Προετοιμασία του Carboxyl Terminated for Fusion-Bonded-epoxy Powder Coating

Παρασκευή και χαρακτηρισμός πολυμερών πολυ (βουταδιενίου-συν-ακρυλονιτριλίου)-εποξειδικής ρητίνης για σύντηξη-συγκολλημένα εποξειδικά Σκόνη Επίστρωση

1 Εισαγωγή

Εποξειδικό με σύντηξη (FBE) επιχρίσματα πούδρας που αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά από την 3M Co., χρησιμοποιούνται ευρέως όταν η μακροπρόθεσμη προστασία από τη διάβρωση είναι κρίσιμη, όπως στις βιομηχανίες πετρελαίου, μετάλλων, φυσικού αερίου και αγωγών νερού. Ωστόσο, οι απαιτήσεις απόδοσης για επικαλύψεις πούδρας FBE είναι προκλητικές λόγω της υψηλής πυκνότητας σταυροειδών δεσμών τους. Η εγγενής ευθραυστότητα των σκληρυμένων επιστρώσεων είναι ένα από τα κύρια εμπόδια που εμποδίζουν την ευρύτερη εφαρμογή των εποξειδικών ουσιών στις βιομηχανίες. Ως εκ τούτου, μπορεί να είναι δυνατό να βελτιωθεί η απόδοση των επικαλύψεων FBE αυξάνοντας την σκληρότητα της επίστρωσης. Πολλές μέθοδοι σκλήρυνσης έχουν χρησιμοποιηθεί για τη σκλήρυνση εποξειδικών συστημάτων, συχνά σε σύνθετες εφαρμογές, όπως καουτσούκ, ελαστομερές, θερμοπλαστικός, συμπολυμερές, εποξειδικά τροποποιημένα με νανοσωματίδια και συνδυασμοί των παραπάνω.
Αν και υπήρξαν πολλές έρευνες για σκληρυντικές τροποποιήσεις εποξειδικών συστημάτων, η πλειοψηφία των
Οι μελέτες περιελάμβαναν τη χημική τροποποίηση της εποξειδικής ρητίνης με αντιδραστικό υγρό καουτσούκ, ιδιαίτερα με βουταδιένιο-συνακρυλονιτρίλιο με τερματικό καρβοξυλικό άκρο (CTBN). Οι McGarry et al χρησιμοποίησαν CTBN μοριακού βάρους 3000 και διάφορες εποξειδικές ουσίες DGEBA που σκληρύνθηκαν με πιπεριδίνη. Οι Kinloch et al αποκάλυψαν μια δυναμική εξάρτηση στο σύστημα DGEBA/CTBN/πιπεριδίνης υπολογίζοντας την αντοχή θραύσης κρούσης σε διαφορετικές ταχύτητες κρούσης και λαμβάνοντας σχεδόν διπλάσια αύξηση της σκληρότητας. Το CTBN θα μπορούσε να εισαχθεί στα εποξειδικά συστήματα, όπως ο διγλυκιδυλαιθέρας της δισφαινόλης-Α (DGEBA) εποξειδικών ρητινών. Όταν τέτοιες εποξειδικές ρητίνες σκληρύνονται μαζί με το υγρό καουτσούκ, η σκληρότητα των τομέων μπορεί να βελτιωθεί απορροφώντας την ενέργεια κρούσης. Είναι ευρέως γνωστό ότι οι σκληρυμένες ρητίνες περιλαμβάνουν συστήματα δύο φάσεων[26] στα οποία το υγρό καουτσούκ διασκορπίζεται σε μια μήτρα από εποξειδικό με δομή σφαιρικής περιοχής ή συνεχή δομή.
Μέχρι στιγμής, η σκλήρυνση των εποξειδικών ρητινών έχει επικεντρωθεί κυρίως στις υγρές εποξειδικές ρητίνες και λίγη έρευνα έχει επικεντρωθεί στη σκλήρυνση των στερεών εποξειδικών ρητινών. Σε αυτή την εργασία, παρασκευάσαμε προπολυμερή CTBN-EP χωρίς τη χρήση οργανικών διαλυτών. Στη συνέχεια παρήχθησαν σύνθετα υλικά επίστρωσης σκόνης FBE γεμάτα με προπολυμερή CTBN-EP. Με βάση τις μηχανικές ιδιότητες και τη μορφολογική ανάλυση, έγιναν προσπάθειες ανάλυσης των μηχανισμών σκλήρυνσης που επικρατούν στη διαχωρισμένη φάση. Η ανάλυση της σχέσης ιδιοτήτων δομής του συστήματος CTBN-EP είναι μια νέα προσπάθεια από όσο γνωρίζουμε. Έτσι, αυτή η νέα τεχνολογία σκλήρυνσης μπορεί να επεκτείνει τους τομείς εφαρμογής των επιχρισμάτων πούδρας FBE στη βιομηχανία.

2. Πειραματική

2.1 Υλικά

Η εποξειδική ρητίνη που χρησιμοποιήθηκε ήταν στερεός διγλυκιδυλαιθέρας δισφαινόλης Α (DGEBA) (DOW, DER663) με ισοδύναμο βάρος εποξειδίου 750-900. Υγρό, πολυ(βουταδιένιο-συν-ακρυλονιτρίλιο) με τερματικό καρβοξυλικό υλικό (CTBN) (Emerald, Hypro 1 300×1323) με περιεκτικότητα σε ακρυλονιτρίλιο 26%. Η τριφαινυλοφωσφίνη χρησιμοποιήθηκε ως καταλύτης σε αυτό το σύστημα. Ο παράγοντας σκλήρυνσης (HTP-305) ήταν ένα φαινολικό. Η φαινολική εποξειδική ρητίνη (GT7255) αγοράστηκε από την HUNTSMAN Co., η Pigment (L6900), η οποία προμηθεύτηκε από την BASF Co., ο παράγοντας απαέρωσης και ο παράγοντας ισοπέδωσης αγοράστηκαν από την Aisitelun.

