摘要 本文用甘氨酸改性環(huán)氧樹脂，制備了水性環(huán)氧乳液。所制得的水性環(huán)氧乳液與陶瓷粉混合，在固化劑的作用下，得到了環(huán)氧樹脂陶瓷涂料。通過正交實驗確定了該涂料的最佳配方為：環(huán)氧樹脂20g，甘氨酸3.3g，聚乙二醇（10000）1.6g，陶瓷粉6g，環(huán)氧固化劑4.5g。經(jīng)性能測試，該涂料具有較好的涂膜性能，涂層可在室溫下固化，使用方便。

關鍵詞 環(huán)氧樹脂，陶瓷粉，涂料，正交實驗，涂膜性能

1引 言

新型液狀環(huán)氧樹脂具有良好的化學性能和機械性能，在較大程度上提高了環(huán)氧樹脂的耐化學性、耐久性及柔韌性。如果以陶瓷顆粒為填料對液狀環(huán)氧樹脂進行改性，可以增加液狀環(huán)氧樹脂固體顆粒的含量，減少易揮發(fā)性有機化合物，提高涂層材料的耐腐蝕性和耐磨性。利用改進的陶瓷技術，制得的陶瓷環(huán)氧樹脂涂層材料既能提供良好的機械性能(柔韌性、抗磨性、耐沖擊性、延伸性)，也能提供良好的耐化學性(酸、堿、CO₂、H₂S、鹽水、酸性鹽水)。此外，這種高固體顆粒僅含有極少量的易揮發(fā)有機化合物，因此是十分環(huán)保的一種涂層材料[1]。

2005年，美國綜合應用工程公司開發(fā)成功CERAM-KOTE54陶瓷涂料，這種涂料可以在常溫下進行噴涂，操作十分簡便。由于該涂料陶瓷含量高達90％以上，并含有性能優(yōu)異的改性環(huán)氧樹脂，所以涂層同時具備了陶瓷的剛性和環(huán)氧樹脂的韌性，從而使涂層具有超光滑的表面、極強的抗沖擊力和卓越的耐腐蝕性，適用于各種惡劣壞境，被稱為世界獨一無二的換代產(chǎn)品。

從資料檢索情況來看，國內外對該類環(huán)氧樹脂陶瓷涂料的研究報道不多，尚未檢索到系統(tǒng)的研究報道，具有研究的意義。

2實驗部分

2.1 主要儀器與試劑

儀器： 550型紅外光譜儀（美國），HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市富華儀器有限公司），精密增力電動攪拌器（金壇市宏華儀器廠），BME100LX高剪切混合乳化機（上海威宇機電制造有限公司），微機控制電子萬能試驗機（深圳市瑞格爾儀器有限公司），TG328A電子天平(上海分析儀器國華儀表廠)。

試劑：雙酚A型環(huán)氧樹脂E-44，氨基乙酸（GLY），聚乙二醇（10000），六次甲基四胺，二乙烯三胺，三乙烯四胺，環(huán)氧固化劑(JA-1型)，氫氧化鈉，陶瓷粉（由工廠提供），A-900水性流平劑， G-303水性消泡劑。

2.2 環(huán)氧樹脂陶瓷涂料的制備

2.2.1環(huán)氧樹脂改性反應[2～5]

將已計量的E-44環(huán)氧樹脂、水、表面活性劑及預先用水溶解的甘氨酸投入三頸瓶中，在溫度為80～85℃下反應3h，制得水性環(huán)氧樹脂。下面是該反應方程式：

2.2.2水性環(huán)氧樹脂乳液的配制

將制得的水性環(huán)氧樹脂先用計量的氫氧化鈉水溶液中和，再用高剪切分散乳化機將其乳化，制得穩(wěn)定的水性環(huán)氧乳液。

2.2.3涂膜的制備

取出一定量的改性環(huán)氧樹脂乳液與化學計量的固化劑及陶瓷粉混合均勻，并在攪拌下加入消泡劑和流平劑，持續(xù)攪拌5min，然后將所得產(chǎn)物噴涂于預處理過的鋁板上，室溫固化。

