摘 要：環(huán)氧樹脂的機(jī)械強(qiáng)度比較高，其具有良好的粘接力，但是其韌性比較差，通常會(huì)處于脆性狀態(tài)。采用聚氨酯對(duì)其進(jìn)行改性，能夠使環(huán)氧樹脂基體的韌性得到提高，從而增強(qiáng)涂料的耐磨性能。本文對(duì)改性環(huán)氧樹脂耐磨涂料的制備過程進(jìn)行分析，并就其性能進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：改性環(huán)氧樹脂；耐磨涂料；制備；性能分析

中圖分類號(hào)：TQ637 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）24-0336-02

聚氨酯是一種高分子材料，其具有很好的彈性，利用其對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，能夠增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的韌性，使改性環(huán)氧樹脂涂料的耐磨性能得到提升。所以，在制備耐磨涂料的時(shí)候，可以選用改性環(huán)氧樹脂材料，用于提升涂料的整體性能。

1 環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂的粘接力比較好，擁有良好的機(jī)械強(qiáng)度，所以在制備涂層材料的時(shí)候，環(huán)氧樹脂有廣泛的應(yīng)用。但是，在對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行固化處理后，其會(huì)形成芳香結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)比較稠密，所以會(huì)處于脆性狀態(tài)。將環(huán)氧樹脂作為制備涂料的原材料，會(huì)導(dǎo)致涂料的相關(guān)性能達(dá)不到應(yīng)有的要求。因此，需要增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基體的韌性，從而提升環(huán)氧樹脂涂料的耐磨性能。我國在對(duì)此問題進(jìn)行研究時(shí)，主要采用三種方法對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，以增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基體的韌性：①通過彈性體增韌的方式對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性；②通過熱塑性樹脂增韌的方式對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性；③通過膨脹單體共聚的方式進(jìn)行改性。聚氨酯是一種高分子材料，其擁有很高的彈性，所以可以利用聚氨酯制備聚氨酯預(yù)聚體，再利用聚氨酯預(yù)聚體對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性。這樣以來，環(huán)氧體型架構(gòu)本身是剛性的，在其中會(huì)分布聚氨酯彈性基團(tuán)，此基團(tuán)能夠增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的韌性，從而使環(huán)氧素質(zhì)涂料的耐磨性能得到有效的提升。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 選擇環(huán)氧樹脂

在本文中所選用的環(huán)氧樹脂為E-44雙酚A型環(huán)氧樹脂，將其作為耐磨涂料的成膜物質(zhì)。雙酚A型環(huán)氧樹脂的分子量通常會(huì)在300～7000之間，如果環(huán)氧樹脂的相對(duì)分子質(zhì)量比較小，其會(huì)具有高聚物的性能，并且此高聚物具有很強(qiáng)的熱塑性，這類環(huán)氧樹脂不能用于制備耐磨涂料。如果環(huán)氧樹脂的平均相對(duì)分子量比較高，那么其環(huán)氧值就會(huì)比較低，交聯(lián)度也不會(huì)很大。在對(duì)其進(jìn)行固化處理后，涂膜會(huì)比較軟，也不能用于制作耐磨涂料。所以，在制備耐磨涂料時(shí)，所選用的環(huán)氧樹脂分子量應(yīng)比較適中。本實(shí)驗(yàn)使用的E-44雙酚A型環(huán)氧樹脂具有較高的環(huán)氧值，交聯(lián)度也比較大。在對(duì)其進(jìn)行固化處理后，得到的涂膜硬度比較大，耐高溫的能力比較強(qiáng)，也具有較好的耐磨性能。

2.2 制備改性環(huán)氧樹脂

在本實(shí)驗(yàn)中，通過聚氨酯預(yù)聚體對(duì)其進(jìn)行改性。①將二甲苯與乙酸丁酯按照一定的比例混合成溶液，再取一定量的此混合溶液和環(huán)氧樹脂，使兩者混合均勻，成為新的混合溶液。對(duì)混合溶液進(jìn)行加熱處理，在加熱的過程中對(duì)其進(jìn)行攪拌，制成環(huán)氧溶液。②按照一定的比例，分別取適量的環(huán)氧溶液和預(yù)聚體，將兩者混合后再倒入三頸瓶內(nèi)。通過水浴加熱的方式，使三頸瓶內(nèi)的溶液溫度升至80℃，將溶液攪拌均勻并保溫2.5h，冷卻后再出料。在此過程中，需要用到的器具有電動(dòng)攪拌器、溫度計(jì)、三頸瓶、恒溫水浴槽、鐵夾座。

