尼龙6共混改性环氧树脂涂层的制备与表征(附件)【字数：16771】
摘 要摘 要金属的腐蚀一直是困扰着社会与经济发展的一个严重问题，金属保护涂层往往作为最为经济实用的保护措施被广泛应用在金属防腐上。本文通过使用尼龙-6对环氧树脂进行共混改性，试图在解决环氧树脂固化物的机械性能较差等一系列问题的同时，保证环氧树脂材料本身优异性能。通过涂层制备实验发现，六氟异丙醇可以作为尼龙-6与环氧预聚物的共溶剂，且体系具有很好的相容性。在尼龙-6含量低于10%时，向上述溶液体系中加入一定量的固化剂后可得到表面光滑的涂层。通过电化学测试发现，尼龙-6改性环氧树脂涂层的阻抗值由未加尼龙-6时的3×105 Ω左右增加到含量为5 wt%时的1.6×106 Ω。通过DSC测试发现，不同含量时，尼龙-6单位质量的熔融焓并不一致，而且呈现出非线性降低的变化趋势。这说明随着尼龙-6在环氧树脂中含量的增加，其结晶度会降低，而且会带来涂层阻抗值数量级的提高。进一步地，通过扫描电子显微镜测试发现，随着尼龙-6含量的提升，体系中出现尼龙-6的分散相，但并未观察到明显的相界面。在尼龙-6质量分数达到7.5 wt%之后，体系有转变为双连续相的趋势。实际上，涂层样品的质量也会在尼龙-6的含量过高之后发生恶化。关键词尼龙-6；环氧树脂；共混改性；阻抗；结晶
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 环氧树脂的研究 1
1.2.1 环氧树脂的结构 2
1.2.2 环氧树脂材料的优点 2
1.2.3 环氧树脂材料的缺陷 3
1.3 共混改性技术 3
1.3.1 共混改性原则 5
1.3.2 共混改性的影响因素 6
1.4 尼龙6材料发展现状及其结构特性 7
1.5 国内外研究现状及存在的问题 8
1.6主要研究内容 9
第二章 实验部分 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验仪器 10
2.3 实验过程 10
2.3.1 尼龙6共混改性环氧树脂 10
2.3.2 尼龙6共混改性环氧树脂涂层的制备 11
第三章 结果与讨论 16
3.1电化学测试 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.2 差示扫描量热法测试 20
3.3 扫描电子显微镜分析 24
第四章 结论 27
致 谢 29
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
金属的腐蚀控制具有技术，经济，环保和美观的重要性。腐蚀是金属的化学侵蚀或与其环境的反应的恶化过程。这是一个一直以来围绕着文明发展的持续不断的问题，并且往往难以彻底消除。预防将比完全消除更实际和可实现。腐蚀过程在破坏保护膜之后快速发展，并且伴随着许多改变金属表面和局部环境组成和性质的反应，例如氧化物的形成，金属阳离子扩散到涂层基质中，造成局部pH和电化学势变化等。
对于金属材料的防腐蚀处理方法有许多[1]，具体可以包括以下几个方面：
(1) 合理选择材料或设计研发耐蚀的新材料；
(2) 对材料表面进行表面处理，如磷化、氧化、钝化、转化、电镀、热喷涂、涂料、衬里、包覆等，从而使材料与环境介质隔开；
(3) 改善腐蚀环境，如降低腐蚀介质浓度、调节pH值、除氧、脱盐、加入缓蚀剂等；
(4) 电化学保护，如牺牲阳极保护和外加电流阴极保护等；
(5) 进行合理的防腐蚀设计，如合理设计表面与几何形状，避免异种金属连接、构件应力集中、产生缝隙结构等。
在上述处理方法中，寻找合适的金属保护涂层是一种简单直观，应用最广泛，也最能被大众接受的金属保护途径。
1.2 环氧树脂
环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂目前被称为三大通用型热固性树脂，它们目前是热固性树脂中用量最大、应用最广泛的种类[2]。环氧树脂中含有独特的环氧基，以及羟基、醚键等活性基团和极性基团，因而具有许多优异的性能。与其他热固性树脂相比较，环氧树脂的种类和牌号最多，性能各异。环氧树脂固化剂的种类更多，再加上众多的促进剂、改性剂、添加剂等，可以进行多种多样的组合和组配。从而能获得各种各样性能优异的、各具特色的环氧固化体系和固化物。几乎能适应和满足各种不同使用性能和工艺性能的要求。
1.2.1 环氧树脂的结构
以使用最为广泛的双酚A型环氧树脂为例，双酚A型环氧树脂的大分子结构具有以下特征[3]:
