环氧树脂丙烯酸树脂共混物涂层褶皱的影响因 [复制链接]

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摘要：在纯丙乳液中加入质量分数为0.1%～2.0%的磺化石墨烯(S－GNS)，制备了磺化石墨烯/丙烯酸酯涂料，并对S－GNS的结构进行了分析，测定了漆膜的基本性能、力学性能、耐水性、导电性、导热性、气体阻隔性。结果表明:S－GNS用量为0.1%时，漆膜的力学性能、耐水性与导电性得到明显改善，拉伸强度和断裂伸长率较空白样分别提高了38.8%和42.8%，水接触角从69.5°提高到90.5°，漆膜达到了导电渗流临界值，表面电阻率下降了93.8%。用量为1.0%时，S－GNS对涂料导热性能提升较为明显，漆膜的导热率提升了58.9%。漆膜的透气系数随着S－GNS用量的增加逐渐减小，用量为2.0%时，漆膜的透气系数降低了97.1%。功能涂料是一种具有抗菌、导电、阻燃、防水、抗污、导热等特殊性能的涂料种类。通常添加功能性的填料可赋予涂料特殊功能。近年来，石墨烯应用于涂料中成为研究的热点。采用KH－改性氧化石墨烯，而后将其按照不同的比例添加到丙烯酸树脂涂料中，研究结果表明改性石墨烯提升了涂料的耐热性能、耐酸碱和耐水性能。Zhang等用氨基与氧化石墨烯表面的羰基进行反应，通过霍夫曼重排获得功能性石墨烯，而后将其添加到聚丙烯酸酯涂料中，涂膜的拉伸强度由2MPa提升到5MPa，但是断裂伸长率由%下降到%。Kugler等采用商用石墨烯配置成1%水溶液，而后与碳纳米管复配，添加到丙烯酸涂料中，改善了涂料的导电性能、储能模量、硬度等性能。年Si等采用氨基苯磺酸改性氧化石墨烯，磺酸基接枝到石墨烯表面后进行还原反应，制备的磺化石墨烯具有较好的水溶性。林菊香等以石墨烯作为前驱体，利用氨基苯磺酸重氮盐的高反应活性，通过重氮—碳键断裂形成活性自由基直接共价接枝到石墨烯上，制备的磺化石墨烯具有较好的水溶性。目前尚未有报道将磺化石墨烯应用于涂料中。本研究将磺化石墨烯按照不同的比例添加到丙烯酸树脂中并制备涂料，考察其用量对涂料性能的影响。1实验部分1.1实验原料纯丙乳液：工业级，上海保立佳化工有限公司；磺化石墨烯(S－GNS)溶液:工业级，固含量10%，苏州高通新材料科技有限公司；消泡剂、分散剂、成膜助剂、增稠剂、润湿剂、钛白粉、碳酸钙：工业级，上海文华化工颜料有限公司。1.2涂料的制备阶段一：往烧杯中加入50g水、0.2g润湿剂、0.3g分散剂，于r/min下搅拌10min;阶段二：加入0.1g防霉助剂、0.1g消泡剂，于r/min下搅拌10min;阶段三：连续缓慢加入20g钛白粉，于r/min下搅拌20min后加入一定量的S－GNS溶液，再搅拌10min;阶段四：连续缓慢加入20gCaCO3，于r/min下搅拌30min后查看细度;阶段五：加入0.05g消泡剂、0.3g成膜助剂、0.12g流平剂，于r/min下搅拌10min;阶段六：加入86g乳液、2.0g增稠剂，于r/min下搅拌40min;阶段七：调节涂料黏度KU值在70左右。本实验以纯丙乳液为涂料的主要成膜物质，以树脂的质量为基准，添加S－GNS用量为0、0.1%、0.5%、1.0%、2.0%制备涂料，对应涂料样品编号为AG－0、AG－1、AG－2、AG－3、AG－4。1.3测试与表征磺化石墨烯溶液烘干后得到S－GNS粉末，用KBr样片法制样，用NicoletAvatar傅里叶红外光谱仪测定其结构。