2.3 制備耐磨涂料

在制備耐磨涂料時(shí)，采用的是改性環(huán)氧樹脂。其中，改性環(huán)氧樹脂占45～60%；低分子650#聚酰胺所占的比例為13～17%；粗顆粒碳化硅所占的比例為5～10%；細(xì)顆粒碳化硅所占的比例為15～25%。此外，在涂層中還需要適當(dāng)?shù)奶砑右徊糠种鷦＞唧w的制備工藝如下：將改性環(huán)氧樹脂、固化劑、陶瓷骨料和添加劑混合攪拌均勻，制作成困料，并對(duì)A3鋼試片的表面進(jìn)行處理，再進(jìn)行涂覆、硬化，就制作成耐磨涂料。

2.4 測(cè)試耐磨性能

制備好耐磨涂料后，量其刷涂于A3鋼試片上，本實(shí)驗(yàn)中使用的鋼試片尺寸為70mm×35mm×0.75mm，所涂的厚度為150μm。在對(duì)沖蝕磨損狀態(tài)環(huán)境進(jìn)行模擬時(shí)，將粒度為0.5～15mm的河沙、水裝進(jìn)QQM輕型球磨機(jī)的小號(hào)球磨罐內(nèi)，兩者的質(zhì)量比控制在1：3，轉(zhuǎn)速以600r/min比較適宜。同時(shí)，沒磨損試驗(yàn)1h，就要在電子天平上將其質(zhì)量稱量出來。然后，通過以下公式將磨損率計(jì)算出來：磨損率=（失質(zhì)量/原質(zhì)量）×100%。在評(píng)定涂層的耐磨性時(shí)，選擇10h內(nèi)每小時(shí)磨損率的平均值。

3 結(jié)果與討論

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，改性環(huán)氧樹脂耐磨涂料每小時(shí)的磨損率為0.042%，在情況不變時(shí)，如果制備耐磨涂料采用的材料為純環(huán)氧樹脂，其磨損率能達(dá)到0.146%/h。所以，與純環(huán)氧樹脂相比，利用改性環(huán)氧樹脂制備的耐磨涂料，其耐磨性能更好。這主要是因?yàn)閺臎_擊韌性、粘接強(qiáng)度方面來看，改性環(huán)氧樹脂比純環(huán)氧樹脂更好。聚氨酯預(yù)聚體本身是鏈接在環(huán)氧樹脂剛性鏈段上的，在對(duì)改性樹脂體系進(jìn)行固化處理后，其會(huì)通過彈性顆粒狀態(tài)分散析出，從而在體系內(nèi)會(huì)逐漸的形成海島結(jié)構(gòu)。也就是說，聚氨酯彈性基團(tuán)會(huì)分布在剛性環(huán)氧體型架構(gòu)中，所以在對(duì)體系進(jìn)行固化處理后，其韌性能夠有所改善。并且，在聚氨酯預(yù)聚體結(jié)構(gòu)中存在著聚酯或者聚醚鏈，而在環(huán)氧樹脂中存在著極性脂肪羥基和醚鍵，在雙方的相互作用下，能夠使體系的粘接強(qiáng)度得到改善。

