摘要：用硅烷偶聯劑KH-570分別對絹云母進行表面改性，并將改性絹云母分別添加到環氧樹脂涂料。用紅外光譜(FT-IR)、接觸角試驗及掃描電鏡等對改性效果進行表征。試驗結果顯示：偶聯劑成功地包覆于絹云母表面。通過偶聯劑包覆改性，使絹云母在環氧樹脂涂料中的分散性得到提高，明顯增加了其與環氧樹脂涂料的相容性。交流阻抗(EIS)測試結果表明，改性后的絹云母的添加明顯提高了涂料的防腐性能。

  關鍵詞：絹云母；硅烷偶聯劑；改性；環氧樹脂

  前言

  絹云母(sericite)是一種天然細粒白云母，其韌性和彈性好，滑動能力大，抗拉、抗壓強度高，可作為很好的彈性填料。由于絹云母具有上述性能，使得其化學性能穩定，酸、堿難于與其作用，能耐酸堿，防腐蝕。云母作為功能填料，在塑料、橡膠、涂料、電子、化妝品、造紙、冶金、建材、汽車及航空航天等領域將有廣闊的應用前景[1-2]。

  在涂料中加入片狀絹云母不失為一種有效的提高涂料綜合性能的方法，一方面可以阻止水和氧氣等小分子的擴散；另一方面可以有效地阻隔化學藥品的侵蝕，使抗腐蝕性增加、表面硬度增加、耐酸洗性提高，起到良好的保護作用。但是，絹云母同其他無機非金屬類礦物填料一樣，具有親水疏油、難以在有機相中潤濕和分散、容易凝聚成團的缺點，不能與樹脂形成良好的界面[3]，導致粘結不良[4]。因此，有必要對絹云母進行表面改性，提高其與涂料的相容性和結合力[5]。

  偶聯劑是目前應用最廣泛的表面改性劑，它適用于各種不同的有機高分子和無機礦物填料復合體系。偶聯劑能在兩者之間形成“分子橋”，使兩者緊密地粘結在一起[6]，同時在聚合物基體和填料熱收縮尺寸變化不一至時，提供一種應力松弛的手段[7]。所以，偶聯劑改性是一種有效的改性方法。經偶聯劑處理后，粉體表面可與有機物產生很好的相容性。硅烷偶聯劑(silanecouplingagent,SCA)是最具代表性的偶聯劑，它對表面具有羥基的無機粒子最有效，與絹云母表面化學結合程度較強，對絹云母有很好的改性作用[8-9]。

  本文采用硅烷偶聯劑KH-570對絹云母進行表面改性，為觀察其鍵連接的情況與改性效果，分別用FT-IR、SEM、接觸角測試等手段對改性效果進行研究；并將改性后的絹云母應用于環氧涂料，通過EIS測試來表征其對涂料防腐性能的影響,通過紫外可見分光光度計測試其抗紫外線性能。

  1試驗部分

  1.1原料及設備

  原料：

  絹云母，滁州格銳礦業；硅烷偶聯劑KH-570，南京能德化工；無水乙醇、草酸，上海中試化工；NaOH，上海鴻昌化工；環氧樹脂E-44，藍星新材料無錫樹脂廠；聚醚胺D-230，吳江市卜力瑪科技；異戊醇，江蘇強盛化工；消泡劑，南京華興消泡劑。

  試驗儀器：

  三口燒瓶、電動攪拌器、恒溫水浴箱、電熱恒溫鼓風干燥箱、電子天平等。

  1.2試驗部分

  1.2.1偶聯劑改性絹云母

  本試驗采用濕法對絹云母進行偶聯劑改性。具體改性方法是：取已經在120℃干燥2h的絹云母5g溶于40mL無水乙醇，超聲分散30min；將硅烷偶聯劑水解，取一定量的硅烷偶聯劑KH-570，溶于適量的去離子水，注入三口燒瓶，水浴加熱。添加1mol/L的草酸，調節PH值為3，待偶聯劑水解一段時間以后，將上述分散好的絹云母加入三口燒瓶，調節水域溫度為70℃，同時用電動攪拌器以恒定的速度攪拌，反應過程中不斷滴加NaOH使PH值保持在3，持續反應2h，使偶聯劑充分包覆在絹云母表面。

  改性2h以后，對改性絹云母反應液進行抽濾，并多次用蒸餾水沖洗、再抽濾。然后將抽濾后的絹云母置于電熱恒溫鼓風干燥箱中，在110℃下加熱干燥2h，使水分完全揮發。充分研磨后，封裝，待測其性能。

  1.2.2環氧樹脂涂料配制

  環氧樹脂涂料各組分的質量比為m(環氧樹脂)∶m(D-230)∶m(異戊醇)∶m(絹云母或改性絹云母)=10∶3∶2∶1，并添加0.5%(質量分數)的消泡劑。將涂料均勻地涂覆于已經過表面處理的馬口鐵片，常溫干燥后，測量添加改性前后的絹云母的耐紫外光性能及其涂層阻抗的差異。

