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摘 要：环氧树脂的粘结性、耐磨性比较好，还具有耐高低温的优势，其收缩率比较低，加工成本不高，在加工过程中很容易成型。所以，环氧树脂是比较常用的涂层材料。但是，由于环氧树脂的固化产物通常会呈现出脆性状态，用这些产物制备而成的耐磨涂料在性能方面會达不到要求。所以，在制备耐磨涂料的时候，可以利用聚氨酯材料对环氧树脂进行改性，以提高其耐磨性。本文对聚氨酯改性环氧树脂耐磨涂料的研制进行分析。
关键词：聚氨酯；改性环氧树脂耐磨涂料；研制
中图分类号：TG174.41 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0356-02
聚氨酯属于高分子材料，拥有良好的弹性，用聚氨酯材料对环氧树脂进行改性，能够增强材料的韧性，使改性环氧涂料的耐磨性能得到有效的提升。所以，在制备耐磨涂料的时候，可以采用聚氨酯改性环氧树脂材料，提高耐磨涂料的性能。
1 环氧树脂简介
环氧树脂属于聚合物复合材料，是一种应用非常广泛的基体树脂。环氧树脂属于热固性树脂，在性能方面有许多优势，如其具有良好的粘结性，机械性能比较好，哈拥有良好的电绝缘性和稳定的化学性能。在对环氧树脂进行加工时，其加工成本比较低，还很容易成型。所以，环氧树脂可用于制备电子电气绝缘材料，在轻工业、建筑业、航空业等领域也有广泛的应用，还被用于制作各种耐磨涂料。但是，环氧树脂在经过固化处理后，其交联密度会比较高，内应力会比较大，耐热、耐冲击、耐开裂等方面的能力会降低，使得其无法高技术领域得到有效的应用。因此，需要对环氧树脂进行改性，以扩展环氧树脂的功能。利用聚氨酯对环氧树脂进行改性，并用于制备耐磨材料，能够增强材料的耐磨性，从而使摩擦磨损问题得到有效的缓解。
2 实验准备
2.1 实验试样及药品选择
在制备聚氨酯改性环氧树脂耐磨涂料的实验中，进行实验试样时采用的是低碳钢，其尺寸为5cm×5cm×0.5cm。实验过程中用到的药品有直接从市场上购买的环氧树脂，是一种黄色透明的粘稠液体；甲苯二异氰酸酯，是一种无色的透明化学液体；环氧固化剂，颜色为褐色，是一种比较粘稠的液体；用到的分析纯有乙二胺、二乙烯三胺、二氰二胺；800目的石墨；600目的二流化钼；600目的氧化铬。
2.2 实验设备
在实验的每个阶段，都会用到一些设备，主要的设备如下：①电动搅拌器；②干燥器；③水浴锅；④天平；⑤SS16型液体喷砂机；⑥CN-无釉砖耐磨试验机。
3 实验过程
3.1 对基材进行预处理
在本试验中采用的基材为碳钢试样，实验开始前要对其进行喷砂处理。同时，要选择好磨料，本实验选择的磨料为石英砂，其棱角比较多，硬度比较适中。在喷砂处理时，将干燥洁净的压缩空气作为动力，其压强为0.5～0.6MPa，喷距控制在15cm比较合适。对磨料进行高速喷射后，可以将其表面的氧化皮去除，提高其粗糙程度。
3.2 制备聚氨酯预聚体
在制备聚氨酯预聚体的时，要先在蓖麻油中加入一定量的甲苯-2和4-二异氰酸酯。计算出4-二异氰酸酯和蓖麻油的总量，加入与此总量相同的丙酮。在混合好这些溶液后，利用电动搅拌器将其搅拌均匀。将搅拌均匀的溶液置于40～45℃的水浴锅中，连续对其加热3h。
3.3 制备聚氨酯改性环氧树脂
利用天平称取一定量的环氧树脂，再在其中加入已经制备好的聚氨酯预聚体。计算出环氧树脂与聚氨酯预聚体的总量，再将等量的丙酮溶剂加入其中，通过电动搅拌器将其搅拌充分，这样能够使环氧树脂和聚氨酯预聚体充分的溶解在溶剂中。接下来，将搅拌均匀的容积置于80℃的恒温水浴锅中，使其连续反应3h。
3.4 确定固化剂
