改性环氧耐磨涂料的性能测定

尚　峰，周　燕，李　明，陈金身3，

(1.洛阳市质量技术监督检验测试中心,河南 洛阳　471000；2.河南应用技术职业学院，河南 郑州　450042；3.河南工业大学 材料科学与工程学院，河南 郑州　450001)



改性环氧耐磨涂料的性能测定

尚峰1，周燕2，李明2，陈金身3，2

(1.洛阳市质量技术监督检验测试中心,河南 洛阳471000；2.河南应用技术职业学院，河南 郑州450042；3.河南工业大学 材料科学与工程学院，河南 郑州450001)

对聚氨酯改性的环氧耐磨涂料的性能进行测定，采用正交试验法分别测定了制备出的耐磨涂料的附着力、硬度、耐磨性，结果发现聚氨酯改性环氧树脂涂料在不同配比情况下具有不同的硬度、附着力和耐磨性。聚氨酯预聚体的使用，提高了环氧树脂的交联度，明显提高了其耐磨性、附着力和硬度；填料碳化硅和固化剂聚酰胺的使用，能够明显改变环氧树脂的耐磨性、硬度和附着力。

改性环氧树脂；耐磨涂料；性能检测；碳化硅

环氧树脂具有优良的黏接力和机械强度，被广泛地运用在涂料行业。但是，由于环氧树脂固化以后内聚力很高，内部结构交联度大，致使其固化以后的产物形变能力变差，大多数情况下呈脆性状态，所以用环氧树脂直接制备的涂料不能很好地满足使用性能上的要求。因此，有必要对其进行改性来克服其缺陷[1-4]。聚氨酯具有很高的弹性，通过聚氨酯预聚体来改性环氧树脂，使聚氨酯弹性基团分散在环氧树脂的构架中，可以改善环氧树脂的韧性，从而改变其耐磨性能。耐磨填料的增加，可以帮助改善环氧树脂涂料的耐磨性[5]。本课题通过对聚氨酯预聚体和碳化硅填料以及固化剂等的不同加入量对环氧树脂涂料进行改性研究，通过试验对其性能进行测定，发现聚氨酯和碳化硅以及聚酰胺的不同用量对环氧树脂涂料的附着力、耐磨性和硬度都有着显著的影响。

进行正交实验分析后发现，改性剂聚氨酯的用量增加可以提高环氧树脂涂料的耐磨性、硬度和附着力，但是过多使用环氧树脂性能变化不明显。并且随着固化剂聚酰胺和填料碳化硅使用量的增加，涂层附着力、耐磨性和硬度都表现为先增加后降低，存在一个最佳配比，使得环氧树脂涂料的性能最优。

1　制备实验部分

1.1实验材料

环氧树脂E-44(6101)，镇江丹宝树脂有限公司；相对分子质量聚酰胺-650，镇江丹宝树脂有限公司；丙酮(分析纯)，天津市福晨化学试剂厂；碳化硅(800#)，河南鼎新防腐材料有限公司。

1.2改性环氧树脂涂料的制备

图1　改性环氧树脂涂料及涂层的制备流程

将配置好的改性环氧树脂冷却后，按照配方称取定量的碳化硅，碳化硅的型号为W3.5，将称取好

的碳化硅增强填料倒入干净的烧杯内，然后依次加入聚氨酯改性环氧树脂、聚酰胺固化剂，进行充分搅拌，使各组分分布均匀，配置成涂料，然后将配置好的涂料涂在玻璃板上备用，涂层厚度选择150 μm。

2　检测原理及依据

根据GB1728-79测试涂层的干燥时间；根据GB/T9286-1998测试涂层的附着力；根据GB6739-1996测试涂层的硬度；根据GB/T23988-2009测定涂层的耐磨性能，采用HT-1000高温摩擦磨损试验机测试涂层的高温耐磨性能。

