Effect of epoxy resin-silane on physical properties of coated films on steel surfaces

Summaries

Physical and mechanical properties of epoxy resin-based coatings were improved using either a combination of a silane coupling agent aminoethylaminopropyltrimethoxysilane (AEAPS) and an epoxy resin, or an epoxy resin alone. An epoxy resin, with added AEAPS at the concentration of 1 or 3wt% at a film thickness of 25 to 100µm, showed better adhesion on steel surfaces than the epoxy resin alone. The epoxy resin, cured with an AEAPS concentration of 7wt% at a film thickness of 100µm, could withstand heat at 300°C for 20 minutes. The heat-resistance result was measured in terms of colour difference (ΔE) by a colorimetric method, from which the maximum ΔE between the coated film with the epoxy resin-AEAPS and the epoxy resin alone was 3.4. The heat resistance of coated films of epoxy resin-AEAPS tested by thermo-gravimetric analysis showed that the heat resistance increased with increasing AEAPS concentration. The Si-O-Si cross-linking position, found by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), confirmed its effect on heat endurance and corrosion prevention. The authors found that the use of AEAPS of 7wt% for a 100µm film could prevent the occurrence of corrosion under a 1000-hour salt-spray exposure. The corrosion rate was found to be 0.39 mil (9.9µm) per year. The flooring with AEAPS addition to the epoxy resin was better than that with cycloaliphatic amine. The addition of AEAPS of 15.5wt% improved the film mechanical properties, hardness, compressive strength and chemical resistance in comparison with the neat epoxy resin or the combination of AEAPS and cycloaliphatic amine.

Résumé

Les propriétés physiques et mécaniques de revêtements à base de résine époxy ont été améliorées en utilisant ou bien une combinaison d’un agent de liage silanique, aminoethylaminopropyltrimethoxysilane (AEAPS) et d’une résine époxy, ou bien une résine époxy toute seule. Une résine époxy qui avait une concentration de 1 ou 3 % en poids d’AEAPS ajouté et une épaisseur de feuil de 25 à 100[m, a montré une meilleure adhésion aux surfaces d’acier que la résine époxy toute seule. La résine époxy qui avait été séchée à une concentration d’AEAPS de 7% en poids et avec une épaisseur de feuil de 100µm a pu résister à une température de 300°C pendant 20 minutes. Le résultat [du test] de la résistance à la chaleur a été mesuré en tant que différence de couleur (ΔE) selon une méthode colorimétrique, ce qui a montré que la ΔE maximale entre le feuil de revêtement formé de la résine époxy-AEAPS et la résine époxy toute seule était de 3,4. La résistance à la chaleur des feuils de revêtement de résine époxy-AEAPS qui avaient été testés par analyse thermo-gravimétrique a montré que la résistance à la chaleur augmentait selon l’augmentation de la concentration de l’AEAPS. La position de la réticulation Si-O-Si, trouvée grâce à la spectroscopie transformation de Fourier infrarouge (FTIR), a confirmé son effet sur la résistance à la chaleur et sur la prévention de la corrosion. Les auteurs ont trouvé que l’usage d’AFAPS à une concentration de 7% en poids pour un feuil de 100µm pouvait empêcher la corrosion sous l’effet d’une exposition de 1000 heures au brouillard salin. On a trouvé que le taux de la corrosion était de 0,39mil (9,9µm) par an. L’agent de liage qui avait bénéficié de l’addition d’AEAPS à la résine époxy était meilleur que celui qui contenait de l’amine cycloaliphatique. L’addition de l’AEAPS à une concentration de 15,5% en poids a amélioré les propriétés mécaniques, la dureté, la robustesse compressive et la résistance chimique par rapport à la résine époxy pure ou à la combinaison d’AEAPS à l’amine cycloaliphatique.

Zusammenfassung

Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Epoxidharzlacken lassen sich verbessern, entweder durch die Hinzufügung des Verstärkungsstoffes Aminoethylaminopropyltrimethoxysilan (AEAPS) und eines Epoxidharzes, oder eines Epoxidharzes alleine. Die Kombination des Epoxidharzes mit AEAPS in einer Konzentration von †% oder 3wt% und einer Filmdicke von 25 zu 100 µm ergab eine bessere Adhäsion auf Stahloberflächen als das Epoxidharz alleine. Wenn das Epoxidharz mit einer 7wt%-Lösung von AEAPS in einem 100 µm dicken Film gehärtet war, konnte es einer Hitze von 300°C 20 Minuten lang widerstehen. Wir bewerteten diese Hitzebeständigkeit anhand der Farbveränderung (ΔE) durch die Farbmetrische Methode, und ermittelten einen Maximalunterschied von 3.4 zwischen den Proben mit AEAPS und Proben mit Epoxidharz allein. Thermogravimetrische Analyse der Hitzebeständigkeit von Epoxidharz/AEAPS-beschichteten Filmen bewies, daß die Hitzefestheit mit steigender AEAPS-Konzentration zunahm. Die Si-O-Si Kreuzverbindung, die wir mittels Fouriertransformspektroskopie (FTIR) gefunden hatten, bestätigte den Effekt auf Hitzefestheit und Korrosionsschutz. Die Autoren fanden, daß die Verwendung von 7%-iger AEAPS in einem 100 µm dicken Film während einem 1000 Studen Salzspraytest wirksam vor Korrosion schützte. Die Korrosionsrate wurde als 0.39 mil (9.9 µm) pro Jahr festgestellt. In Fußbodenmaterialien war die Zugabe von AEAPS zum Epoxidharz effektiver als die von zykloaliphatischen Aminen. Die Zugabe von 15.5wt% verbesserte die mechanischen Eigenschaften des Filmes, wie Härte, kompressive Stärke und die Resistenz zu Chemikalien, verglichen mit reinem Epoxidharz oder der Kombination von AEAPS und zykloaliphatischen Aminen.