实验中最先选择的固化剂有四种：一是二氰二胺，二是乙二胺，三是二乙烯三胺，四是环氧树脂固化剂。通过对四种固化剂的对比实验，可以发现每种固化剂达到的固化效果不同。①二氰二胺的固化时间是最长的，在经过48h后，可以发现其仍然没能达到表干。②乙二胺的固化时间太短，在10s的时间内就会出现树脂絮聚现象。③二乙烯三胺的固化时间也不到10s，短时间内出现树脂絮聚情况。④环氧树脂固化剂的固化时间是最合理的，在10h左右会达到表干，40h达到实干。所以，在本实验中选用环氧树脂固化剂作为最终的固化剂。
3.5 制备涂料
在制备涂料的时候要先将三种物质混合：①石墨；②二硫化钼；③三氧化二铝，将适当的二甲苯加入混合物中进行研磨。研磨好以后，先将聚氨酯改性环氧树脂加入其中，再将环氧树脂固化剂加入其中，将其搅拌均匀，就能够配制成涂料。然后，在试样表面涂刷涂料。
3.6 涂层的性能测试
在对涂层的性能进行测试时，主要测试其耐磨性，测试设备选用的是CM-无釉砖耐磨试验机。耐磨机摩擦钢轮的转速为75r/min，直径为200±0.2mm，厚度为10±0.1mm，硬度为203～245HB，旋转圈数为1500r。本实验利用磨坑弦长来表示耐磨效果，采用的依据有四个，分别测试涂层的相应性能。①根据ISO2409-1972（E），对涂层的附着力进行测试；②根据GB6739-88，对涂层的硬度进行测试；③根据GB1728-79，对涂层的干燥时间进行测试；④根据GB/T1763-88，对涂层的耐化学试剂性进行测试。
4 实验结果与讨论
4.1 正交实验结果与极差分析
在对正交实验进行设计时，采用的是四因素三水平方式，将环氧树脂的质量固定为10g，分析四种物质对涂层性能的影响：①异氰酸酯基-NCO；②聚氨酯；③填料，其中的石墨、二氧化钼、三氧化二铝的质量相等；④固化剂。然后，利用极差分析的方式，将最佳的配方筛选出来。通过极差分析，可以发现异氰酸酯基的耐磨性最强，其次是聚氨酯，然后分别为固化剂和填料；聚氨酯的附着力最好，其次是填料，然后是异氰酸酯基和固化剂；固化剂的硬度最大，其次是聚氨酯，然后是异氰酸酯基和填料。 4.2 不同组分用量对涂层耐磨性的影响
根据实验结果，当聚氨酯预聚体的用量增加，异氰酸酯基的含量也增加时，涂层的耐磨性能会增强。由于聚氨酯本身就具有比较好的耐磨性能，所以在增加其聚氨酯用量的时候，涂层的耐磨性也会提升。并且，当增加异氰酸酯基的含量时，会使交联反应更加轻松的进行，从而增强涂层的耐磨性。而在增加填料含量时，涂料的耐磨性能会先增后减。由此可见，填料对涂料的耐磨、减磨影响都很显著，但填料的用量不能过多。当填料的用量过大时，树脂无法将填料全部包裹住，所以会使涂层的耐磨性降低。
4.3 不同组分用量对涂硬度的影响
当增加聚氨酯预聚体、异氰酸酯基的用量时，涂层的硬度会随之而增加。当增加填料、固化剂的含量时，涂层的硬度会先增后减。这是因为颗粒会分布在涂层的表面，会使涂层的硬度提升。当其含量增加到一定程度时，颗粒的分布就会不均匀，从而将其涂层的表面能，降低其硬度。增加固化剂含量，能使固化剂与基体树脂更好的交联，所以能够提升涂层硬度。
4.4 結 论
通过正交实验、单因素实验可知，聚氨酯改性环氧树脂耐磨涂料的最优配方如下：环氧树脂、聚氨酯、固化剂、填料的用量分别为10g、5g、2.3g和3g。其中，在聚氨酯中，异氰酸基所占的比例为8%。在使用条件下，此涂层的使用比较方面，表干和实干时间分别为8h和40h。涂层的硬度为5H，碳钢表面的附着力能够达到0级，能够作为造纸机磨浆盘表层的防护涂层。
5 结束语
综上所述，聚氨酯改性环氧树脂耐磨材料的表干时间和实干时间都比较适中，硬度比较好，具有良好的附着力，涂料的耐磨性能也很后，所以可以用于造纸机磨浆盘表层的防护涂层，提升其耐磨性能，延长其使用寿命。
参考文献
[1]曾 淼，曹有名.环氧树脂改性水性聚氨酯乳液的研究[J].聚氨酯工业，2017（5）：56～59.
[2]王维花.聚氨酯嵌段改性环氧树脂的合成及性能[J].工程塑料应用，2016（9）：43～47.
[3]张鸿飞，张德震，吕幸辉，等.聚氨酯改性三官能团环氧树脂的性能[J].功能高分子学报，2015（2）：207～213.