将制备好的涂料涂布在马口铁片上，自然干燥后测定漆膜的基本性能。按照GB—测试漆膜白度;按照GB/T—测试漆膜硬度;按照GB/T—测试漆膜附着力;按照GB/T—测试漆膜光泽;按照GB/T—测试漆膜力学性能;按照GB/T—测试漆膜耐水性;采用JCD接触角测量仪测定漆膜接触角;采用DＲL－2B导热系数测试仪测定漆膜导热性;采用ZC36型高绝缘电阻测量仪测定漆膜电阻;按照GB/T—测试漆膜透气性。2结果与讨论2.1磺化石墨烯红外光谱分析利用傅里叶红外光谱仪对S－GNS粉末的结构进行测定，实验结果如图1所示。分析图1可以看出：～cm－1处为磺酸基团的吸收峰；cm－1处存在C＝C的伸缩振动峰；cm－1处存在C＝O的伸缩振动峰；cm－1、cm－1处分别对应—CH2—不对称伸缩振动峰和—CH2—对称伸缩振动峰;在cm－1处为—OH的伸缩振动峰。这表明，在S－GNS表面有大量活性官能团，可以与丙烯酸树脂发生物理化学作用，从而对涂料的性能产生影响。2.2漆膜的基本性能实验对漆膜的基本性能进行了测试，结果如表1所示。由表1可知，随着S－GNS添加量的增大，漆膜的白度逐渐降低。这是由于S－GNS溶液呈黑色，加入后使漆膜整体变黑，白度下降。漆膜硬度、附着力随着S－GNS含量的增加而变大。S－GNS强度高，S－GNS的添加致使漆膜硬度提高，S－GNS有很多活性极性基团，漆膜中聚合物极性基团与基材表面的极性基团间能够形成氢键，附着力增加。漆膜的光泽随S－GNS加入量增多呈现先增加后降低最后又增加的趋势。这是由于加入少量的S－GNS(0.1%)时，在制备涂料过程中，由于磺化石墨烯表面含有磺酸基和羟基，可以与钛白粉、碳酸钙表面的羟基之间发生物理和化学的相互作用，从而促进颜填料的分散，导致涂料的光泽小幅度增加。但随着S－GNS加入量的增大，涂料内颜填料开始出现团聚，致使光泽下降，其用量为2.0%时，颜填料的用量超过极限体积浓度(CPVC)，漆膜的光泽随之上升。2.3漆膜的力学性能利用高铁拉力试验机对试样进行拉伸测试，结果如图2所示。由图2可见，随着S－GNS用量的增加，漆膜的拉伸强度和断裂伸长率先增加后降低。当S－GNS的用量为0.1%时，漆膜的拉强度和断裂伸长率达到最大，拉伸强度为5.51MPa，断裂伸长率为%，和空白样相比，分别提高了38.8%和42.8%。这主要是因为S－GNS用量不大时，其能在漆膜中均匀分散，表面官能团可以增加漆膜内部的交联点，同时起到填充补强的作用，使漆膜的拉伸强度明显提高;但随着S－GNS用量继续增加，S－GNS团聚量变大，造成漆膜因为局部的应力集中而使其拉伸强度下降。此外，S－GNS本身具有非常好的柔韧性，当用量较少时，其可以提高漆膜的韧性，使漆膜的断裂伸长率显著提高;而由于S－GNS表面极性基团之间的作用力，导致随着S－GNS用量增加聚合物分子链间互相滑移变得困难，因而使得漆膜断裂伸长率减小。2.4漆膜的耐水性把干燥后的漆膜浸泡在蒸馏水中进行吸水率测试。结果如图3所示。由图3可见，漆膜的吸水率随着时间的增加，先快速上升，而后趋于平缓，同时，对比添加不同量的S－GNS涂料发现，随着S－GNS增加，漆膜的吸水率先下降后上升。这主要是因为当S－GNS用量较少时，其表面丰富的活性官能团能与聚合物形成氢键，使漆膜致密性增加，耐水性得到了提高。