水性环氧固化剂的合成及水性环氧涂料的制备

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dinc22222
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环氧树脂本身是热塑性的线型结构,受热后固态的环氧树脂可以软化、熔融,变成黏稠态或者液态,因此,只有在加入固化剂产生交联形成三维网络结构后,环氧树脂才有应用价值。可以说,固化剂对环氧树脂组成物的工艺性和固化产品的最终性能起决定性的作用。 因为环氧树脂中环氧基团的特定结构,理论上说,凡是带有两个以上可以和环氧基团发生化学加成或缩合反应的化合物都可以作为环氧树脂的固化剂。因此,环氧树脂固化剂呈现出品种多样化的特点。 随着人们对环境保护的关注,许多种类的环氧树脂固化剂因其对环境的污染和对生态的破坏,而给环氧树脂的应用带来局限性。因此,发展环氧树脂水性化技术是环氧树脂工业必然的趋势。 对环氧树脂固化剂进行改性是环氧树脂水性化技术中的一种。其中,同济大学的顾国芳、华南理工大学的周继亮等人在这方面都做了许多有益的工作,国外的许多的化学工作者如Shimp、Stackt等早期就开始了这方面工作的研究。 本文对环氧树脂固化剂改性方法、固化机理、环氧水性化技术等作了综述,同时合成出一种改性三乙烯四胺(Triethylene Tetramine以下简称TETA)水性固化剂,并以之为原料,探索了这种固化剂在环氧树脂清漆和环氧地坪漆中应用。 首先利用在一种聚醚多元醇(聚乙二醇)的两端接入环氧树脂(E-51),使改性后的双环氧化合物其带有非离子表面活性链段而对环氧树脂具有乳化作用;然后,用这种改性后的双环氧化合物对三乙烯四胺进行加成扩链反应,得到改性固化剂;利用封端、成盐等技术使这种改性固化剂具有水溶性。从而,这种改性环氧固化对低分子量环氧树脂(如E-51和E-44等)同时具有固化作用和乳化功能。 研究了影响改性固化剂性能的因素,发现催化剂种类的选择、聚乙二醇(Polyethylene glycol以下简称PEG)的分子量、反应体系的含水量、封端剂的种类等等对改性固化剂的性能都有着一定的影响。其中,在对催化剂的对比研究中,发现不能采用催化活性太强的路易酸(如氯化铁),而应采用中等催化活性的路易酸(如氯化锌);聚乙二醇的分子量越大,在相同固含量下,改性固化剂的黏度越大;体系含水量过高或过低,合成过程中容易产生交联;采用具有强氢键作用的封端剂(如丙烯腈)所得到改性固化剂的黏度较采用正丁基缩水甘油醚所得到的改性固化剂的黏度要高。通过用示差扫描量热法DSC(Differential Scanning Calorimetry)方法研究改性固化剂对环氧树脂E.51的固化性能,发现没有经过改性的TETA固化E-51的最大放热峰出现在88℃,而用改性TETA固化剂固化E-51的最大放热峰出现在107℃,这样的结果说明了改性后的固化剂具有较长的适用期,对涂料的现场施工带来方便;同时,活泼胺氢的反应活性下降,改善了原来TETA中活泼氢原子容易和空气中的二氧化碳反应生成碳酸盐的缺点。 同样,通过对用改性固化剂固化环氧树脂E-51的固化体系研究表明,PEG分子量越大,所得涂漆的耐水性和硬度越差,而固化速度、对环氧树脂的乳化能力则越好。此外,研究了在水性环氧树脂体系中加入活性稀释剂(正丁基缩水甘油醚,以下简称501)和非活性稀释剂(丙酮)作为环氧树脂E-51的稀释剂以降低其黏度,发现在固化反应初期(10min)活性稀释剂501对体系的黏度下降作用贡献较大,而在固化反应10min后,用501作为稀释剂的体系黏度上升较快,而以丙酮为稀释剂的体系的黏度则相对上升较慢。 通过用热重法TG(Thermogravimetry)研究表明,没有经过改性的TETA固环氧树脂E-51所得的固化物的最大失重温度为378.6℃,而改性TETA固化环氧树脂E-51所得固化物的最大失重温度出现在378.1℃。这表明经改性的水性环氧固化剂对原来的耐热性能并没有受到损害。 最后,本文以改性固化剂和环氧树脂E-51为原料,配合实验室自行合成的丙烯酸/丙烯酸丁酯改性环氧树脂(E-44)得到的环氧树脂底漆、填料和其它助剂而制备了水性环氧地坪漆,作为对在所合成的改性固化剂在实际应用中可行性的探索。
其他文献
学位
本文合成了聚氨酯丙烯酸酯预聚体(PUA),探索PUA合成的最佳工艺条件以及影响PuA合成过程和产物的主要因素;并用合成的PUA制备紫外(UV)光固化粘合剂,研究影响UV光固化粘合剂性能的