水性环氧金属防腐涂料的制备及性能研究

摘要

环氧树脂具有优秀的附着力、耐热性、耐化学品性、绝缘性与机械强度等性能，因此其在防腐涂料领域应用广泛。但传统环氧树脂涂料以有机溶剂体系为主，制备和使用过程中会释放大量的可挥发性有机物(VOCs)，是有机二次气凝胶和PM2.5的形成的重要原因，影响人们身体健康。以绿色环保的水为分散介质，制备水性环氧防腐涂料已成为环氧树脂涂料发展的必然趋势。
　　本论文采用细乳液聚合法，将聚丙烯酸酯引入到环氧树脂体系中，制备了聚丙烯酸酯/环氧树脂杂化乳液，解决了环氧树脂韧性差的技术问题，并基于丙烯酸酯单体对环氧树脂的溶解和降粘作用，改善其在乳液合成中的稳定性。另外，本论文合成了一种与环氧树脂分子结构类似的非离子型乳化剂，并采用相反转法制备了一种环氧树脂乳液，其环氧树脂含量可达100％。该非离子型乳化剂对E51、E44、E20等不同环氧树脂的乳化具有很好的普适性。以所制备的环氧树脂乳液为成膜物，研究了水性环氧树脂防腐涂料的清漆和色漆制备工艺，并系统评价了涂层的韧性、耐介质、防腐等性能。主要研究内容如下:
　　1、将环氧树脂与丙烯酸酯类单体混合后进行均质，再使用氧化还原引发剂引发丙烯酸酯类单体聚合，最终得到聚丙烯酸酯/环氧树脂杂化乳液。通过多种表征手段如红外、动态光散射、透射电镜等，研究了乳化泵运行功率与时间、引发剂的加入量、pH值与乳化剂对乳液粒径与稳定性的影响。结果表明，乳液聚合后聚丙烯酸酯与环氧树脂形成了球形粒子;不同的乳化工艺对最后乳液性能有较大影响。
　　2、使用固体酸作为催化剂，在较低温度下合成了以聚乙二醇、马来酸酐和环氧树脂为原料的非离子型环氧树脂乳化剂。使用液相凝胶色谱、红外、酸值滴定等表征手段，研究了反应时间对反应程度的影响、固体酸的催化效果。结果表明，固体酸作为催化剂能够显著加快反应速度;固体酸能够有效地控制产物结构。
　　3、使用上述自制非离子型环氧树脂乳化剂作为乳化剂，通过相反转法乳化双酚A型环氧树脂，得到一系列不同非离子乳化剂的水性高固含环氧乳液。通过动态光散射等手段，研究了非离子型环氧树脂乳化剂原料与加入量、溶剂含量、阴离子乳化剂含量对粒径与乳液的放置稳定性的影响。结果表明，在加入量控制在5％时，得到能够稳定存储，粒径在400～500nm的乳液。
　　4、使用上述水性高固含环氧乳液为基体树脂，制备了防腐清漆涂料与防腐色漆涂料。加入固化剂固化后得到对应的防腐涂层。研究了清漆涂层与色漆涂层的耐介质性、耐盐雾性与物理机械性能;并且研究了色漆中颜基比对色漆涂层耐盐雾性的影响;通过电化学阻抗谱(EIS)表征了清漆涂层与色漆涂层的防腐性能。结果表明以上述水性高固含环氧乳液外加固化剂制备的涂层具有优良的附着力、抗弯曲性、抗冲击性与铅笔硬度。色漆涂层耐盐雾时间在800小时以上，耐水2000小时以上;清漆涂层耐盐雾时间在2000小时以上。并且随着颜基比的提高色漆涂层的耐盐雾性得到显著提升。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 水性丙烯酸树脂

1．3 水性丙烯酸树脂研究进展

1．4 环氧树脂概论

1．5 环氧树脂水性化方法

1．5．1 直接乳化法

1．5．2 相转变法

1．5．3 化学改性法

1．6 环氧树脂乳化剂

1．7 环氧树脂专用乳化剂研究进展

1．8 细乳液聚合

1．9 课题的主要研究内容和主要创新点

第二章 聚丙烯酸酯／环氧树脂杂化乳液的制备及其性能研究

2．1 前言

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验设备

2．3 实验步骤

2．3．1 高压均质法制备预乳液

2．3．2 乳化泵均质预乳液

2．3．3 聚丙烯酸酯／环氧树脂杂化乳液制备

2．4 乳液表征

2．5 结果与讨论

2．5．1 高压均质法乳液性能研究

2．5．2 乳化泵均质法乳液性能研究

2．5．3 乳化泵功率对乳液稳定性的影响

2．5．4 引发剂对乳液聚合过程的影响

2．6 本章小结

第三章 水性聚丙烯酸酯／环氧树脂杂化防腐涂料的制备及性能研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．3 实验步骤

3．3．1 防腐清漆的制备

3．3．2 防腐色漆的制备

3．3．3 防腐涂层的制备

3．4 性能测试

3．4．1 色浆稳定性

3．4．2 涂层物理机械性能

3．4．3 涂层耐介质性能

3．5 结果与讨论

3．5．1 增稠剂对清漆涂层性能的影响

3．5．2 分散剂对色浆稳定性的影响

3．5．3 色漆涂层的的耐盐雾和耐介质性能

3．6 本章小结

第四章 水性环氧树脂专用乳化剂的合成及其应用

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验仪器

4．3 实验过程

4．3．1 水性环氧树脂乳化剂的合成

4．3．2 水性环氧乳液的制备

4．4 性能表征

4．4．1 乳化剂结构表征

4．4．2 乳液表征

4．5 结果与讨论

4．5．1 乳化剂合成的研究

4．5．2 水性高固含环氧乳液的研究

4．6 本章小结

第五章 水性环氧树脂防腐涂料的制备及其性能测试

5．2．1 实验原料

5．3．1 防腐清漆的制备

5．3．2 防腐色漆的制备

5．3．3 色浆的制备

5．3．4 防腐涂层的制备

5．4．1 颜基比

5．4．2 涂层物理机械性能

5．4．3 涂层耐介质性能

5．5 结果与讨论

5．5．1 清漆涂层的性能

5．5．2 色漆涂层的性能

5．6 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

作者攻读学位期间的研究成果和发表的学术论文目录

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