[5-6]。本文通过化学接枝改性法，将甲基丙烯酸接枝到环氧树脂上，使其获得亲水基而水性化，并添加纳米SiO2 和TiO2，使制备的涂料具有较好的冲击强度，良好的附着力，较高的热稳定性和耐水、耐酸碱性能。

2 实验
2. 1 主要原料
环氧树脂E-44，沈阳正泰防腐材料有限公司；过氧化苯甲酰(BPO)，沈阳华特化学有限公司；甲基丙烯酸(MAA)，沈阳德美化工有限公司；乙二胺，沈阳有机化工股份有限公司；纳米SiO2 和纳米TiO2(粒径30 ~ 50 nm)，上海润和纳米材料公司。
2. 2 主要仪器与设备
HH-4 型数显恒温水浴锅，常州国华电器厂；FT2000 型傅里叶红外光谱， 美国尼高力公司；STA449C 型热重测试仪，德国耐驰公司；XLD-1KN型拉伸试验机，承德试验机有限责任公司；QCJ 型漆膜冲击机，南京安铎贸易有限责任公司；SW20-1 型卧式砂磨机，沈阳北腾化工机械有限公司。
2. 3 涂料制备工艺
在装有搅拌器、滴液漏斗、冷凝管及温度计的四口烧瓶中，依次加入一定量的E-44、MAA 和BPO，控制反应温度和反应时间制备接枝共聚物；接着加入一定量的氨水和蒸馏水，调节pH 为7 左右得乳液，室温保存。然后依次加入纳米SiO2 和TiO2、氨基硅油，高速搅拌后，将混料放入砂磨机中分散，即得纳米复合改性水性环氧涂料，该涂料与固化剂乙二胺配量使用形成漆膜。配方如下(质量分数)：
E-44 40%
BPO 2%
MAA 4%
乙二胺 10%
SiO2 4%
TiO2 2%
氨水 7%
氨基硅油 1%
蒸馏水 30%
2. 4 性能检测
以红外光谱表征改性环氧基团，以热重试验检测其热稳定性；吸水率根据GB/T 1738–1979《绝缘漆漆膜吸水率测定法》测定，附着力按照GB/T 9286–1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》测定，贮存稳定性根据GB/T 6753.3–1986《涂料贮存稳定性试验方法》进行测定，拉伸强度根据GB/T 16421–1996《塑料拉伸性能小试样试验方法》测定，冲击强度根据GB/T1732–1993《漆膜耐冲击测定法》测定，耐水性根据GB/T 1733–1993《漆膜耐水性测定法》测定，耐酸性和耐碱性根据GB/T 1763–1979《漆膜耐化学试剂性测定法》测定。

3 结果与讨论
3. 1 正交试验
正交试验因素水平见表1。正交试验结果见表2。
表1 正交试验因素水平

表2 正交试验结果和极差分析

由表2 极差分析可知，各因素对涂膜冲击强度的影响顺序是：A = B > D > C > E，由均值可知其佳方案为A3B2C2D1E3，即乙二胺为10%，MAA 为4%，BPO 为2%，反应温度50 °C，时间40 min。