Priprema karboksil-terminiranog za premazivanje epoksi prahom vezanim fuzijom

Priprema i karakterizacija poli(butadien-ko-akrilonitril)-epoksi smola predpolimera za fuzijski vezani epoksid Powder Coating

1 Uvod

Fuzijsko vezani epoksi (FBE) premazi u prahu koje je prvi razvio 3M Co., naširoko se koriste kada je dugoročna zaštita od korozije kritična, kao što je industrija nafte, metala, plina i vodovoda. Međutim, zahtjevi za performanse za FBE praškaste premaze su izazovni zbog njihove visoke gustoće umrežavanja. Inherentna krtost stvrdnutih premaza jedna je od glavnih prepreka koje sprječavaju širu primjenu epoksida u industriji. Stoga bi moglo biti moguće poboljšati učinkovitost FBE premaza povećanjem žilavosti premaza. Mnoge metode ojačavanja korištene su za ojačavanje epoksidnih sustava, često u kompozitnim primjenama, uključujući gumu, elastomer, termoplastika, kopolimer, epoksidi modificirani nanočesticama i kombinacije gore navedenog.
Iako je bilo mnogo istraživanja modifikacija kaljenja epoksidnih sustava, većina
studije su uključivale kemijsku modifikaciju epoksidne smole s reaktivnom tekućom gumom, posebno s karboksil-terminiranim butadien-ko-akrilonitrilom (CTBN). McGarry i suradnici su koristili CTBN molekularne težine 3000 i razne DGEBA epokside očvrsnute piperidinom. Kinloch i suradnici otkrili su dinamičku ovisnost u sustavu DGEBA/CTBN/piperidin izračunavanjem žilavosti udarnog loma pri različitim brzinama udara i dobivanjem gotovo dvostrukog povećanja žilavosti. CTBN bi se mogao uvesti u epoksidne sustave kao što je diglicidil eter bisfenol-A (DGEBA) epoksidnih smola. Kada se takve epoksidne smole stvrdnu zajedno s tekućom gumom, žilavost domena može se poboljšati apsorbiranjem energije udara. Dobro je poznato da stvrdnute smole uključuju dvofazne sustave[26] u kojima je tekuća guma dispergirana u matrici od epoksida sa sferičnom domenskom strukturom ili kontinuiranom strukturom.
Do sada se kaljenje epoksidnih smola uglavnom fokusiralo na tekuće epoksidne smole, a malo istraživanja usredotočilo se na kaljenje čvrstih epoksidnih smola. U ovom smo radu pripremili CTBN-EP predpolimere bez upotrebe ikakvih organskih otapala. Zatim su proizvedeni FBE kompoziti za premazivanje prahom punjeni CTBN-EP predpolimerima. Na temelju mehaničkih svojstava i morfološke analize pokušali su se analizirati mehanizmi kaljenja koji prevladavaju u fazno odvojenoj matrici. Analiza odnosa svojstava strukture CTBN-EP sustava novi je pothvat prema našem najboljem saznanju. Dakle, ova nova tehnologija kaljenja može proširiti područja primjene FBE premaza u prahu u industriji.

2 Eksperimentalno

2.1 materijali

Upotrijebljena epoksidna smola bila je čvrsti diglicidil eter bisfenola A (DGEBA) (DOW, DER663) s epoksidnom ekvivalentnom težinom od 750-900. Tekući poli(butadien-ko-akrilonitril) (CTBN) (Eme) s karboksil-terminiranimrald, korišten je Hypro 1 300×1323) sa udjelom akrilonitrila od 26%. Kao katalizator u ovom sustavu korišten je trifenil fosfin. Sredstvo za stvrdnjavanje (HTP-305) bio je fenol. Fenolna epoksidna smola (GT7255) kupljena je od HUNTSMAN Co., Pigment (L6900), koji je isporučio BASF Co., Sredstvo za otplinjavanje i sredstvo za izravnavanje kupljeno je od Aisiteluna.

2.2 Sinteza i karakterizacija CTBNEP predpolimera

Stehiometrijske količine epoksidnih smola, CTBN i katalizatora stavljene su u tikvicu koja se zagrijavala i miješala mehanički miješajući na 150 ℃ tijekom 3.0 h. Reakcija je zaustavljena kada je kiselinska vrijednost pala na 0. Prepolimeri su označeni kao C0, C5, C10, C15 i C20 (subkripti su sadržaj CTBN). Moguća reakcija prikazana je na sl.1.
Za karakterizaciju struktura korištena je FTIR spektroskopija. FTIR spektri su snimljeni spektrofotometrom FTLA2000-104 u rasponu valnih duljina od 4 500–500 cm−1 (ABB Bomem iz Kanade). Molekulske mase i raspodjela molekularne mase CTBN-EP predpolimera određene su GPC. Tetrahidrofuran (THF) je korišten kao eluens pri brzini protoka od 1.0 mL/min. Sustav stupca je kalibriran korištenjem monodisperznog standardnog polistirena.

2.3 Priprema i karakterizacija filmova za stvrdnjavanje

Pripremljeno je pet filmova za stvrdnjavanje koji sadrže 0wt%-20wt% CTBN. Izračunate količine DGEBA (prema formulaciji danoj u tablici 1) i HTP-305 miješane su na 120 ℃ tijekom 10 minuta da se dobije homogena smjesa. Smjesa je izlivena u prethodno zagrijani željezni kalup koji se sušio u pećnici s vrućim zrakom na 180 ℃ tijekom 10 minuta, a zatim naknadno sušen 30 minuta na 200 ℃.

Vlačna ispitivanja provedena su na stroju KD111-5 (KaiQiang Co., Ltd., Kina) pri brzini poprečne glave od 1 mm/min. Vrijednosti su uzete iz prosječno tri uzorka prema GB/2568-81. Procijenjeno je istezanje na lomnoj točki uzorka. Udarna čvrstoća uzorka određena je na stroju MZ-2056 korištenjem pravokutnih uzoraka 40 mm × 10 mm × 2 mm. Ispitivanja su provedena na sobnoj temperaturi, a vrijednosti su uzete iz prosjeka tri uzorka prema GB/T2571-1995.

Temperature staklastog prijelaza stvrdnjavajućih filmova određene su pomoću dinamičkog mehaničkog analizatora (DMA). Mjerenja su provedena pri brzini zagrijavanja od 2 ℃/min od -90 ℃ do 180 ℃ na fiksnoj razini frekvencije od 1 Hz. Modul pohranjivanja, modul gubitka i faktor gubitka dobiveni su korištenjem dual cantilever moda s uzorkom veličine 30 mm × 10 mm × 2 mm.

Provedena je skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM) (Quanta-2000 model SEM, FEI iz Nizozemske) s naponom elektrona od 10 kV. Uzorci su frakturirani pod tekućim dušikom i prvo tretirani toluenom da se ekstrahira gumena faza prije nego što su osušeni pod vakuumom. Veličina i raspodjela dispergiranih čestica određivani su poluautomatskim snimanjem.

Postotak gubitka težine i karakteristike toplinske degradacije pripremljenih uzoraka procijenjeni su termogravimetrijskim analizatorom (TGA) snimljenim na Instrumentu (METTER Toledo iz Švicarske). Količina uzetog uzorka bila je približno 5-10 mg u posudi za uzorke od platine. Brzina zagrijavanja u svakom ciklusu održavana je na 10 ℃/min, a temperaturni raspon je bio oko 800 ℃.