Karboxil-végződés előállítása fúziós kötésű epoxi porbevonathoz

Karboxil-végződésű poli(butadién-ko-akrilnitril)-epoxigyanta előpolimerek előállítása és jellemzése fúziós kötésű epoxihoz Porszórás

1 Bevezetés

Fúziós kötésű epoxi (FBE) porbevonatok amelyeket először a 3M Co. fejlesztett ki, széles körben használják, amikor a hosszú távú korrózióvédelem kritikus fontosságú, például az olaj-, fém-, gáz- és vízvezeték-iparban. Az FBE porbevonatok teljesítménykövetelményei azonban kihívást jelentenek a nagy térhálósodási sűrűségük miatt. A kikeményedett bevonatok eredendő ridegsége az egyik fő akadály, amely megakadályozza az epoxik szélesebb körű alkalmazását az iparban. Emiatt lehetséges lehet az FBE bevonatok teljesítményének javítása a bevonat szívósságának növelésével. Az epoxi rendszerek edzésére számos edzési módszert alkalmaztak, gyakran kompozit alkalmazásokban, beleértve a gumit, az elasztomereket, hőre lágyuló, kopolimer, nanorészecskékkel módosított epoxik és a fentiek kombinációi.
Bár sok kutatás folyt az epoxi rendszerek keményítési módosításairól, a legtöbb a
tanulmányok az epoxigyanta reaktív folyékony gumival, különösen karboxil-végződésű butadién-ko-akrilnitrillel (CTBN) való kémiai módosítására vonatkoztak. McGarry és munkatársai 3000 molekulatömegű CTBN-t és különféle piperidinnel térhálósított DGEBA epoxit használtak. Kinloch és munkatársai dinamikus függőséget tártak fel a DGEBA/CTBN/piperidin rendszerben az ütési törési szilárdság kiszámításával különböző ütési sebességeknél, és a szívósság közel kétszeres növekedését kapták. A CTBN bevihető az epoxirendszerekbe, például a biszfenol-A (DGEBA) epoxigyanták diglicidil-éterébe. Ha az ilyen epoxigyantákat a folyékony gumival együtt térhálósítják, a domének szívóssága az ütési energia elnyelésével javítható. Jól ismert, hogy a kikeményedett gyanták kétfázisú rendszert tartalmaznak[26], amelyekben a folyékony gumit gömb doménszerkezetű vagy folytonos szerkezetű epoximátrixban diszpergálják.
Eddig az epoxigyanták keményítése főként a folyékony epoxigyantákra összpontosított, és kevés kutatás foglalkozott a szilárd epoxigyanták edzésével. Ebben a cikkben CTBN-EP prepolimereket állítottunk elő szerves oldószerek használata nélkül. Ezután CTBN-EP prepolimerrel töltött FBE porbevonat kompozitokat készítettek. A mechanikai tulajdonságok és a morfológiai elemzés alapján kísérletet tettem a fázisszeparált mátrixban uralkodó szilárdító mechanizmusok elemzésére. A CTBN-EP rendszer szerkezeti tulajdonságainak vizsgálata legjobb tudásunk szerint új törekvés. Így ez az új edzési technológia kiterjesztheti az FBE porbevonatok alkalmazási területeit az iparban.

2. Kísérleti

2.1 Materials

Az epoxigyanta a biszfenol A szilárd diglicidil-étere (DGEBA) (DOW, DER663) volt, 750-900 epoxid ekvivalens tömeggel. Folyékony, karboxil-végződésű poli(butadién-ko-akrilnitril) (CTBN) (Emerald, Hypro 1 300×1323) 26%-os akrilnitril tartalommal. Ebben a rendszerben katalizátorként trifenil-foszfint használtak. A keményítőszer (HTP-305) fenolos volt. A fenolos epoxigyantát (GT7255) a HUNTSMAN Co., Pigment (L6900) cégtől vásárolták, amelyet a BASF Co. szállított, a gáztalanító és kiegyenlítő szert pedig az Aisitelun cégtől vásárolták.

2.2 CTBNEP prepolimerek szintézise és jellemzése

Sztöchiometrikus mennyiségű epoxigyantát, CTBN-t és katalizátort helyeztünk egy lombikba, amelyet melegítve és mechanikusan keverve 150 °C-on 3.0 órán át kevertünk. A reakciót leállítottuk, amikor a savérték 0-ra csökkent. A prepolimereket C0, C5, C10, C15 és C20 jelöléssel láttuk el (az alsó indexek a CTBN tartalma). A lehetséges reakciót az 1. ábra mutatja.
A szerkezetek jellemzésére FTIR spektroszkópiát használtunk. Az FTIR spektrumokat FTLA2000-104 spektrofotométerrel vettük fel 4-500 cm-500 hullámhossz-tartományban (ABB Bomem, Kanada). A CTBN-EP prepolimerek molekulatömegét és molekulatömeg-eloszlását GPC-vel határoztuk meg. Eluálószerként tetrahidrofuránt (THF) használtunk 1 ml/perc áramlási sebességgel. Az oszloprendszert monodiszpergált standard polisztirol segítségével kalibráltuk.

2.3 Kikeményítő fóliák készítése és jellemzése

Öt 0-20 tömeg% CTBN-t tartalmazó térhálósító fóliát állítottunk elő. A DGEBA (az 1. táblázatban megadott készítmény szerint) és a HTP-305 számított mennyiségeit 120 °C-on 10 percig kevertük, hogy homogén keveréket kapjunk. A keveréket előmelegített vasformába öntöttük, hőlégkemencében 180 ℃-on 10 percig, majd 30 percig 200 ℃-on utókeményítettük.

A szakítóvizsgálatokat KD111-5 gépen (KaiQiang Co., Ltd., Kína) végeztük 1 mm/perc keresztfejsebességgel. Az értékeket átlagosan három mintából vettük a GB/2568-81 szerint. Kiértékeltük a próbatest törésponti nyúlását. A próbatest ütőszilárdságát MZ-2056 gépen határoztuk meg 40 mm × 10 mm × 2 mm-es téglalap alakú próbatestek felhasználásával. A vizsgálatokat szobahőmérsékleten végeztük, és az értékeket átlagosan három mintából vettük a GB/T2571-1995 szerint.

A keményedő fóliák üvegesedési hőmérsékletét dinamikus mechanikai analizátorral (DMA) határoztuk meg. A méréseket 2 ℃/perc hevítési sebességgel végeztük -90 ℃ és 180 ℃ között, 1 Hz-es fix frekvenciaszinten. A tárolási modulust, a veszteségi modulust és a veszteségi tényezőt kettős konzolos móddal kaptuk meg 30 mm × 10 mm × 2 mm méretű mintával.

Pásztázó elektronmikroszkópiát (SEM) végeztünk (Quanta-2000 modell SEM, FEI holland) 10 kV elektronfeszültséggel. A mintákat folyékony nitrogén alatt törtük, és először toluollal kezeltük, hogy extraháljuk a gumifázist, majd vákuumban szárítjuk. A diszpergált részecskék méretét és eloszlását félautomata felvétel készítésével határoztuk meg.

Az előkészített minták százalékos tömegveszteségét és termikus lebomlási jellemzőit az Instrument (METTER Toledo, Svájc) készüléken rögzített termogravimetriás analizátorral (TGA) értékeltük. A vett minta mennyisége körülbelül 5-10 mg volt platina mintatartóban. A fűtési sebességet minden egyes futtatásban 10 ℃/perc értéken tartottuk, és a hőmérséklet tartománya 800 ℃ volt.