(1) 环氧基位于大分子的两端，大大增强了环氧树脂分子链的反应能力；
(2) 醚键在分子主链上的排列呈现出一种线型聚醚结构；
(3) 有许多仲羟基在n值较大的环氧树脂的分子链上有规律地、相距较远地排列，因此环氧树脂分子链可以被认为是一种长链多元；
(4) 大量异丙基、次甲基和苯环在主链上排列。
1.2.2 环氧树脂材料的优点
双酚A型环氧树脂分子的所具有的各结构单元赋予树脂以下特殊性质：环氧基和羟基赋予树脂反应性，使环氧树脂固化物具有很强的内聚力和粘接力；醚键和羟基是极性基团，有助于提高浸润性和粘附力；醚键和碳链使大分子具有柔顺性；苯环赋予聚合物以耐热性和刚性；异丙基会赋予大分子一定的刚性；碳氧键的键能高，耐碱性随之提高。因此，双酚A型环氧树脂其特殊的分子结构决定了它的具有以下特点[2]：
(1) 环氧树脂是热塑性树脂，但其能与多种固化剂、催化剂及添加剂形成各种性能优异的固化物，所以通常情况下也被人们认为具有热固性。根据其同时具备热固性与热塑性的性质，经过合理的配方设计，环氧树脂能满足各种不同条件下的使用要求。
(2) 力学性能优异。环氧树脂分子具有很强的内聚力，结构致密，因此其力学性能优异，一般高于酚醛树脂及不饱和聚酯等通用型热固性树脂。
(3) 粘接性能优异。环氧树脂固化体系中活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性集团，赋予了环氧固化物以极高的粘接强度。再加上它有很高的内聚强度等力学性能，因此它的粘接性能优异，通常可以用来作为粘接剂使用。
(4) 固化收缩率小。环氧树脂是热固性树脂当中固化收缩率最小的种类之一。酚醛树脂为8％～10％；不饱和聚酯树脂为4％～6％；有机硅树脂为4％～8％，而环氧树脂仅为1％～2％。因此，环氧树脂产品尺寸稳定，内应力小，不易开裂。
(5) 工艺性好。环氧树脂固化时几乎不产生低分子挥发物，所以采用可低压成型或接触压成型工艺。配方设计的灵活性大，可利用这一性质设计出适合各种工艺性要求的配方。
(6) 电学性能好。环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。
(7) 化学稳定性好。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。
1.2.3 环氧树脂材料的缺陷
在诸多热固性材料中，环氧树脂因其高模量、高拉伸强度、尺寸稳定性以及良好的耐热、耐化学性能得到了广泛的应用。然而由于环氧树脂与固化剂的加成反应是放热反应，在反应过程中将发生体积收缩，体积收缩包括固化收缩和热收缩两部分，固化收缩率与凝胶化后进一步固化所产生的那部分体积收缩成正比。因为在凝胶化之前的应力可以自由释放出来。不会受到液体的限制。只有在凝胶化发生以后，分子的运动才会受到阻碍，进一步反应就将会造成收缩应力。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 环氧树脂的研究 1
1.2.1 环氧树脂的结构 2
1.2.2 环氧树脂材料的优点 2
1.2.3 环氧树脂材料的缺陷 3
1.3 共混改性技术 3
1.3.1 共混改性原则 5
1.3.2 共混改性的影响因素 6
1.4 尼龙6材料发展现状及其结构特性 7
1.5 国内外研究现状及存在的问题 8
1.6主要研究内容 9
第二章 实验部分 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验仪器 10
2.3 实验过程 10
2.3.1 尼龙6共混改性环氧树脂 10
2.3.2 尼龙6共混改性环氧树脂涂层的制备 11
第三章 结果与讨论 16
3.1电化学测试 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.2 差示扫描量热法测试 20
3.3 扫描电子显微镜分析 24
第四章 结论 27
致 谢 29
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
金属的腐蚀控制具有技术，经济，环保和美观的重要性。腐蚀是金属的化学侵蚀或与其环境的反应的恶化过程。这是一个一直以来围绕着文明发展的持续不断的问题，并且往往难以彻底消除。预防将比完全消除更实际和可实现。腐蚀过程在破坏保护膜之后快速发展，并且伴随着许多改变金属表面和局部环境组成和性质的反应，例如氧化物的形成，金属阳离子扩散到涂层基质中，造成局部pH和电化学势变化等。
