[发明专利]一种改性纳米二氧化硅增韧环氧树脂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂的制备方法，具体是涉及一种改性纳米二氧化硅化学增韧环氧树脂及环保型防护涂料的制备方法，通过此方法制备生产的环保型涂料可广泛应用于钢结构的防腐涂装。

背景技术

环氧树脂具有优异的性能，例如粘结力强、加工性好和收缩率小等，是目前应用最多的热固性树脂之一。但环氧树脂，特别是粘度低的低分子量环氧树脂，分子中存在大量的环氧基团，固化时交联密度很大，性很脆、疲劳强度和冲击韧性更差，且耐热性、剥离强度尤其差，影响到环氧涂层的附着力和防腐性能，难以满足现代工业技术的发展要求。因此，需要对环氧树脂进行增韧改性来提高其优异的性能，但在提高环氧树脂韧性的同时，往往会降低固化物的机械模量和耐热性等。

随着纳米技术的发展，纳米材料得到了广泛的研究和应用，其在涂料中的应用也越来越多。纳米材料以其独特的物理、化学性能及常规材料不具备的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应与它的特殊光电特性、高磁阻现象、非线形电阻现象及其在高温下仍具有高强、高韧、优良稳定性等特性，大幅度提高了涂料产品的涂层表面韧性与硬度、耐水洗性、附着力、光洁度、抗老化性，还具有耐磨性和优异的耐化学腐蚀性能。纳米颗粒作为增韧剂，是纳米复合材料应用拓展的一种新方法。通过对纳米材料功能化的改性来改善环氧树脂体系内部结构，进而提升涂料整体性能的方法也得到了广泛的认可。

中国专利 CN 102190858 A公开了一种由纳米二氧化硅增韧的环氧树脂材料及其制备方法。该方法是用树枝状大分子接枝改性纳米二氧化硅，再以环氧树脂为基料，将纳米二氧化硅增韧剂和固化剂添加到其中，进而得到纳米增韧改性的环氧树脂材料。此发明所制备的环氧树脂材料韧性得到了一定的提高。但发明中所述及的树枝状大分子（长春应化所生产）是特制的，不能从市场上买到。所以，本发明中，将采用带氨基的硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅，进而增韧改性环氧树脂，加入活性稀释剂、消泡剂和固化剂，制作环保型无溶剂环氧涂料，用于钢结构的增韧防腐。利用本发明制作的无溶剂环保型环氧涂料，将大大改善涂料对环境的影响，达到VOC零排放，提高涂膜各方面的性能。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的是将纳米材料技术与环氧树脂增韧技术相结合，采用一种新型改性方法，首先改性纳米二氧化硅，进而用改性的纳米材料与低分子量的液体环氧树脂进行化学键接。从而克服现有环氧树脂增韧改性中韧性增强而环氧树脂本身优异性能降低的技术难题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案步骤如下：

（1）首先取1g～2g氨基硅烷偶联剂加入到48g～50g无水乙醇，再加冰醋酸调节pH值至3～4之间，超声波震荡10min～20 min，使其完全溶解在无水乙醇中；

（2）称取5g～6g纳米SiO₂，放入三口烧瓶中，倒入20g～30g步骤（1）中已分散好的无水乙醇溶液，超声分散30min，再放入恒温水浴锅中，在450r/min的搅拌速度下，恒温75℃搅拌3～5小时，之后冷却，离心分离，140℃干燥24h，得到改性纳米二氧化硅粉体；

（3）将50g～150g液体环氧树脂加入到反应容器中，装上电动式高速搅拌机，加热到60℃，在搅拌状态下缓慢加入相当于液体环氧树脂重量0.1%～1%的由步骤（2）制得的改性纳米二氧化硅，待加完后，搅拌均匀，在高速剪切分散条件下，1小时内加热到90℃，再恒温反应3～5小时。后移去加热设备，搅拌冷却后，所得产物就是改性纳米二氧化硅增韧的环氧树脂产品。

作为本发明的进一步措施，制备无溶剂环保型环氧涂料，包括以下步骤：

按质量百分比，将制得的改性二氧化硅增韧环氧树脂：聚丙二醇二缩水甘油醚活性稀释剂：消泡剂=50～60%：15～20%：0.1～0.6%在中速搅拌条件下混合均匀，备用。在涂刷前在上述物料中加入质量百分比25～28%的环氧固化剂，快速混合熟化后，立即涂刷在经预处理的钢结构表面，控制封闭底涂层厚度为（30±5）μm。

通过上述技术方案的实施，制得了无溶剂环保型环氧树脂涂料，使得环氧树脂的柔韧性得到很大提高，而环氧树脂其他性能得到很好的保持。

与现有技术相比，本发明中，经过硅烷偶联剂与纳米二氧化硅的反应，使得硅烷偶联剂通过化学键与纳米二氧化硅接枝，得到改性纳米二氧化硅。由于硅烷偶联剂中含有端氨基，进而可以达到与环氧树脂开环反应的目的，制备出改性纳米二氧化硅增韧的环氧树脂。此树脂性能稳定，制备出的涂料性能得到极大改善。

具体实施方式