  2試驗結果分析

  2.1FT-IR分析

  紅外光譜分析法是測量物質組成和結構變化的有效方法，該方法可以用來對化合物進行定性、定量分析。本試驗采用溴化鉀粉末壓片的制樣方法及有機液體測試的方法，分別對改性前、后的絹云母及KH-570進行紅外光譜測試。

  依據化學原理，可以預測KH-570的甲氧基將水解生成羥基，羥基再進一步與絹云母表面的羥基反應，從而實現對絹云母的表面包覆。

  KH-570改性絹云母的紅外光譜(c)在3620cm-1處的—OH的伸縮振動，1024cm-1附近和753cm-1附近的Si—O、Al—O伸縮振動、及其他指紋區的特征吸收峰與未改性絹云母的紅外光譜(a)基本相同。但是，用KH-570改性絹云母的紅外光譜，在2924cm-1附近存在吸收峰，代表著—CH2、—CH3的伸縮振動；在波長1024cm-1附近的吸收峰明顯變寬，這是主要有兩個原因：第一，KH-570水解生成的Si—OH與云母表面的—OH發生了反應，生成了Si—O—Si；第二，用KH-570改性后，1166.53cm-1處對應著的C—O—C不對稱伸縮振動吸收峰與絹云母1024cm-1處的Si—O—Si峰重疊，從而使得該處吸收峰寬化。由此判斷，通過偶聯劑水解改性，使得絹云母表面了改性包覆上了偶聯劑KH-570。

  2.2硅烷偶聯劑在云母表面的吸附

  絹云母表面很光潔，而改性后絹云母表面附著著彌散的小顆粒，可以得出結論，硅烷偶聯劑KH-570已經牢固地結合在絹云母表面，對絹云母起到了良好的改性作用。

  2.3改性前后絹云母的接觸角測試

  潤濕接觸角可以反應試樣的疏水性能，從而間接地反應改性效果。本試驗采用角度測量法測定試樣的潤濕接觸角。測定方法為：將試樣用壓片機壓制成緊實的、表面光滑的圓形固體試片，在固體試片上滴加一水滴，停留3s，凍結圖像，用接觸角測定儀測定試片對水的潤濕接觸角大小。試樣對水的接觸角越大，說明試樣表面疏水性越強，有機化改性效果越好。

  改性前后絹云母的潤濕接觸角粉體接觸角/（°）絹云母18.61570改性絹云母37.43，KH-570改性后絹云母的潤濕接觸角明顯比未改性絹云母的潤濕接觸角要大。說明絹云母表面包覆有機的硅烷偶聯劑以后，其疏水性能提高，從而可以得出，KH-570對絹云母起到了改性作用。2.4改性絹云母耐腐蝕性的變化將添加改性前后絹云母的涂料涂刷過的馬口鐵片，在質量分數為3.5%的鹽水中浸泡2d、5d、20d后，分別測量其阻抗。

  絹云母的改性與否對涂層的阻抗值有很大的影響，改性絹云母的添加使涂層的阻抗值有了很大提高。當涂層浸泡2d時，添加改性絹云母的涂層阻抗值比添加未改性絹云母的涂層的阻抗值高6×107Ω?cm2；當涂層浸泡5d時，兩者阻抗值都有所減小，但是，添加改性絹云母的涂層阻抗值仍然比添加未改性絹云母的阻抗值高將近2×107Ω?cm2，并且，添加未改性絹云母的涂層阻抗圖譜開始出現兩個圓弧，說明水分已經滲透涂層，擴散到基材表面；涂層浸泡20d后，添加改性前后絹云母的涂層阻抗值相差更大。推其根本原因是：絹云母為片狀填料，其在涂層中可以有效地阻止水分和無機鹽的侵入；但是,由于其是無機填料，與環氧樹脂的相容性較差，導致浸泡時水分比較容易浸入，阻抗值較小；KH-570改性后，在絹云母的表面引入了有機官能團，從而使得改性后的絹云母能夠更好地在涂料中分散，更好地與涂料的相容，因此，能夠充分阻止水分的浸入，使得涂層有較大的阻抗值。進一步的說明,添加改性后的絹云母，可以大大的提高環氧樹脂涂料的防腐性能。

  3結論

  (1)硅烷偶聯劑KH-570水解后的Si—OH與絹云母表面的Si—OH發生了反應，生成了Si—O—Si峰，硅烷偶聯劑對絹云母起到改性作用。

  (2)改性后的絹云母在涂料中能夠更好地和環氧樹脂涂料相容，從而顯著提高了環氧樹脂涂料的防腐性能。