一种调控环氧树脂涂层表面微结构的方法技术

本发明专利技术提供了一种调控环氧树脂涂层表面微结构的方法。其中，环氧树脂涂层是将环氧树脂溶液与固化剂二乙烯三胺混合后涂覆或者喷涂在基体表面，固化后制得，该方法通过控制固化温度而调控所述环氧树脂涂层的表面微结构，当固化温度由室温升高至高温时，涂层表面由孔状结构变为坑状结构，同时涂层的疏水性、耐蚀性和硬度均大幅度提高、磨损率下降。与现有技术相比，该调控方法成本低、简单易行、原位生成，并且可大面积调控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于基体表面环氧树脂涂层
，尤其涉及一种调控环氧树脂涂层表面微结构的方法。
技术介绍
环氧树脂作为目前应用最为广泛的热固型树脂之一，对金属、混凝土、木材、玻璃等均有优良的附着力，并且具有优异的耐碱性(环氧树脂中未含有酯键)，因此广泛应用于重防腐领域。环氧树脂分子具有大量的活性和极性基团，可以与不同类型的固化剂交联固化。但是，纯环氧树脂固化后呈三维网络结构，交联密度高，存在质脆、耐候性差等缺陷，使其应用受到限制。因此，研究如何通过简单易行的方法提高环氧树脂涂层的防腐耐磨性能具有重要的意义。目前，主要采用新型固化剂、化学分子改性和纳米填料改性提高环氧树脂的防腐耐磨性能。如：JunhengZhang等人合成一种新型固化剂不饱和脂肪酸甲酯改性胺(PAMEA)，并采用其固化环氧树脂，发现与DETA固化环氧树脂相比，PAMEA固化环氧树脂提高了环氧树脂的交联密度，涂层具有良好的耐化学药品性。WeigangJi等制备了硅烷化学改性环氧涂层，以2024-T3铝合金为基体研究了涂层的耐蚀性，结果发现，改性环氧涂层能够阻碍水的渗透，使涂层具有高的转变电阻和低的双层电容，明显地提高了涂层的耐蚀性能。XiuzhiZhang等采用5wt％，10wt％，20wt％的纳米钛粉填充环氧涂层，结果发现，当钛粉含量为10wt％时，改性环氧涂层具有最好的耐蚀性，这是由于钛粉的加入降低了腐蚀介质的扩散速率所致。WetzelB等研究了纳米Al2O3粒子对环氧树脂磨损速率的影响，发现当Al2O3含量为2％时，改性环氧涂层的磨损率降低了30％。然而采用新型固化剂和化学分子改性环氧树脂虽然能够不同程度的提高环氧树脂的耐蚀性能，但是化学改性存在难度大、周期长、成本高和产率低等缺点；纳米填料改性环氧涂层虽然能够提高环氧树脂的防腐耐磨性，但是纳米填料在树脂中的相容性、分散性和含量控制仍是目前亟待解决的问题。近几年，随着纳米技术的迅猛发展，采用表面微结构改善材料的防腐耐磨性能成为研究热点。A.Borghi等人采用激光成形法在渗氮钢表面制备直径为1.2mm列阵的微坑，进行干摩擦试验发现，与未处理的表面(粗糙度为0.04um)相比，具有微结构的表面能使摩擦系数降低10％。ToshiyukiObikawa等在刀具表面采用光刻法制备了四种不同微结构，并在微结构表面制备DLC薄膜。研究发现相对于光滑薄膜表面，具有微结构薄膜摩擦系数大约下降了7％。LiguangQin等采用化学刻蚀方法制备了铝合金表面微结构，并依次采用全氟癸基三乙氧基甲硅烷(PFDS)、正十八烷基三乙氧基硅烷(OTS)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)进行化学改性，制备了自组装膜。研究发现，当采用体积分数为40％的盐酸化学刻蚀2min后，PFDS自组装膜具有最好的耐蚀性；OTS自组装膜具有最低的摩擦系数和最好的耐磨性，这与铝合金表面刻蚀微结构有直接的关系。随着现代制造技术的高速发展，人们已发展出多种技术可在材料表面加工出各种不同的表面微结构，主要有光刻工艺、软刻工艺和刻蚀法。光刻工艺是传统的微结构制备方法，首先用感光胶在材料表面光刻微结构图案，然后进行离子刻蚀或湿化学腐蚀获得表面微结构，但是该方法受线宽分辨率的限制并且设备昂贵。软刻工艺是通过表面带图案的弹性模板实现图案转移的图形复制技术，但是弹性模板易变形，限制了图形转移精度，并且该工艺方法比较繁琐。刻蚀法是采用物理法和/或化学法有选择地将未被抗蚀剂掩蔽的部分材料去除，得到与抗蚀剂形貌完全一致的图形，但是该方法受工艺控制性、环保性和各向异性方面的限制。
技术实现思路
