常温自交联改性环氧树脂乳液的制备与性能研究

论文摘要

环氧树脂具有良好的物理机械性能、化学稳定性能、粘结性能和工艺性能,被广泛应用于各个领域。但传统的环氧树脂通常为有机溶剂型,在生产和施工过程中会产生大量有机挥发物（VOC）,对环境造成危害。随着人们环保意识的不断增强,水性环氧树脂应运而生。本文利用接枝方法在环氧树脂侧链上分别引入有机硅氧烷或双丙酮丙烯酰胺（DAAM）,获得了两种具有新型结构的低VOC常温自交联环氧树脂乳液。然后,将两种自制的树脂乳液配制成单组份水性防腐底漆,并对其性能进行了比较评价。在有机硅氧烷改性环氧树脂乳液的制备过程中,对接枝反应条件以及各组分配比进行了研究,发现:当反应温度为115℃、引发剂BPO用量为5%时,接枝率达到最大,为76.6%。当有机硅氧烷A-151的用量为2.5%、软硬单体比例为2:3、亲水单体MAA的用量为11.014.7%、中和度为8090%时,制得的乳液具有较好的储存稳定性和涂膜性能。采用FTIR、DSC、TEM等方法对聚合物及乳液进行了表征,运用粒度分析仪测试了乳液粒径及其分布。DSC曲线表明聚合物具有两个明显的玻璃化转变温度,分别为9.2℃和42.1℃,符合接枝环氧树脂的合成设计结构;TEM及粒径分布图表明乳液粒径为纳米级,约80nm,且粒径分布均匀,基本呈稳定的球形结构。在DAAM改性环氧树脂乳液的制备过程中,对功能性单体配比进行了研究,发现:当DAAM的用量为23%、m（己二酸二酰肼,ADH）/m（DAAM）为0.81、MAA用量为11.014.7%、中和度为100110%时,制得的乳液具有良好的储存稳定性和涂膜性能。干燥后涂膜的FTIR图谱表明酮羰基与酰肼基发生交联反应生成了腙;TEM及粒径分布图表明乳液粒径为纳米级,约88nm,且粒径分布均匀,基本呈稳定的球形结构。将上述两种自制的环氧树脂乳液配制成单组份水性防腐底漆,并对颜填料、各种助剂及颜基比进行了选择、分析。结果表明,两种水性防腐底漆均有良好的综合性能,具有推广应用的价值;但相比而言,有机硅氧烷改性环氧树脂乳液配制的防腐底漆具有更优的抗冲击性和耐盐水性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 环氧树脂概述
• 1.2.1 环氧树脂的性能特点
• 1.2.2 环氧树脂的应用
• 1.3 水性环氧树脂概述
• 1.4 环氧树脂的水性化
• 1.4.1 直接乳化法
• 1.4.2 相反转乳化法
• 1.4.3 自乳化法
• 1.5 环氧树脂改性
• 1.5.1 聚氨酯改性
• 1.5.2 不饱和酸改性
• 1.5.3 有机硅改性
• 1.5.4 纳米粒子改性
• 1.6 水性环氧树脂的固化及成膜
• 1.6.1 水性环氧树脂的固化反应
• 1.6.2 水性环氧树脂成膜机理
• 1.7 常温自交联体系概述
• 1.8 本论文研究意义及研究内容
• 1.8.1 研究背景及研究意义
• 1.8.2 论文研究内容
• 第二章 有机硅氧烷改性环氧树脂乳液的制备及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要实验原料及规格
• 2.2.2 主要仪器及设备
• 2.2.3 实验装置
• 2.2.4 实验原理
• 2.2.5 合成工艺
• 2.2.6 测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 环氧树脂的选择
• 2.3.2 溶剂及用量的选择
• 2.3.3 有机硅氧烷的选择
• 2.3.4 环氧月桂酸酯合成条件的选择
• 2.3.5 反应温度对单体接枝率的影响
• 2.3.6 引发剂对单体接枝率的影响
• 2.3.7 单体用量对接枝产物水溶性的影响
• 2.3.8 软硬单体比例对乳液性能的影响
• 2.3.9 MAA 用量对乳液性能的影响
• 2.3.10 A-151 用量对乳液性能的影响
• 2.3.11 中和剂及中和度对乳液性能的影响
• 2.3.12 接枝共聚物的红外分析
• 2.3.13 接枝共聚物的DSC 分析
• 2.3.14 环氧树脂乳液的粒径和粒子形态分析
• 2.3.15 环氧树脂乳液的稳定性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 DAAM 改性环氧树脂乳液的制备及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要实验原料及规格
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3 实验原理
• 3.2.4 合成工艺
• 3.2.5 检测方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 DAAM 用量对乳液性能的影响
• 3.3.2 ADH 与DAAM 的用量比对涂膜性能的影响
• 3.3.3 影响乳液稳定性的因素探讨
• 3.3.4 涂膜固化前后的红外光谱分析
• 3.3.5 环氧树脂乳液的粒径及粒子形态分析
• 3.3.6 环氧树脂乳液的稳定性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 常温自交联环氧树脂乳液在防腐涂料中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要原料
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.3 涂膜制备及性能检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 防锈颜料的选择
• 4.3.2 体质颜料的选择
• 4.3.3 助剂的选择
• 4.3.4 颜基比对涂膜光泽度的影响
• 4.3.5 防锈颜料比对涂膜性能的影响
• 4.3.6 水性防腐涂料配方的确定
• 4.3.7 自制两种乳液所得防腐涂料的性能比较
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件