水性环氧树脂合成新工艺及性能研究

论文摘要

凡是分子中含有两个或两个以上环氧基团的高分子化合物都可称为环氧树脂,它是一种重要的热固性树脂。环氧树脂能为多种固化剂所固化,对众多底材具有较强的附着力,可根据需要采用灵活多样的配方,其固化产物具有优异的防腐蚀性、耐化学品性、粘接性、绝缘性、高机械强度等性能。环氧树脂的这些优异性能使得环氧树脂作为漆基在涂料行业中占有举足轻重的地位,环氧树脂也成为目前应用最为广泛的涂料用树脂。每年世界上用于制造涂料的环氧树脂约占其产量的40%以上,其中大部分用于制造防腐涂料。环氧树脂的优异性能在溶剂型涂料中得到了充分体现,当前环氧涂料主要是溶剂型涂料,但环氧树脂在使用过程中用到的有机溶剂会造成环境污染,随着人类环保意识的增强,开发环保型的环氧树脂产品已成为人们的共识。水性材料因具有无毒、无味、无污染的优点而成为环保型材料中发展最快、应用最广的产品。作为水性材料的基料,水性环氧树脂除具有传统环氧树脂的优点外,还具有许多自身特有的优点,如使用方便,无火灾隐患,对环境无污染等。本文合成水溶性环氧树脂所使用的方法为两步反应法,即分开环反应和闭环反应两步进行,对影响两步反应的各种因素进行了系统研究,并对树脂的固化产物进行了性能测试,得出以下主要结论:1.以聚乙二醇（PEG）、环氧氯丙烷（ECH）、NaOH为主要原料,两步法合成水溶性环氧树脂。讨论了体系中开、闭环反应温度、反应时间、PEG分子量、ECH与PEG用量摩尔比、三氟化硼乙醚与PEG的用量摩尔比,NaOH用量对产物环氧值的影响,运用红外光谱仪对产品进行了分析。结果表明:当体系开环温度20℃、反应时间3h,闭环温度60℃、反应时间3～4h,n （BF3 ? C2H5OC2H5/PEG） = 0.06:1,n（ECH/PEG） =3:1,n（NaOH/PEG）=3:1,所得产物环氧值最高,红外光谱图中910cm-1附近出现较强吸收峰,此为环氧基特征吸收峰,表明合成了目标产物。2.本文对合成产物的固化过程进行了动力学研究,运用差示扫描量热仪（DSC）对水性环氧树脂固化过程进行了研究。结果表明:与三乙烯二胺六水（TED）固化体系相比较,三乙烯四胺（TETA）的固化速率快于三乙烯二胺六水（TED）。固化剂用量均为15%时,TED体系初始固化温度为55℃,TETA固化体系的固化反应的初始温度降低到31℃,最大固化速率温度相应从115℃降低到102℃,完全固化温度从186℃降低到165℃。当PEG分子量从400增加到1000,水性环氧树脂固化反应的初始温度从31℃增加到34℃,最大固化速率温度相应从102℃增加到106℃,最终固化温度从165℃增加到172℃。3.本文对合成产物的性能进行了研究。运用三种脂肪族多元胺类固化剂（乙二胺、三乙烯四胺、三乙烯二胺六水）对自制的水性环氧树脂进行了固化研究,对固化产物的耐腐蚀性、耐水性、吸水性进行了测试,通过红外光谱（FTIR）对固化产物进行了表征。结果表明:三乙烯四胺的固化效果最好,乙二胺次之,三乙烯二胺六水最差;固化产物的耐碱性能较为突出,其它方面有待改进;由固化产物的红外光谱图可以看出,910cm-1附近的环氧特征吸收峰都大为减弱或消失,表明树脂已与固化剂发生交联反应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 环氧树脂简介
• 1.1.1 传统环氧树脂
• 1.1.2 水性环氧树脂
• 1.2 水性环氧树脂的发展历史及现状
• 1.3 水性环氧树脂的分类
• 1.3.1 Ⅰ型水性环氧树脂体系
• 1.3.2 Ⅱ型水性环氧树脂体系
• 1.3.3 Ⅲ型水性环氧树脂体系
• 1.3.4 Ⅳ型水性环氧树脂体系
• 1.3.5 Ⅴ型水性环氧树脂体系
• 1.4 水性环氧树脂制备方法
• 1.4.1 外加乳化剂法
• 1.4.2 化学改性法
• 1.4.3 固化剂乳化法
• 1.5 水性环氧树脂的主要优缺点
• 1.6 水性环氧树脂的研究现状
• 1.7 水性环氧树脂的应用
• 1.7.1 罐用涂料
• 1.7.2 防腐蚀涂料
• 1.7.3 工业地坪涂料
• 1.7.4 水泥添加剂和混凝土封闭底漆
• 1.7.5 防水和防渗堵漏材料
• 1.7.6 木器漆
• 1.7.7 核设施用涂料
• 1.8 水性环氧树脂的展望
• 1.9 本课题的研究背景、内容及意义
• 第2章 水性环氧树脂的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验药品与仪器
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 水性环氧树脂的合成
• 2.3.2 环氧值的测定
• 2.3.3 产物表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 开环反应中环氧氯丙烷用量对环氧值影响
• 2.4.2 开环反应中三氟化硼乙醚/PEG 的摩尔比对环氧值的影响
• 2.4.3 开环反应中反应温度对环氧值的影响
• 2.4.4 开环反应中PEG 分子量对环氧值的影响
• 2.4.5 闭环反应中反应温度对环氧值的影响
• 2.4.6 闭环反应中NaOH 用量对环氧值的影响
• 2.4.7 闭环反应中PEG 分子量对环氧值的影响
• 2.5 水溶性环氧树脂的红外光谱
• 2.5.1 实验原料红外光谱
• 2.5.2 水性环氧树脂红外光谱
• 2.6 水性环氧树脂的环氧值
• 2.7 水性环氧树脂的水溶性
• 2.8 小结
• 第3章 水性环氧树脂的固化及性能测试
• 3.1 引言
• 3.2 实验药品与仪器
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 固化物结构表征
• 3.3.2 非等温DSC 曲线测定固化速度
• 3.3.3 水性环氧树脂的固化
• 3.3.4 涂膜的吸水性
• 3.3.5 涂膜的耐腐蚀性测试
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 固化涂膜的红外光谱
• 3.4.2 非等温DSC 固化速率图谱
• 3.4.3 不同条件下水性环氧树脂固化
• 3.4.4 树脂涂膜的耐腐蚀性
• 3.5 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果