2.3 表征與性能測試

水性環(huán)氧樹脂用BME100LX高剪切混合乳化機分散乳化。

產(chǎn)品的性能用落砂法、鉛筆硬度法等方法測定。

產(chǎn)品的紅外光譜用美國550型紅外光譜儀測定，KBr壓片法定性表征反應產(chǎn)物。

3結果與討論

3.1 成膜物質的選用

由于環(huán)氧樹脂具有以下特點:（1）良好的分散性能，能同各種填料、樹脂、助劑互溶；（2）有較好的耐化學腐蝕性，尤其是耐堿性；（3）對各種基材有極好的粘結性；（4）具有良好的韌性、硬度、柔軟性和優(yōu)良的耐水性。因此，以環(huán)氧樹脂作為成膜物質，在涂料方面具有廣泛的應用[6]。此外，環(huán)氧樹脂的分子量及用量對改性樹脂的性能影響很大，低分子量環(huán)氧樹脂的活性大，易進行改性，樹脂透明度好。高分子量環(huán)氧樹脂活性低，不易改性，但其涂膜耐沖擊性優(yōu)于低分子量環(huán)氧樹脂[7]。根據(jù)本實驗的需要綜合考慮，決定選擇分子量相對較低的Ｅ-44環(huán)氧樹脂作為本實驗的成膜物質。

3.2 固化劑的確定

根據(jù)相關文獻[9]報道，對選定的幾種固化劑(六次甲基四胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、環(huán)氧樹脂固化劑（JA-1型）)進行對比實驗，得到的結果如表1所示。

根據(jù)表1的實驗結果，本文采用環(huán)氧樹脂固化劑（JA-1型）進行實驗。

3.3 正交實驗及結果分析

采用四因素四水平L16(44)正交實驗設計，固定環(huán)氧樹脂的質量為20g，考察甘氨酸、聚乙二醇（10000）、陶瓷粉和環(huán)氧樹脂固化劑對涂層主要性能的影響，通過極差分析篩選出最佳配方。正交實驗因素如表2所示。

3.4 各組分用量對涂層耐磨性的影響

各組分用量對涂層耐磨性的影響見圖1。

根據(jù)正交實驗結果，影響環(huán)氧樹脂基陶瓷涂料耐磨性因素的主次順序為：陶瓷粉>甘氨酸>聚乙二醇（10000）>環(huán)氧樹脂固化劑。由圖1可知，隨著甘氨酸、聚乙二醇（10000）用量的增加，涂層耐磨性先增大后減小。這可能是因為甘氨酸與聚乙二醇（10000）用量小時，改性后環(huán)氧樹脂的親水性不夠，難于乳化；當其用量過大時，會導致產(chǎn)物分子量增大，反應產(chǎn)物易聚結成團，對涂層耐磨性造成不利影響。陶瓷粉對涂層的耐磨性影響效果明顯，隨著陶瓷粉用量的增加，涂層耐磨性先增大后減小，這可能是因為陶瓷粉用量過多，樹脂無法完全包裹陶瓷粉，造成耐磨性減小。

3.5 各組分用量對涂層硬度的影響

各組分用量對涂層硬度的影響見圖2。

根據(jù)正交實驗結果，影響環(huán)氧樹脂基陶瓷涂料硬度因素的主次順序為： 陶瓷粉>甘氨酸>聚乙二醇（10000）＞環(huán)氧樹脂固化劑。由圖2可知，隨著甘氨酸、聚乙二醇（10000）和陶瓷粉用量的增加，涂層硬度先增大后減小。當甘氨酸及聚乙二醇（10000）的用量分別為3.3g和1.6g時，涂層硬度較好。對環(huán)氧樹脂基陶瓷涂料硬度影響最明顯的是陶瓷粉的用量，這是因為陶瓷粉中的硬質顆粒分布在涂層的表面，能提高其硬度。但當它在涂層中的含量增加到一定程度時，會在涂膜表面形成不均勻的顆粒，從而使其表面能降低，以致硬度降低。涂層硬度隨固化劑用量的增加，先減小后增大，這可能是因為固化劑用量的增加能提高其與基體樹脂間的交聯(lián)程度，有助于硬度的提高。