3　测试结果与分析

3.1正交试验结果与极差分析

试验动态变量涉及到聚氨酯预聚体、固化剂和碳化硅三种原料，采用三因素三水平L9(33)正交试验，固定环氧树脂E-44的使用量为10 g，分别对聚氨酯、聚酰胺和碳化硅的用量进行研究，探索其对环氧树脂涂料性能的影响。通过极差分析来确定高温耐磨性能优越性。试验情况如表1所示。

表1　正交试验结果与极差分析

续表1

对极差R进行分析，根据极差R的大小来确定各个因素对涂料性能影响的主次顺序。

耐磨性：聚酰胺>聚氨酯>碳化硅；

附着力：聚氨酯>聚酰胺>碳化硅；

硬度：聚氨酯>聚酰胺>碳化硅。

从正交分析可以看出，硬度最佳配方为A2/B2/C2，对应为5#配方；附着力最佳配方为A1/B1/C1，对应为1#配方；耐磨性最佳配方为A3/B2/C2，但在正交配方设计中没有该配方，为了验证正交分析实验结果，进行优化实验，结果及配方见表2。

表2　优化试验结果分析

3.2涂层干燥时间测定结果

将实验样品放置在干燥通风较好的实验室内进行自然干燥，对每组试验的三份样品同时观察，测得表干时间平均为10 h，完全干燥时间为3 d，由于聚酰胺可以常温固化也可以加热固化，对其进行加热固化，在65 ℃条件下加热固化时间为3 h，见表3。

表3　正交试验各组平均固化时间的测定

4　结论

试验结果显示涂料对材料有着很好的附着力，韧性有了很大提高。聚氨酯预聚体的使用，提高了环氧树脂的交联度，明显提高了其耐磨性、附着力和硬度；填料碳化硅和固化剂聚酰胺的使用，能够明显地改变环氧树脂的耐磨性、硬度和附着力，并且都有一个最合适的比例可以使环氧树脂的性能达到最好，但是超过这个比例，环氧树脂涂料的性能不但不会增加，反而会降低；耐磨性能最佳配方为聚氨酯为5 g，碳化硅为20 g，聚酰胺为20 g，其耐磨性为13.6×10-2L/μm。

[1]高义民,邢建东,徐欣,等.环氧树脂耐磨胶黏涂层冲蚀磨损特性研究[J].西安交通大学学报,2001,35(3):319-321.

[2]李莉,郭旭红.聚氨酯改性环氧树脂黏合剂[J].化学与黏合,1997(2):63-65,78.

[3]张微,龙军峰.改性环氧树脂涂料的制备与性能研究[J].上海涂料,2004,42(3):4-7.

[4]沈丽霞.改性环氧树脂涂料的研制与应用[J].四川化工与腐蚀控制,2002,3(5):18-20.

[5]常鹏善,左瑞霖,王汝敏,等.环氧树脂增韧改性新技术[J].中国胶黏剂.2002,11(2):37-39.

Performance Measurement of Modified Epoxy Abrasion Resistant Coatings

SHANG Feng1，ZHOU Yan2，LI Ming2，CHEN Jinshen3，2

(1.Luoyang Quality Technical Supervision and Testing Center,Luoyang471000,China；2.Henan Applied Technology Career Academy,Zhengzhou450042,China；3. College of Materials Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou450001,China)

The performance of polyurethane modified epoxy abrasion resistant coatings is measured,using orthogonal experiment method,the adhesion,hardness and wear resistance of the prepared coatings are measured respectively,and the resluts show that the polyurethane modified epoxy resin coating in different ratio having different hardness,adhesion and abrasion resistance.Using polyurethane prepolymer can improve crosslinking degree of epoxy resin,significantly improve wear resistance,adhesion and hardness,using filler silicon carbide and curing agent polyamide,it can significantly alter the epoxy resin wear resistance,hardness and adhesion.

modified epoxy resin；wear resistant coating；performance testing；silicon carbide

2016-07-10

尚峰(1979-)，男，工程师，从事食品、药品等化学品类样品的检验与分析工作，电话：13803891128。

TQ630.72

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1003-3467(2016)10-0021-03