2.2 Σύνθεση και χαρακτηρισμός προπολυμερών CTBNEP

Στοιχειομετρικές ποσότητες εποξειδικών ρητινών, CTBN και καταλύτη τοποθετήθηκαν σε φιάλη η οποία θερμάνθηκε και αναδεύτηκε μηχανικά αναδεύοντας στους 150 ℃ για 3.0 ώρες. Η αντίδραση σταμάτησε όταν η τιμή του οξέος έπεσε στο 0. Τα προπολυμερή σημειώθηκαν ως C0, C5, C10, C15 και C20 (οι δείκτες είναι τα περιεχόμενα του CTBN). Η πιθανή αντίδραση φαίνεται στο Σχ.1.
Για τον χαρακτηρισμό των δομών χρησιμοποιήθηκε φασματοσκοπία FTIR. Τα φάσματα FTIR καταγράφηκαν από ένα φασματοφωτόμετρο FTLA2000-104 στην περιοχή μήκους κύματος 4 500–500 cm−1 (ABB Bomem του Καναδά). Τα μοριακά βάρη και η κατανομή μοριακού βάρους των προπολυμερών CTBN-EP προσδιορίστηκαν με GPC. Τετραϋδροφουράνιο (THF) χρησιμοποιήθηκε ως μέσο έκλουσης με ρυθμό ροής 1.0 mL/min. Το σύστημα στήλης βαθμονομήθηκε χρησιμοποιώντας μονοδιεσπαρμένα τυπικά πολυστυρένια.

2.3 Προετοιμασία και χαρακτηρισμός μεμβρανών ωρίμανσης

Παρασκευάστηκαν πέντε φιλμ ωρίμανσης που περιείχαν 0wt%-20wt% CTBN. Οι υπολογισμένες ποσότητες DGEBA (σύμφωνα με το σκεύασμα που δίνεται στον Πίνακα 1) και HTP-305 αναδεύτηκαν στους 120 ℃ για 10 λεπτά για να ληφθεί ένα ομοιογενές μίγμα. Το μίγμα χύθηκε σε προθερμασμένο σιδερένιο καλούπι ωριμασμένο σε φούρνο ζεστού αέρα στους 180 ℃ για 10 λεπτά και στη συνέχεια σκληρύνθηκε για 30 λεπτά στους 200 ℃.

Οι δοκιμές εφελκυσμού διεξήχθησαν σε μηχανή KD111-5 (KaiQiang Co., Ltd., Κίνα) με ταχύτητα σταυρωτής κεφαλής 1 mm/min. Οι τιμές ελήφθησαν από έναν μέσο όρο τριών δειγμάτων σύμφωνα με το GB/2568-81. Αξιολογήθηκε η επιμήκυνση στο σημείο θραύσης του δείγματος. Η αντοχή κρούσης του δοκιμίου προσδιορίστηκε σε μηχανή MZ-2056 χρησιμοποιώντας ορθογώνια δοκίμια 40 mm × 10 mm × 2 mm. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου και οι τιμές ελήφθησαν από κατά μέσο όρο τρία δείγματα σύμφωνα με το GB/T2571-1995.

Οι θερμοκρασίες μετάπτωσης υάλου των μεμβρανών σκλήρυνσης προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας έναν δυναμικό μηχανικό αναλυτή (DMA). Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με ρυθμό θέρμανσης 2 ℃/min από -90 ℃ έως 180 ℃ σε σταθερό επίπεδο συχνότητας 1 Hz. Ο συντελεστής αποθήκευσης, ο συντελεστής απώλειας και ο συντελεστής απώλειας λήφθηκαν χρησιμοποιώντας λειτουργία διπλού προβόλου με δείγμα μεγέθους 30 mm × 10 mm × 2 mm.

Πραγματοποιήθηκε ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) (Quanta-2000 μοντέλο SEM, FEI of Dutch) με τάση ηλεκτρονίων 10 kV. Τα δείγματα θραύθηκαν υπό υγρό άζωτο και κατεργάστηκαν πρώτα με τολουόλιο για να εκχυλιστεί η φάση του καουτσούκ προτού ξηρανθούν υπό κενό. Το μέγεθος και η κατανομή των διασκορπισμένων σωματιδίων προσδιορίστηκαν μέσω λήψης ημιαυτόματης εικόνας.

Το ποσοστό απώλειας βάρους και τα χαρακτηριστικά θερμικής αποικοδόμησης των παρασκευασμένων δειγμάτων αξιολογήθηκαν από έναν θερμοβαρυμετρικό αναλυτή (TGA) που καταγράφηκε στο όργανο (METTER Toledo της Ελβετίας). Η ποσότητα του δείγματος που ελήφθη ήταν περίπου 5-10 mg σε λεκάνη δειγμάτων πλατίνας. Ο ρυθμός θέρμανσης σε κάθε εκτέλεση διατηρήθηκε στους 10 ℃/λεπτό και η περιοχή θερμοκρασίας ήταν περιβάλλοντος στους 800 ℃.