但随着S－GNS用量的继续增加，S－GNS团聚增多，涂料中吸水基团也随之增加，原本结构致密的漆膜被破坏，导致吸水率显著变大。漆膜的接触角测定也证实了S－GNS用量对涂料耐水性能的影响规律。与空白样品相比，含0.1%S－GNS的漆膜的接触角，由69.5°提高到90.5°。说明S－GNS用量为0.1%时，对漆膜的耐水性提高较明显。2.5漆膜的导热性能利用导热仪测定漆膜的导热系数，结果如图4所示。由图4可知，漆膜的导热率随着S－GNS的用量增加先增大后变小。当S－GNS的用量为1.0%时，漆膜的导热率由0.W/(m·K)增加为0.W/(m·K)，提高58.9%。这主要是因为当S－GNS用量较低时，分散在涂料中的S－GNS不能形成连续的导热层，导致漆膜热阻大，导热率低。随着S－GNS填料用量的增加，S－GNS相互接触的面积增大，传热速率加快，因此测得漆膜的导热率快速增大；用量超过1.0%后，涂料的导热率反而下降，这是因为此时填料堆积复杂，并容易形成导热回路，热量不能及时有效地传导出去，反而积存在漆膜中，导致漆膜的导热率下降；S－GNS用量过大时，涂料主要成膜物质不足以粘结、包覆S－GNS，致使S－GNS层间的空隙被空气占据，空气导热性能较差，导热率下降。2.6漆膜的导电性利用高绝缘电阻测量仪测定了漆膜的导电性，结果如图5所示。由图5可见，S－GNS含量在0～0.1%时漆膜表面电阻率快速下降，从空白的7.03×Ω·cm降为4.35×Ω·cm，下降了93.8%。当S－GNS含量在0.1%～2.0%时，表面电阻率下降速率趋缓。S－GNS对漆膜导电性能的影响规律符合“导电渗流”现象，可以看到，当S－GNS的含量为0.1%时，达到渗流临界值。2.7漆膜的透气性使用透气性测试仪测定了漆膜的气体渗透性，结果如图6所示。由图6可见，漆膜的渗透系数随着S－GNS用量的增加而减小，且减小速率加快。当S－GNS用量为2.0%时，漆膜的渗透系数从空白的6.51×10－14cm3·cm/(cm2·s·Pa)降为1.86×10－15cm3·cm/(cm2·s·Pa)，降低了97.1%。已知S－GNS片径大且呈层状，当S－GNS添加量为0.1%时，其均匀分散在漆膜中，对气体的通过有一定的阻碍作用，但是阻隔效果不明显，导致渗透系数略微下降。但是，随着S－GNS的用量增加到2.0%时，其在漆膜中堆积复杂，气体通过漆膜阻碍变大，在漆膜中流过的路程变长，阻隔效果明显，漆膜渗透系数迅速下降。3结语(1)磺化石墨烯表面含有丰富的活性官能团，可以明显提升涂料的综合性能，漆膜硬度、附着力随着S－GNS用量的增加而变大。(2)漆膜的拉伸强度和断裂伸长率随着S－GNS用量的增加先升高后降低，当S－GNS的用量为0.1%时，漆膜的拉伸强度和断裂伸长率达到最大。(3)随着S－GNS用量的增加，涂料的吸水率先下降后增加，当S－GNS的用量为0.1%时，涂料的吸水率最低。(4)随着S－GNS的用量增大，漆膜的导热率、导电率和气体阻隔性增加。当S－GNS的用量为1%时，导热系数达到最大值。S－GNS用量为0.1%时，漆膜达到导电渗流临界值。来源：涂料工业往期干货：功能化氧化石墨烯在粉末涂料中的分散性及防腐性能的应用研究石墨烯导电粉末涂料的制备与研究石墨烯防腐涂料、自抛光防污涂料等产品获重点新材料首批次应用保险补偿预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