通過分析，能夠得到聚氨酯預(yù)聚體的紅外譜圖和改性環(huán)氧樹脂涂料的紅外譜圖。其中，在910～920cm-1處，表明的是環(huán)氧基的特征峰，異氰酸酯基和-NHCOO基團(tuán)的特征峰分別在2265～2280cm-1處和1730～1735cm-1處。在環(huán)氧樹脂與聚氨酯發(fā)生反應(yīng)后，在2265～2280cm-1處的異氰酸酯基會(huì)逐漸消失，1730～1735cm-1處的-NHCOO基團(tuán)會(huì)隨之而增加，這是因?yàn)轶w系中的羥基與異氰酸酯基基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，兩者反應(yīng)會(huì)生成-NHCOO基團(tuán)，所以-NHCOO基團(tuán)會(huì)增加。異氰酸酯基基團(tuán)的極性很強(qiáng)，并具有化學(xué)活潑性，容易與羥基發(fā)生反應(yīng)，所以在對(duì)環(huán)氧涂料進(jìn)行改性后，應(yīng)盡量減少其中的異氰酸酯基基團(tuán)。因此，在加入聚氨酯時(shí)，要保證其中的異氰酸酯基基團(tuán)能夠與羥基完全發(fā)生反應(yīng)，這就要求在實(shí)驗(yàn)過程中要控制好聚氨酯的用量，其影響著體系的綜合性能。如果加入的聚氨酯量偏少，體系能夠達(dá)到比較好的相容性，這樣就不會(huì)析出聚氨酯彈性體顆粒，會(huì)對(duì)裂紋的中止產(chǎn)生不良的影響。如果向環(huán)氧樹脂中加入的聚氨酯量過多，就會(huì)導(dǎo)致相鄰粒子靠得太近，在受到外力作用時(shí)，會(huì)使裂紋超出臨界范圍，從而將應(yīng)變能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽斐刹牧媳黄茐?。根?jù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)聚氨酯與環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為0.3的時(shí)候，兩者經(jīng)過反應(yīng)所剩余的異氰酸酯基基團(tuán)特征峰的強(qiáng)度會(huì)比較小，即異氰酸酯基基團(tuán)的剩余量會(huì)比較少，能夠使改性涂料的綜合性能得到提升。

在本實(shí)驗(yàn)中所選用的固化劑為低分子650#聚酰胺，固化的時(shí)候可以在常溫下進(jìn)行，也可以在加熱的條件下進(jìn)行。當(dāng)溫度不同時(shí)，固化的效果也會(huì)不同，通過紅外光譜分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在高溫條件下進(jìn)行固化時(shí)，與常溫下的固化相比，涂層在1730～1735cm-1處的異氰酸酯基基團(tuán)集團(tuán)強(qiáng)度更大。所以，在高溫條件下對(duì)涂層進(jìn)行固化處理，能夠增強(qiáng)涂層的柔韌度。在增加固化劑的使用量時(shí)，涂層表干的時(shí)間會(huì)縮短。因此，在對(duì)各因素進(jìn)行綜合考慮的情況下，將低分子650#聚酰胺與環(huán)氧樹脂的控制比控制為1：1，涂層在常溫下的表干時(shí)間自需要4h。然后，通過測(cè)試涂層的實(shí)干時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在常溫條件下時(shí)，涂層的實(shí)干時(shí)間一般在3～5h。如果在100℃的條件下進(jìn)行實(shí)干，所需的之間只要2h。

4 結(jié)束語

綜上所述，采用聚氨酯對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，利用改性后的環(huán)氧樹脂制備耐磨涂料，能夠提升涂料的耐磨性能，還能縮短涂料的表干和實(shí)干時(shí)間。所以，改性環(huán)氧樹脂是一種制備耐磨涂料的重要材料，其能夠在耐磨涂料的制備中得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]任鵬飛，王 立，俞豪杰，等.UV固化的環(huán)氧丙烯酸樹脂耐磨加硬涂層的制備及性能[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016（2）：181～187.

[2]向 豪，王爭(zhēng)軍.水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青含砂霧封層試驗(yàn)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（16）：5365，5371.

[3]代劍鋒，陳 誠，徐建暉.路用耐磨型環(huán)氧樹脂材料性能研究[J].山西建筑，2017（18）：98～100.

[4]姜 濤.改性環(huán)氧樹脂薄層鋪裝在鋪面工程中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（16）：4730.

[5]尚 峰，周 燕，李 明，等.改性環(huán)氧耐磨涂料的性能測(cè)定[J].河南化工，2016（10）：21～23.

收稿日期：2018-7-21