Priprava karboksilnega konca za fuzijsko vezano-epoksi praškasti premaz

Priprava in karakterizacija poli(butadien-ko-akrilonitril)-epoksi smolnih predpolimerov za fuzijski epoksi Eloksacija

1 Predstavitev

Fuzijsko vezan epoksi (FBE) praškasti premazi ki jih je najprej razvilo podjetje 3M Co., se široko uporabljajo, kadar je dolgoročna zaščita pred korozijo kritična, na primer v naftni, kovinski, plinovodni in vodovodni industriji. Vendar pa so zahteve glede zmogljivosti za praškaste premaze FBE zahtevne zaradi njihove visoke gostote zamreženja. Prirojena krhkost strjenih premazov je ena glavnih ovir, ki preprečujejo širšo uporabo epoksijev v industriji. Zato je morda mogoče izboljšati učinkovitost premazov FBE s povečanjem žilavosti premaza. Številne metode utrjevanja so bile uporabljene za utrjevanje epoksi sistemov, pogosto v kompozitnih aplikacijah, vključno z gumo, elastomerom, termoplast, kopolimeri, z nanodelci modificirani epoksidi in kombinacije zgoraj naštetega.
Čeprav je bilo veliko raziskav o kaljenju modifikacij epoksidnih sistemov, je večina
študije so vključevale kemično modifikacijo epoksidne smole z reaktivno tekočo gumo, zlasti z butadien-ko-akrilonitrilom (CTBN) s karboksilno koncem. McGarry in drugi so uporabili CTBN z molekulsko maso 3000 in različne epokside DGEBA, utrjene s piperidinom. Kinloch et al so razkrili dinamično odvisnost v sistemu DGEBA/CTBN/piperidin z izračunom žilavosti udarnega loma pri različnih udarnih hitrostih in pridobili skoraj dvakratno povečanje žilavosti. CTBN bi lahko uvedli v epoksi sisteme, kot je diglicidil eter bisfenol-A (DGEBA) epoksi smol. Ko se takšne epoksidne smole strdi skupaj s tekočo gumo, se lahko žilavost domen izboljša z absorbiranjem udarne energije. Dobro je znano, da utrjene smole vključujejo dvofazne sisteme[26], pri katerih je tekoča guma dispergirana v matriki epoksida s sferično domensko strukturo ali neprekinjeno strukturo.
Doslej se je kaljenje epoksidnih smol osredotočalo predvsem na tekoče epoksidne smole, malo raziskav pa se je osredotočilo na utrjevanje trdnih epoksidnih smol. V tem prispevku smo pripravili CTBN-EP predpolimere brez uporabe organskih topil. Nato so bili izdelani kompoziti za prašno prevleko FBE, polnjeni s predpolimeri CTBN-EP. Na podlagi mehanskih lastnosti in morfološke analize smo poskušali analizirati mehanizme kaljenja, ki prevladujejo v fazno ločeni matriki. Analiza razmerja strukturnih lastnosti sistema CTBN-EP je novo prizadevanje, kolikor nam je znano. Tako lahko ta nova tehnologija kaljenja razširi področja uporabe prašnih premazov FBE v industriji.

2 Eksperimentalno

2.1 materiali

Uporabljena epoksidna smola je bila trdni diglicidil eter bisfenola A (DGEBA) (DOW, DER663) z epoksidno ekvivalentno maso 750-900. Tekoči poli(butadien-ko-akrilonitril) (CTBN) s koncem s karboksilom (Emerald, uporabljen je bil Hypro 1 300×1323) z vsebnostjo akrilonitrila 26 %. Trifenil fosfin je bil uporabljen kot katalizator v tem sistemu. Utrjevalno sredstvo (HTP-305) je bilo fenolno. Fenolna epoksidna smola (GT7255) je bila kupljena pri HUNTSMAN Co., Pigment (L6900), ki ga je dobavil BASF Co., Sredstvo za razplinjevanje in izravnalno sredstvo sta bila kupljena pri Aisitelun.

2.2 Sinteza in karakterizacija predpolimerov CTBNEP

Stehiometrične količine epoksidnih smol, CTBN in katalizatorja smo dali v bučko, ki smo jo segrevali in mehansko mešali pri 150 ℃ 3.0 h. Reakcija je bila ustavljena, ko je kislinska vrednost padla na 0. Predpolimeri so bili označeni kot C0, C5, C10, C15 in C20 (podatki so vsebina CTBN). Možna reakcija je prikazana na sliki 1.
Za karakterizacijo struktur je bila uporabljena FTIR spektroskopija. FTIR spektre smo zabeležili s spektrofotometrom FTLA2000-104 v območju valovnih dolžin 4 500–500 cm−1 (ABB Bomem iz Kanade). Molekulsko maso in porazdelitev molekulske mase predpolimerov CTBN-EP smo določili z GPC. Kot eluent smo uporabili tetrahidrofuran (THF) s hitrostjo pretoka 1.0 ml/min. Sistem kolone je bil kalibriran z uporabo monodisperznega standardnega polistirena.

2.3 Priprava in karakterizacija utrjevalnih filmov

Pripravili smo pet utrjevalnih filmov, ki vsebujejo 0-20 ut. % CTBN. Izračunane količine DGEBA (po formulaciji, podani v tabeli 1) in HTP-305 smo mešali pri 120 ℃ 10 minut, da smo dobili homogeno zmes. Zmes smo vlili v predgret železen kalup, ki smo ga 180 minut utrdili v peči z vročim zrakom pri 10 ℃ in nato 30 minut utrdili pri 200 ℃.

Natezni preskusi so bili izvedeni na stroju KD111-5 (KaiQiang Co., Ltd., Kitajska) pri hitrosti prečne glave 1 mm/min. Vrednosti so bile vzete iz povprečja treh vzorcev po GB/2568-81. Ocenjen je bil raztezek na prelomni točki vzorca. Udarno trdnost vzorca smo določili na stroju MZ-2056 s pravokotnimi vzorci 40 mm × 10 mm × 2 mm. Preskusi so bili izvedeni pri sobni temperaturi, vrednosti pa so bile vzete iz povprečja treh vzorcev v skladu z GB/T2571-1995.

Temperature steklastega prehoda utrjevalnih filmov so bile določene z dinamičnim mehanskim analizatorjem (DMA). Meritve so bile izvedene pri hitrosti segrevanja 2 ℃/min od -90 ℃ do 180 ℃ pri fiksni frekvenci 1 Hz. Modul za shranjevanje, modul izgube in faktor izgube smo dobili z uporabo dvojnega konzolnega načina z vzorcem velikosti 30 mm × 10 mm × 2 mm.

Izvedena je bila skenirana elektronska mikroskopija (SEM) (Quanta-2000 model SEM, FEI iz Nizozemske) z elektronsko napetostjo 10 kV. Vzorce smo razbili pod tekočim dušikom in jih najprej obdelali s toluenom, da smo ekstrahirali gumijasto fazo, nato pa jih posušili v vakuumu. Velikost in porazdelitev razpršenih delcev smo določili s polavtomatskim posnetkom.

Značilnosti izgube teže in toplotne razgradnje pripravljenih vzorcev so bile ocenjene s termogravimetričnim analizatorjem (TGA), posnetim na instrumentu (METTER Toledo iz Švice). Količina odvzetega vzorca je bila približno 5-10 mg v platinasti posodi za vzorce. Hitrost segrevanja v vsakem zagonu je bila vzdrževana pri 10 ℃/min, temperaturno območje pa je bilo okoli 800 ℃.