粉末涂料是環氧樹脂的重要應用領域。最近西北工業大學理學院應用化學系,對粉末涂料用有機硅改性環氧樹脂進行了研究。據中國環氧樹脂行業協會(www.epoxy-e.cn)專家介紹,科研人員采用羥基硅油對環氧樹脂進行改性,通過多種測試、實驗手段,研究了有機硅改性環氧樹脂的電性能。結果表明有機硅成功地連入環氧樹脂鏈中,分子質量為5000,所制備的涂膜經高壓蒸煮后電性能優異,該樹脂可應用于絕緣粉末涂料中。
絕緣粉末涂料是用于電機、電工器材和電子元件的專用粉末涂料,它除應具有一般粉末涂料的保護和裝飾等性能外,同時應具有良好的電器絕緣性能。環氧樹脂具有優良的力學性能、電氣性能、粘接階能、耐熱性、耐溶劑性以及易成型加工、成本低廉等優點;但由于其具有三維立體網狀結構,分子鏈間缺少滑動,碳一碳鍵、碳一氧鍵鍵能較小、表面能較高,帶有的一些羥基等使其內應力較大,發脆、高溫下易降解、易受水影響,耐水煮性較差。有機硅具有熱穩定性好、耐氧化、耐候、低溫性能好、表面能低、介電強度高等優點;但是其力學性能、附著力、耐磨性、耐溶劑性較差,成本較高。中國環氧樹脂行業協會(www.epoxy-e.cn)專家表示,有機硅改性環氧樹脂是近年來發展起來的既能降低環氧樹脂內應力,又能增加環氧樹脂韌性、耐高溫性和耐水煮性等性能的有效途徑。
有機硅改性環氧樹脂根據不同用途有不同的改性方法,目前大部分有機硅改性環氧樹脂均為液態,難于滿足粉末涂料要求。因此實驗中用羥基硅油改性環氧樹脂,期望通過Si-O鍵(Si-O鍵能高于C-O鍵)連人環氧分子鏈中,在保證環氧樹脂力學性能、電氣性能、粘接性不降低的情況下,提高其耐濕熱性及電性能,滿足絕緣粉末涂料的要求。中國環氧樹脂行業協會(www.epoxy-e.cn)專家介紹說,目前有機硅改性環氧樹脂的方法有共混與共聚2類。通過機械共混法得到改性樣品,兩相問相互作用力較差,容易發生明顯的微相分離,形成較大的“海島”結構。共聚是利用有機硅上的活性端基-羥基等與環氧樹脂中的環氧基進行反應,生成嵌段高聚物,以解決相容性的問題,并在固化結構中引入穩定的柔性鏈(Si-O鏈),提高環氧樹脂的斷裂韌性,共聚改性的樹脂,在高倍(約23000倍)SEM下,才觀察到很微細的兩相分離結構。
西北工業大學理學院的科研人員應用化學共聚的方法對環氧樹脂進行改性,原理是:有機硅的羥基與環氧樹脂的環氧基發生開環反應,形成穩定的Si-O-烷鍵;此外添加硅烷偶聯劑KH-550為過渡相來改善2者的相容性,偶聯劑上的氨基和烷氧基分別與環氧樹脂的環氧基和端羥基、聚硅氧烷的羥基進行反應生成嵌段結構,提高相容性并降低體系的內應力。實驗中發現環氧基團存在的同時硅油并未過量,可見所制定的合成配方是合理的。環氧樹脂是由多種聚合度的預聚體組成的混合物,分子質量具有多分散性,而分子質量分布的寬窄對樹脂的反應活性、固化期間的行為、固化產物的性能有很大的影響。有機硅改性環氧樹脂屬較高分子質量的環氧樹脂;而高分子質量的樹脂韌性較大、交聯密度低、流平性差,因此在使用過程中應注意和其他環氧樹脂配合使用。
在該研究課題中,粉末涂料是用硅改性環氧樹脂、酚類固化劑與2-甲基咪唑配制的,質量比為100:23:1。采用差熱分析測試有機硅樹脂的反應性及玻璃化溫度表明:該體系在110.66℃開始反應,在152.50℃反應最快,在189.67℃時反應基本完畢,體系玻璃化溫度為105.72℃。中國環氧樹脂行業協會(www.epoxy-e.cn)專家介紹說,科研人員還對耐濕熱性能進行了研究:稱取一定量有機硅改性環氧樹脂與其它環氧樹脂配合,并加入固化劑、促進劑及一定量的增韌劑、流平劑和顏填料,通過熔融混合、粉碎制成粉末涂料,分別用配成的粉末涂料包封電容器在一定的條件下固化。
然后在壓力為0.15MPa的高壓鍋中蒸煮2h,測試蒸煮前后的電壓值及漏流值,與純環氧樹脂所配制的粉末涂料作對比。據中國環氧樹脂行業協會(www.epoxy-e.cn)專家介紹,經過10d的耐濕性測試,試樣的V0.01的平均變化率僅為-0.0966%,Vl的變化率為-0.2326%,IL也只變化了8.652%,可見有機硅改性樹脂體系的耐濕熱性十分優異。利用有機硅改性的環氧樹脂配制絕緣粉末涂料確能提高涂料的低溫韌性和耐濕熱性,改性樹脂和普通環氧粉末涂料在經過高壓蒸煮前后的V1平均變化率分別為0.05876%和4.37375%,該有機硅改性環氧樹脂可應用于絕緣粉末涂料的配制。