本专利技术人对环氧树脂溶液(其中，溶剂为二甲苯与正丁醇的混合溶剂)与二乙烯三胺(DETA)固化剂交联固化形成的环氧树脂涂层进行研究，发现如下：固化温度对环氧树脂涂层的表面微结构与性能具有重要的影响；采用在室温下固化，此时固化时间长，固化形成的环氧树脂涂层的表面呈孔状结构；当提高固化温度，在高温下固化，即固化温度大于或者等于80℃时固化形成的环氧树脂涂层的表面孔状结构减少并变为坑状结构，同时涂层的固化时间大幅度减少；并且，与在室温下固化形成的涂层相比，在高温下固化形成的涂层的疏水性提高、硬度升高、摩擦系数降低、磨损率下降等。究其原因，是因为固化处理温度对参加固化反应的基团、聚合物链段的移动等具有重要影响，固化温度不同时，涂层顶端的固化速率不同，同时涂层中溶剂的挥发速率不同，从而直接影响着涂层表面微结构。在室温下固化时，环氧树脂在凝胶点后形成三维网状结构，随着固化反应的进行，分子运动变缓，反应由化学控制转为扩散控制，固化缓慢，固化时间长，固化形成的环氧树脂涂层的表面呈孔状结构。但是，在高温下固化时，固化反应剧烈，有助于缩短长链分子之间的间距，使得放热集中，冷却时间缩短，涂层中产生内应力，同时使得分子之间的键能增加，固化形成的环氧树脂涂层的表面孔状结构减少并变为坑状结构，致密度提高。因此，通过控制固化反应温度能够调节该环氧树脂涂层的表面微结构。并且，当固化反应温度由室温提高至高温时，具有如下有益效果：(1)涂层从亲水性转为疏水性；(2)在干燥和海水条件下，涂层的摩擦系数降低，耐磨性提高，干燥条件下摩擦系数的下降率达到9.3％，磨损率下降达到71.5％，海水条件下摩擦系数的下降率达到14.2％，磨损率下降达到95.9％；并且，高温固化时，当其他条件相同，随着固化温度的升高涂层的摩擦系数降低；(3)在3.5％NaCl溶液中，涂层耐腐蚀性能提高；(4)固化时间缩短，涂层致密度提高，硬度提高。因此，本专利技术人提供了一种调控环氧树脂涂层表面微结构的简单方法，将环氧树脂溶液与固化剂混合后涂覆或者喷涂在基体表面，固化后制得所述环氧树脂涂层，其特征是：所述的固化剂为二乙烯三胺；所述环氧树脂溶液中溶剂为二甲苯和正丁醇的混合溶剂；通过控制固化温度而调控所述环氧树脂涂层的表面微结构。所述的环氧树脂不限，包括双酚A型环氧树脂等。所述的环氧树脂溶液在搅动过程中会出现大量的气泡，作为优选，所述环氧树脂溶液中包含消泡剂，或者所述的环氧树脂溶液在涂覆、喷涂之前进行抽真空处理。所述的固化温度的调节范围为室温～120℃。所述溶剂中，二甲苯和正丁醇的质量比为6：4～8：2。所述的基体不限，包括铸铁、铝合金、碳钢等。作为优选，所述的固化温度为高温，即固化温度大于或者等于80℃，进一步优选为大于或者等于100℃；所述的固化处理时间优选为30min～60min。在所述高温固化过程中，环氧树脂涂层中容易出现大量不规则的气泡。作为进一步优选，在高温处理固化之前，首先在室温下固化处理一定时间，所述在室温下固化处理的时间优选为30～60min。综上所述，本专利技术仅通过控制固化温度调控环氧树脂涂层的表面微结构，与现有技术相比，该调控方法成本低、简单易行、原位生成、可大面积调控，而且通过环氧树脂涂层的表面微结构的调控，能够控制该环氧树脂涂层的疏水性、摩擦性、耐磨损性以及耐腐蚀性等，从而获得具有低摩擦系数、优异的耐磨性能和良好的耐蚀性能。附图说明图1是对比实施例1以及实施例1-3中制得的环氧树脂涂层的表面微结构图；图2是对比实施例1以及实施例1-3中制得的环氧树脂涂层的红外光谱图；图3是对比实施例1以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调控环氧树脂涂层表面微结构的方法，将环氧树脂溶液与固化剂混合后涂覆或者喷涂在基体表面，固化后制得所述环氧树脂涂层，其特征是：所述的固化剂为二乙烯三胺；所述环氧树脂溶液中溶剂为二甲苯和正丁醇的混合溶剂；通过控制固化温度而调控所述环氧树脂涂层的表面微结构。

【技术特征摘要】
1.一种调控环氧树脂涂层表面微结构的方法，将环氧树脂溶液与固化剂混合后涂覆或者喷涂在基体表面，固化后制得所述环氧树脂涂层，其特征是：所述的固化剂为二乙烯三胺；所述环氧树脂溶液中溶剂为二甲苯和正丁醇的混合溶剂；通过控制固化温度而调控所述环氧树脂涂层的表面微结构。2.如权利要求1所述的调控环氧树脂涂层表面微结构的方法，其特征是：所述的环氧树脂包括双酚A型环氧树脂。3.如权利要求1所述的调控环氧树脂涂层表面微结构的方法，其特征是：所述溶剂中，二甲苯和正丁醇的质量比为6：4～8：2。4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的调控环氧树脂涂层表面微结构的方法，其特征是：所述的固化温度的调控范...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文杰，刘丹，伍方，曾志翔，曹慧军，乌学东，薛群基，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33