APTMS接枝环氧分子及其在环氧涂层中的应用

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环氧树脂涂层广泛用于金属基材的腐蚀防护，但现有的环氧涂层与金属基材的界面结合以范德华力和氢键等物理吸附作用为主，因此涂层与金属间的附着力较弱，涂层易出现鼓泡和脱落等现象，降低了环氧树脂涂层的寿命和防腐效能，限制了环氧树脂涂层的使用范围。因此，如何提高环氧涂层与金属间的附着力成为提升其防腐蚀性能的关键。以此为出发点，通过在D.E.R.332型环氧树脂分子上接枝γ-氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）成功制备了可与金属键合的活性环氧树脂。红外光谱和核磁共振测试结果表明，APTMS分子上的氨基官能团与D.E.R.332分子上1/2化学计量的环氧基官能团发生了共价化学键合，生成了既含有环氧官能团又含有硅醇基官能团的活性环氧树脂分子。在成功合成活性环氧树脂的基础上，探索了活性环氧树脂水解的优化工艺条件，同时采用光学显微镜、原子力显微镜等分析了不同水解条件下活性环氧树脂在金属表面键合的微观形貌和结构特点，发现活性环氧树脂在低碳钢表面呈岛状分布，这种岛状结构的尺寸随着活性环氧树脂质量分数的增加而逐渐增大，最终完整地覆盖在金属表面。通过红外光谱和X射线光电子能谱确定了该种岛状结构的化学结构，证实了Si-O-Fe键的存在，明确了活性环氧树脂在金属表面的取向和分布规律。 本文还探索了活性环氧树脂对典型的低碳钢表面E-44/2015腰果壳胺环氧涂层体系附着力的影响规律，考察了低碳钢表面经活性环氧树脂在不同水解工艺条件下对环氧涂层的附着力的改善效果，结果表明当活性环氧树脂的质量分数为1%时，环氧清漆涂层与基体金属的附着力最高（可达17MPa）相对原始环氧涂层附着力提高了2倍。本文同时研究了活性环氧树脂与E-44/2015腰果壳胺环氧共混后涂层的结构以及性能特点，DSC研究表明活性环氧树脂可改善涂层的交联密度，提高环氧涂层材料的玻璃化转变温度。特别是，质量分数为6%的活性环氧树脂共混改性后的环氧涂层与金属表面的附着力达到了30MPa；同时发现，金属基体与键合层间界面、键合层与本体环氧涂层间界面以及环氧涂层本体材料的强度都达到了最佳状态。