3.6 各組分用量對涂層抗沖擊強度的影響

各組分用量對涂層抗沖擊強度的影響見圖3。

根據(jù)正交實驗結果，影響環(huán)氧樹脂基陶瓷涂料抗沖擊強度因素的主次順序為：陶瓷粉>環(huán)氧樹脂固化劑>甘氨酸>聚乙二醇（10000）。由圖3可知，由于甘氨酸、聚乙二醇（10000）用量的大小對涂層的抗沖擊強度影響不明顯。陶瓷粉為影響涂層抗沖擊強度的主要因素，這是因為陶瓷粉的加入可以提高涂層的結合強度，隨著陶瓷粉用量的增加，涂層抗沖擊強度先增大后減小。樹脂對陶瓷粉的包覆效果在陶瓷粉加入量為6g時最好，若陶瓷粉含量繼續(xù)增大，包覆效果反而會降低，因此抗沖擊強度下降。由于環(huán)氧固化劑與環(huán)氧樹脂能夠很好混溶，并可與陶瓷粉產(chǎn)生很好的包覆，所以環(huán)氧固化劑用量的增加可以提高涂層抗沖擊強度。

綜上所述，影響環(huán)氧樹脂基陶瓷涂料性能的最主要因素為陶瓷粉的用量。根據(jù)實驗結果，制備環(huán)氧樹脂陶瓷涂料的最佳配方為：環(huán)氧樹脂E-44：20g，甘氨酸：3.3g，聚乙二醇（10000）：1.6g，陶瓷粉：6g，環(huán)氧固化劑（JA-1型）4.5g。在此條件下，環(huán)氧樹脂陶瓷涂料具有良好的涂膜性能，涂層的耐磨性、硬度及抗沖擊強度都較好。

3.7 紅外光譜表征

對環(huán)氧樹脂E-44及甘氨酸改性環(huán)氧樹脂進行紅外光譜表征，譜圖如圖4所示。

由圖4可以看出，920cm-1處是環(huán)氧基的特征峰，比較發(fā)現(xiàn)，反應后920cm-1處的環(huán)氧基的特征吸收峰減弱很多，說明甘氨酸已與環(huán)氧基反應接到環(huán)氧樹脂上。

4結 論

（1） 通過正交實驗和單因素實驗獲得了制備環(huán)氧樹脂陶瓷涂料的最優(yōu)化配方：環(huán)氧樹脂（E-44）20g，甘氨酸3.3g，聚乙二醇（10000）1.6g，陶瓷粉6g，環(huán)氧固化劑（JA-1型）4.5g。

（2） 環(huán)氧樹脂基復合材料涂層具有較好的涂膜性能，涂層可在室溫下固化，使用方便。加入填料陶瓷粉可提高涂層結合強度，增強涂層的抗沖擊磨損能力，且該涂料最大的優(yōu)勢在于污染很少，綠色環(huán)保。

參考文獻

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Study on Epoxy Resin Ceramics Coating

Ye Xiufang Gao Yonghui Sun Wenguan

（Foshan University Foshan Guangdong 528000）

Abstract： In this paper， hydrophilic property resin was prepared by glycine conferred hydrophilicity， then it was mixed with ceramic powder， and epoxy resin ceramics coating was prepared as prouduct. Experiment showed that the optimum condition of coatings was : epoxy resin 20g， glycine 3.3g， polyethylene glycol (10，000) 1.6g， ceramic powder 6g， epoxy firming agent 4.5g. Performance test showed that this coating has an excellent membrane performance， it can be solidified at the room temperature， and is easy to be operated.Keywords: epoxy resin，ceramic powder，coatings，orthogonal experiment，property