纳米二氧化硅增韧改性环氧树脂的研究

本文在加热条件和促进剂作用下，利用纳米二氧化硅对低分子量环氧树脂进 行化学改性，使纳米二氧化硅表面硅醇基（Ｓｉ—ＯＨ）和环氧树脂中环氧基产生化 学键接反应。通过改性环氧树脂产物的稳定性试验和粘度的检测，以及改性环氧 树脂产物固化涂膜的附着力、耐冲击、柔韧性、耐盐雾和交联密度等常规性能的 评价，确定了改性反应的工艺条件：反应温度控制在１５０＂Ｃ左右；反应时间控制 在２～３ｈ；促进剂Ａ的用量控制在０．１０％～Ｏ．３０％；纳米二氧化硅Ｌ２０的加入量控 制在５％～１５％。
重防腐涂料除了具有严酷环境下应用和长效寿命特点外，还有以下两个鲜明 的特点区别于一般防腐涂料： １）厚膜化，这是重防腐涂料的重要标志之一。 ２）高性能耐蚀合成树脂的开发和应用，是促使重防腐涂料发展的关键。
而要达到涂层厚膜化和获得高性能的耐蚀合成树脂，就要求我们利用低分子 液体环氧树脂，并对现有环氧树脂进行改性处理，合成粘度低、高性能的改性环 氧树脂。
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孝翱阳 学位论文作者签名：
签字日期：加刁年７月’１日
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机械科学研究总院硕士学位论文Leabharlann Baidu
第一章前言
第一章前言
１．１环氧树脂在重防腐涂料领域的应用 重防腐（Ｈｅａｖｙ—ｄｕｔｙ）涂料是指能在严酷的腐蚀环境下应用并具有长效使用
寿命的涂料。重防腐涂料有两方面的含义：一是指腐蚀环境恶劣，二是指保护寿 命长。是六类具有发展前景的涂料（粉末涂料，富锌涂料，含氟涂料，鳞片涂料， 导电涂料，重防腐涂料）之一【ｌ】。重防腐技术除了用于海洋构筑物外，还广泛 用于化工设备、储罐、船舶和管道等领域。重防腐涂料发展的关键是高性能的合 成树脂。目前在重防腐涂料中最常用的三大树脂是环氧树脂、聚氨酯和含氯的乙 烯类树脂。聚氨酯树脂耐候性好，但少量残存的游离异氢酸酯基易与环境中的潮 气和水分反应，并对人体健康造成影响，且成本价格高。含氯的聚乙烯涂料属于 溶剂挥发固化成膜型涂料，难以厚膜化、附着力、耐温性和耐溶剂性较差。而环 氧树脂有优良的附着力和低收缩率；对水、中等酸、碱和其他溶剂有良好的耐蚀 性和抗渗透性；拥有较多的固化剂使其在各种施工条件下均具有良好的成膜性 能；能同各种树脂、填料和助剂良好地混溶，配制成一系列常用的重防腐涂料； 易于配制成水性化和厚膜化（高固体分或无溶剂型）等无公害重防腐涂料。这一 切都奠定了环氧树脂在重防腐涂料中的主导地位【２】。
最后，利用红外光谱（ＩＲ）对改性环氧树脂进行了微观结构表征，研究了改 性环氧树脂表现出的宏观特性，并对改性反应机理进行初步探讨，研究结果表明， 在改性环氧树脂中有新的硅氧碳键（ｓｉ．ｏ吒）产生，形成了无机一有机结构。
关键词：低分子量环氧树脂 纳米二氧化硅 增韧改性 化学键接
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纳米二氧化硅增韧改性环氧树脂的研究
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｎａｎｏ—ｓｉｌｉｃａ ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ
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李朝阳 学位论文作者签名：
签字日期：∥７年７月『１日
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ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ａｎｄ ａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｆｕｒｔｈｅｒ
ｍｏｒｅ，ｈａｖｉｎｇ ｌｏｗ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｒａｔｅ，ｅａｓｙ ｍａｃｈｉｎｅ－ｓｈａｐｉｎｇ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ，ｗａｓ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｕｓｅｄ ｉＩｌ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ａｄｈｅｓｉｖｅ，ｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙ ｃｏａｔｉｎｇ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｒｅｓｉｎ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｐｕｒｅ－ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ，ｔｈａｔ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ
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Ⅱ
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 扭撼型堂班宜总瞳或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
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ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇ ｆｒｏｍ ５％～１５％．
Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｔｅｓｔｅｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｒｅｓｉｎ ｂｙ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ．ｕｓｉｎｇ
ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｄｖａｎｃｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｅｔｃ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ
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１．２环氧树脂的结构及性能特点 环氧树脂每个分子中含有两个或两个以上的环氧基，环氧基团是由一个氧原
子和两个碳原子形成的三元环，具有高度的活性，可与多种含有活性氢的物质（如 胺、酰胺及酚等）发生化学交联反应。环氧树脂的品种很多，主要品种是双酚型， 如双酚Ａ型环氧树脂：
机械科学研究总院硕士学位论文
纳米二氧化硅增韧改性环氧树脂的研究
ｎｅｗ Ｓｉ·－Ｏ·－Ｃ ｗａｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ，ａｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ··ｏ唱ａｍｃ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ；ｌｌａｎｏ—ｓｉｌｉｃａ；ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ； ｃｈｅｍｉｃａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ
ｍａｃｈｉｎｅ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｔｅｓｔ
ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｓｕｃｈ勰ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｒａｔｅ ｏｆ
ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ａｔ ｂｒｅａｋ，ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｅｒｅ，Ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ
机械科学研究总院武汉材料保护研究所 硕士学位论文
纳米二氧化硅增韧改性环氧树脂的研究 姓名：李朝阳
申请学位级别：硕士 专业：材料学
指导教师：邱大健 20070701
机械科学研究总院硕士论文
纳米二氧化硅增韧改性环氧树脂的研究
摘要
摘要
环氧树脂是重要的热固性树脂，具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、 电绝缘性能和防腐性能，而且固化收缩率低，易加工成型和成本低廉，在胶粘剂、 重防腐涂料、电子电气绝缘材料、增强材料及先进复合材料等领域得到广泛应用。 但环氧树脂，特别是低分子量环氧树脂，固化时交联密度高，涂膜很脆，柔韧性 很差，耐冲击性能、抗剥离性能不好，影响环氧涂膜的附着力和防护性能，限制 了环氧树脂在某些高新技术领域的应用。如何在保持环氧树脂优异性能的前提 下，对环氧树脂进行增韧改性是中外研究人员很热门的研究课题，也是拓展环氧 树脂应用领域的关键所在。
ｒｅｓｉｎ，ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｏｎ，ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｉｍｐａｃｔ，ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ，ｃｒｏｓｓｌｉｎｋ ｄｅｎｓｉｔｙ
ａｎｄ ｓａｌｔ·ｆｏｇ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｒｅｓｉｎ ｔｏ ｆｏｒｍ ｆｉｌｍ，ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ＷａＳ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ：ｒｅａｃｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｂｏｕｔ １５０℃．ｒｅａｃｔｉｖｅ ｔｉｍｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ２～３ｈ，ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ
ｉｍｐａｃｔ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｐｌａｎｅ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ），ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ
ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｔｈｅｒ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ
本文利用微机电子万能试验机进行拉伸试验，测试了改性环氧树脂涂膜的拉 伸强度、断裂伸长率、弹性模量等力学性能，并利用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对 涂膜冲击断面进行了表面形貌分析研究，对增韧机理进行了探讨，对涂膜其他性 能也进行了检测，结果表明，改性环氧树脂涂膜柔韧性有很大改善，增韧的关键 是环氧树脂的接枝率，环氧树脂增韧改性后，其他性能得到很好的保持。