[4]唐鑫强，成 煦，杜宗良.环氧树脂改性水性聚氨酯的制备及性能研究[J].塑料工业，2014（8）：41～45.
[5]程 博，成 煦，杜宗良，等.封端型环氧树脂改性聚氨酯乳液的制备与膜性能研究[J].塑料工业，2016（8）：18～22.
收稿日期：2018-7-14
关键词：聚氨酯；改性环氧树脂耐磨涂料；研制
中图分类号：TG174.41 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0356-02
聚氨酯属于高分子材料，拥有良好的弹性，用聚氨酯材料对环氧树脂进行改性，能够增强材料的韧性，使改性环氧涂料的耐磨性能得到有效的提升。所以，在制备耐磨涂料的时候，可以采用聚氨酯改性环氧树脂材料，提高耐磨涂料的性能。
1 环氧树脂简介
环氧树脂属于聚合物复合材料，是一种应用非常广泛的基体树脂。环氧树脂属于热固性树脂，在性能方面有许多优势，如其具有良好的粘结性，机械性能比较好，哈拥有良好的电绝缘性和稳定的化学性能。在对环氧树脂进行加工时，其加工成本比较低，还很容易成型。所以，环氧树脂可用于制备电子电气绝缘材料，在轻工业、建筑业、航空业等领域也有广泛的应用，还被用于制作各种耐磨涂料。但是，环氧树脂在经过固化处理后，其交联密度会比较高，内应力会比较大，耐热、耐冲击、耐开裂等方面的能力会降低，使得其无法高技术领域得到有效的应用。因此，需要对环氧树脂进行改性，以扩展环氧树脂的功能。利用聚氨酯对环氧树脂进行改性，并用于制备耐磨材料，能够增强材料的耐磨性，从而使摩擦磨损问题得到有效的缓解。
2 实验准备
2.1 实验试样及药品选择
在制备聚氨酯改性环氧树脂耐磨涂料的实验中，进行实验试样时采用的是低碳钢，其尺寸为5cm×5cm×0.5cm。实验过程中用到的药品有直接从市场上购买的环氧树脂，是一种黄色透明的粘稠液体；甲苯二异氰酸酯，是一种无色的透明化学液体；环氧固化剂，颜色为褐色，是一种比较粘稠的液体；用到的分析纯有乙二胺、二乙烯三胺、二氰二胺；800目的石墨；600目的二流化钼；600目的氧化铬。
2.2 实验设备
在实验的每个阶段，都会用到一些设备，主要的设备如下：①电动搅拌器；②干燥器；③水浴锅；④天平；⑤SS16型液体喷砂机；⑥CN-无釉砖耐磨试验机。
3 实验过程
3.1 对基材进行预处理
在本试验中采用的基材为碳钢试样，实验开始前要对其进行喷砂处理。同时，要选择好磨料，本实验选择的磨料为石英砂，其棱角比较多，硬度比较适中。在喷砂处理时，将干燥洁净的压缩空气作为动力，其压强为0.5～0.6MPa，喷距控制在15cm比较合适。对磨料进行高速喷射后，可以将其表面的氧化皮去除，提高其粗糙程度。
3.2 制备聚氨酯预聚体
在制备聚氨酯预聚体的时，要先在蓖麻油中加入一定量的甲苯-2和4-二异氰酸酯。计算出4-二异氰酸酯和蓖麻油的总量，加入与此总量相同的丙酮。在混合好这些溶液后，利用电动搅拌器将其搅拌均匀。将搅拌均匀的溶液置于40～45℃的水浴锅中，连续对其加热3h。
3.3 制备聚氨酯改性环氧树脂
利用天平称取一定量的环氧树脂，再在其中加入已经制备好的聚氨酯预聚体。计算出环氧树脂与聚氨酯预聚体的总量，再将等量的丙酮溶剂加入其中，通过电动搅拌器将其搅拌充分，这样能够使环氧树脂和聚氨酯预聚体充分的溶解在溶剂中。接下来，将搅拌均匀的容积置于80℃的恒温水浴锅中，使其连续反应3h。
3.4 确定固化剂
实验中最先选择的固化剂有四种：一是二氰二胺，二是乙二胺，三是二乙烯三胺，四是环氧树脂固化剂。通过对四种固化剂的对比实验，可以发现每种固化剂达到的固化效果不同。①二氰二胺的固化时间是最长的，在经过48h后，可以发现其仍然没能达到表干。②乙二胺的固化时间太短，在10s的时间内就会出现树脂絮聚现象。③二乙烯三胺的固化时间也不到10s，短时间内出现树脂絮聚情况。④环氧树脂固化剂的固化时间是最合理的，在10h左右会达到表干，40h达到实干。所以，在本实验中选用环氧树脂固化剂作为最终的固化剂。