对于金属材料的防腐蚀处理方法有许多[1]，具体可以包括以下几个方面：
(1) 合理选择材料或设计研发耐蚀的新材料；
(2) 对材料表面进行表面处理，如磷化、氧化、钝化、转化、电镀、热喷涂、涂料、衬里、包覆等，从而使材料与环境介质隔开；
(3) 改善腐蚀环境，如降低腐蚀介质浓度、调节pH值、除氧、脱盐、加入缓蚀剂等；
(4) 电化学保护，如牺牲阳极保护和外加电流阴极保护等；
(5) 进行合理的防腐蚀设计，如合理设计表面与几何形状，避免异种金属连接、构件应力集中、产生缝隙结构等。
在上述处理方法中，寻找合适的金属保护涂层是一种简单直观，应用最广泛，也最能被大众接受的金属保护途径。
1.2 环氧树脂
环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂目前被称为三大通用型热固性树脂，它们目前是热固性树脂中用量最大、应用最广泛的种类[2]。环氧树脂中含有独特的环氧基，以及羟基、醚键等活性基团和极性基团，因而具有许多优异的性能。与其他热固性树脂相比较，环氧树脂的种类和牌号最多，性能各异。环氧树脂固化剂的种类更多，再加上众多的促进剂、改性剂、添加剂等，可以进行多种多样的组合和组配。从而能获得各种各样性能优异的、各具特色的环氧固化体系和固化物。几乎能适应和满足各种不同使用性能和工艺性能的要求。
1.2.1 环氧树脂的结构
以使用最为广泛的双酚A型环氧树脂为例，双酚A型环氧树脂的大分子结构具有以下特征[3]:
(1) 环氧基位于大分子的两端，大大增强了环氧树脂分子链的反应能力；
(2) 醚键在分子主链上的排列呈现出一种线型聚醚结构；
(3) 有许多仲羟基在n值较大的环氧树脂的分子链上有规律地、相距较远地排列，因此环氧树脂分子链可以被认为是一种长链多元；
(4) 大量异丙基、次甲基和苯环在主链上排列。
1.2.2 环氧树脂材料的优点
双酚A型环氧树脂分子的所具有的各结构单元赋予树脂以下特殊性质：环氧基和羟基赋予树脂反应性，使环氧树脂固化物具有很强的内聚力和粘接力；醚键和羟基是极性基团，有助于提高浸润性和粘附力；醚键和碳链使大分子具有柔顺性；苯环赋予聚合物以耐热性和刚性；异丙基会赋予大分子一定的刚性；碳氧键的键能高，耐碱性随之提高。因此，双酚A型环氧树脂其特殊的分子结构决定了它的具有以下特点[2]：
(1) 环氧树脂是热塑性树脂，但其能与多种固化剂、催化剂及添加剂形成各种性能优异的固化物，所以通常情况下也被人们认为具有热固性。根据其同时具备热固性与热塑性的性质，经过合理的配方设计，环氧树脂能满足各种不同条件下的使用要求。
(2) 力学性能优异。环氧树脂分子具有很强的内聚力，结构致密，因此其力学性能优异，一般高于酚醛树脂及不饱和聚酯等通用型热固性树脂。
(3) 粘接性能优异。环氧树脂固化体系中活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性集团，赋予了环氧固化物以极高的粘接强度。再加上它有很高的内聚强度等力学性能，因此它的粘接性能优异，通常可以用来作为粘接剂使用。
(4) 固化收缩率小。环氧树脂是热固性树脂当中固化收缩率最小的种类之一。酚醛树脂为8％～10％；不饱和聚酯树脂为4％～6％；有机硅树脂为4％～8％，而环氧树脂仅为1％～2％。因此，环氧树脂产品尺寸稳定，内应力小，不易开裂。
(5) 工艺性好。环氧树脂固化时几乎不产生低分子挥发物，所以采用可低压成型或接触压成型工艺。配方设计的灵活性大，可利用这一性质设计出适合各种工艺性要求的配方。
(6) 电学性能好。环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。
(7) 化学稳定性好。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。
1.2.3 环氧树脂材料的缺陷
在诸多热固性材料中，环氧树脂因其高模量、高拉伸强度、尺寸稳定性以及良好的耐热、耐化学性能得到了广泛的应用。然而由于环氧树脂与固化剂的加成反应是放热反应，在反应过程中将发生体积收缩，体积收缩包括固化收缩和热收缩两部分，固化收缩率与凝胶化后进一步固化所产生的那部分体积收缩成正比。因为在凝胶化之前的应力可以自由释放出来。不会受到液体的限制。只有在凝胶化发生以后，分子的运动才会受到阻碍，进一步反应就将会造成收缩应力。
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