data-full-width-responsive="true"> 有机- 无机杂化改性水性丙烯酸铁红漆的制备及其性能研究李为立,智锁红,郭平义,盛建国,王丙学 (江苏科技大学材料学院,江苏镇江212003)0 引 言有机- 无机杂化材料(O IHMS)综合了有机聚合物和无机材料的优良特性,具有良好的力学性能、耐高温性能以及良好的柔韧性。此外,杂化材料能够在很小的范围内(分子水平)控制物质的结构,使材料的性能产生丰富的变化。杂化材料已成为材料科学领域的一个研究热点和新的增长点。有机- 无机杂化材料的首选结构是有机物和无机物紧密的聚合网络。为了增加有机无机物交联的密度,使有机无机组分能更好地反应,具有活性官能团的硅烷经常被用来做偶联剂。偶联剂可以与聚合物分子中活性官能团反应。杂化网络的形成是一个复杂的化学过程。杂化网络的结构是由有机无机物的相对组成比例以及有机相与无机相之间的连接方式决定的[ 1 ]。目前用于工业防腐领域的最成功的水性涂料是水性丙烯酸涂料、水性无机硅酸锌涂料和水性环氧涂料,
它们共同组成了水性工业防腐体系[ 2 ]。如何将无机纳米材料有机化,并将其复合改性有机成膜树脂,以抑制有机- 无机相间相容性差的问题,并充分发挥两者性能的优越性是研究者较为关注的一个热点。本实验通过环氧改性硅溶胶,改性丙烯酸乳液,制备水性金属防护漆,研究不同比例下制备得到的有机- 无机杂化水性金属防护涂料的性能。1 实 验1 1 原料纯丙乳液:工业级,北京高盟化工有限公司;正硅酸乙酯( TEOS) :分析纯,上海中试化工总公司;无水乙醇:分析纯,上海中试化工总公司;硅烷偶联剂KH560:分析纯,杭州沸点化工有限公司;蒸馏水;亚硝酸钠:分析纯,上海硫酸厂;助剂(成膜助剂、杀菌剂、消泡剂) :工业级,广州市华夏奔腾实业有限公司;磷酸锌:工业级,武汉无机盐化工厂;三聚磷酸铝:工业级,石家庄鑫盛化工;硫酸钡:化学纯,上海泗联化工厂;氧化锌:化学纯,上海勒业化工厂;氧化铁红:安徽中意漆尔思防腐颜料厂。1 2 实验仪器BYK Gardner型附着力测试仪、铅笔测定仪、QTY - 32型漆膜弯曲试验器、Q153 - 3K1型冲击器:上海现代环境生产;FT - 5200型红外光谱仪:美国D IGILAB公司; JC2000D1型接触角测量仪:上海中晨数字技术设备有限公司; Pyris Diamond型热质分析仪: EG - GPARC M283型电化学综合分析测试系统,美国EGG公司。1 3 实验流程1 3 1 溶胶- 凝胶法制备环氧改性硅溶胶按照TEOS∶蒸馏水∶无水乙醇(物质的量比) = 0220 8 ∶2555 6∶1,将TEOS、KH560及无水乙醇加入三口烧瓶中,加入适量催化剂, 78 ℃下反应6 h。溶胶- 凝胶过程是通过烷氧化合物TEOS的水解- 缩聚来实现,反应过程中,体系的pH、催化剂种类、水的含量对最终产物的影响很大[ 3 - 5 ]。硅烷偶联剂KH560在酸性醇水溶液中发生的主要反应如式(1) :
反应结束后,抽真空加热,脱除副产物及溶剂乙醇。待副产物完全脱除后,得到澄清透明的环氧改性硅溶胶。1 3 2 改性SiO2 /丙烯酸铁红漆及有机无机杂化涂料的配制及制板按照表1中配方,配制丙烯酸铁红漆。然后按照环氧改性硅溶胶占丙烯酸铁红漆质量比的05%、1%、15%、2% ,将环氧改性硅溶加入丙烯酸铁红漆中,混合搅拌均匀,放置05 h后,将其涂覆于打磨去油的马口铁板上。常温干燥养护7 d,对涂层进行性能测试。表1 丙烯酸铁红漆配方
2 结果与分析2 1 红外光谱分析通过红外光谱,研究KH560与正硅酸乙酯的溶胶- 凝胶反应,以及溶胶- 凝胶的产物与丙烯酸树脂交联固化后的反应情况。TEOS水解后生成表面含羟基的二氧化硅无机网络,硅烷偶联剂虽然发生了水解和部分缩聚,其水解产物与二氧化硅网络结构的表面羟基脱水缩合,起到了表面改性的作用;二氧化硅颗粒一经形成就被硅烷偶联剂改性,阻止了颗粒的进一步生长和团聚,从而提高了纳米粒子的分散度[ 6 - 7 ]。图1为环氧改性硅溶胶的红外谱图。
图1 环氧改性硅溶胶红外光谱