3.5 制备涂料
在制备涂料的时候要先将三种物质混合：①石墨；②二硫化钼；③三氧化二铝，将适当的二甲苯加入混合物中进行研磨。研磨好以后，先将聚氨酯改性环氧树脂加入其中，再将环氧树脂固化剂加入其中，将其搅拌均匀，就能够配制成涂料。然后，在试样表面涂刷涂料。
3.6 涂层的性能测试
在对涂层的性能进行测试时，主要测试其耐磨性，测试设备选用的是CM-无釉砖耐磨试验机。耐磨机摩擦钢轮的转速为75r/min，直径为200±0.2mm，厚度为10±0.1mm，硬度为203～245HB，旋转圈数为1500r。本实验利用磨坑弦长来表示耐磨效果，采用的依据有四个，分别测试涂层的相应性能。①根据ISO2409-1972（E），对涂层的附着力进行测试；②根据GB6739-88，对涂层的硬度进行测试；③根据GB1728-79，对涂层的干燥时间进行测试；④根据GB/T1763-88，对涂层的耐化学试剂性进行测试。
4 实验结果与讨论
4.1 正交实验结果与极差分析
在对正交实验进行设计时，采用的是四因素三水平方式，将环氧树脂的质量固定为10g，分析四种物质对涂层性能的影响：①异氰酸酯基-NCO；②聚氨酯；③填料，其中的石墨、二氧化钼、三氧化二铝的质量相等；④固化剂。然后，利用极差分析的方式，将最佳的配方筛选出来。通过极差分析，可以发现异氰酸酯基的耐磨性最强，其次是聚氨酯，然后分别为固化剂和填料；聚氨酯的附着力最好，其次是填料，然后是异氰酸酯基和固化剂；固化剂的硬度最大，其次是聚氨酯，然后是异氰酸酯基和填料。 4.2 不同组分用量对涂层耐磨性的影响
根据实验结果，当聚氨酯预聚体的用量增加，异氰酸酯基的含量也增加时，涂层的耐磨性能会增强。由于聚氨酯本身就具有比较好的耐磨性能，所以在增加其聚氨酯用量的时候，涂层的耐磨性也会提升。并且，当增加异氰酸酯基的含量时，会使交联反应更加轻松的进行，从而增强涂层的耐磨性。而在增加填料含量时，涂料的耐磨性能会先增后减。由此可见，填料对涂料的耐磨、减磨影响都很显著，但填料的用量不能过多。当填料的用量过大时，树脂无法将填料全部包裹住，所以会使涂层的耐磨性降低。
4.3 不同组分用量对涂硬度的影响
当增加聚氨酯预聚体、异氰酸酯基的用量时，涂层的硬度会随之而增加。当增加填料、固化剂的含量时，涂层的硬度会先增后减。这是因为颗粒会分布在涂层的表面，会使涂层的硬度提升。当其含量增加到一定程度时，颗粒的分布就会不均匀，从而将其涂层的表面能，降低其硬度。增加固化剂含量，能使固化剂与基体树脂更好的交联，所以能够提升涂层硬度。
4.4 結 论
通过正交实验、单因素实验可知，聚氨酯改性环氧树脂耐磨涂料的最优配方如下：环氧树脂、聚氨酯、固化剂、填料的用量分别为10g、5g、2.3g和3g。其中，在聚氨酯中，异氰酸基所占的比例为8%。在使用条件下，此涂层的使用比较方面，表干和实干时间分别为8h和40h。涂层的硬度为5H，碳钢表面的附着力能够达到0级，能够作为造纸机磨浆盘表层的防护涂层。
5 结束语
综上所述，聚氨酯改性环氧树脂耐磨材料的表干时间和实干时间都比较适中，硬度比较好，具有良好的附着力，涂料的耐磨性能也很后，所以可以用于造纸机磨浆盘表层的防护涂层，提升其耐磨性能，延长其使用寿命。
参考文献
[1]曾 淼，曹有名.环氧树脂改性水性聚氨酯乳液的研究[J].聚氨酯工业，2017（5）：56～59.
[2]王维花.聚氨酯嵌段改性环氧树脂的合成及性能[J].工程塑料应用，2016（9）：43～47.
[3]张鸿飞，张德震，吕幸辉，等.聚氨酯改性三官能团环氧树脂的性能[J].功能高分子学报，2015（2）：207～213.
[4]唐鑫强，成 煦，杜宗良.环氧树脂改性水性聚氨酯的制备及性能研究[J].塑料工业，2014（8）：41～45.
[5]程 博，成 煦，杜宗良，等.封端型环氧树脂改性聚氨酯乳液的制备与膜性能研究[J].塑料工业，2016（8）：18～22.
收稿日期：2018-7-14