水性環(huán)氧樹脂研究

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1、水性環(huán)氧樹脂研究-----環(huán)氧樹脂改性作者：楊記2011-8-12環(huán)氧樹脂固化物具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，尤其以優(yōu)良的耐水性、耐化學(xué)品性、極佳的粘附性能而廣泛應(yīng)用于涂料領(lǐng)域;現(xiàn)在人們在追求涂料高性能的同時(shí)，對于節(jié)約資源保護(hù)生態(tài)環(huán)境越來越重視，研究開發(fā)水性環(huán)氧涂料已經(jīng)成為涂料工業(yè)發(fā)展的一大趨勢，具有廣闊的前景。本文利用環(huán)氧基團(tuán)的高反應(yīng)活性，在Lewis酸的催化作用下，與親水性的聚乙二醇進(jìn)行親核加成反應(yīng)，合成了具有兩親性同時(shí)又帶有與油相成分完全相同組分的高分子乳化劑；相比雙酚A環(huán)氧樹脂，酚醛環(huán)氧樹脂有很好的機(jī)械和化學(xué)性能，而且結(jié)構(gòu)分子中有更

2、多的環(huán)氧基團(tuán)，一方面使樹脂具備了水溶性或水分散性,另一方面又保留了相當(dāng)數(shù)量的環(huán)氧基,使改性樹脂的親水性和反應(yīng)活性達(dá)到合理的平衡,從而克服了以往改性方法難以兩者兼得的矛盾,具有優(yōu)良的應(yīng)用價(jià)值。圖1表示二乙醇胺與F-51樹脂加成后的改性樹脂的基本結(jié)構(gòu)。。圖1本文選用酚醛環(huán)氧樹脂F(xiàn)-51，對酚醛型環(huán)氧樹脂F(xiàn)-51進(jìn)行化學(xué)改性引入親水性基團(tuán),同時(shí)保留盡可能多的環(huán)氧基,成鹽后制得水性環(huán)氧樹脂體系。研究了各反應(yīng)物用量對體系水溶性和水穩(wěn)定性的影響,確定了最佳的原料配比、反應(yīng)溫度和時(shí)間,并利用紅外光譜對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表證。結(jié)果表明:該改性F-51環(huán)

3、氧樹脂可與水以不同的配比形成水溶液或水乳液,且體系具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。試驗(yàn)1.原料酚醛環(huán)氧樹脂PFNE7300湖南嘉盛德材料科技有限公司；二乙醇胺上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司?；乙醇、乙二醇單丁醚、冰乙酸、均為化學(xué)純2.　改性環(huán)氧樹脂的合成???在裝有溫度計(jì)、冷凝管、滴液漏斗的四口瓶中加入一定量的PFNE7300樹脂,用乙二醇單丁醚和乙醇作溶劑,氮?dú)獗Ｗo(hù)下升至一定溫度,攪拌使環(huán)氧樹脂完全溶解后緩慢滴加二乙醇胺,滴完后,繼續(xù)恒溫反應(yīng)一段時(shí)間,反應(yīng)完成后,抽真空除去溶劑即得改性環(huán)氧樹脂?？刂埔欢囟?向上述改性樹脂中滴加冰乙酸,中和成鹽,再加

4、入一定量的水,即得改性環(huán)氧樹脂水性體系。2.計(jì)算環(huán)氧基團(tuán)的轉(zhuǎn)換率取抽真空除去溶劑即得改性環(huán)氧樹脂小樣，后處理得到純改性環(huán)氧樹脂，做環(huán)氧樹脂當(dāng)量測定，等到轉(zhuǎn)化后的環(huán)氧當(dāng)量值We后與轉(zhuǎn)化前環(huán)氧當(dāng)量We前，轉(zhuǎn)化率α按下式計(jì)算：α=We前-We后/We前根據(jù)轉(zhuǎn)化率和試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到100gF-51環(huán)氧樹脂和一定量二乙醇胺組成的反應(yīng)體系中,隨著二乙醇胺用量的增加,體系的水溶性和水穩(wěn)定性均增強(qiáng)。當(dāng)二乙醇胺的用量>16g時(shí),能形成穩(wěn)定、均一、透明的環(huán)氧樹脂水溶液;當(dāng)其用量在13.38～16g時(shí),加水到一定程度會形成穩(wěn)定的乳液;當(dāng)二乙醇胺用量<10.71

5、g時(shí)形成乳液的穩(wěn)定性差,放置會有不溶物析出。這是因?yàn)閷-51樹脂而言,其平均官能度為3.3,當(dāng)二乙醇胺與樹脂的質(zhì)量比等于16∶100時(shí),二乙醇胺與樹脂中環(huán)氧基的物質(zhì)的量之比為1∶3,即每個(gè)環(huán)氧樹脂分子中恰好平均有一個(gè)環(huán)氧基發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)而引入一個(gè)親水基團(tuán);當(dāng)二者質(zhì)量比大于16∶100時(shí),隨著二乙醇胺用量的增加,每個(gè)環(huán)氧樹脂分子中就會有一個(gè)以上的環(huán)氧基開環(huán)而引入親水基團(tuán),改性樹脂的水溶性增強(qiáng)從而使其以分子形式分散于水中形成水溶液;開環(huán)率逐漸減小時(shí),隨著二乙醇胺用量的減少,樹脂分子中的親水基減少,含有親水基的樹脂分子和未改性的樹脂分子

6、以自乳化的形式形成乳液;隨著開環(huán)率的進(jìn)一步減少,乳膠粒中的F-51分子增多,當(dāng)含有親水基的樹脂分子不足以乳化未改性樹脂時(shí),樹脂從水中析出,會出現(xiàn)凝聚并沉降下來的現(xiàn)象。3　結(jié)論???①二乙醇胺可以與酚醛環(huán)氧樹脂F(xiàn)-51進(jìn)行開環(huán)加成反應(yīng),用乙酸中和成鹽后可以制得具有水溶性或水分散性的改性F-51環(huán)氧樹脂。???②隨著二乙醇胺和乙酸用量的增加,改性樹脂親水性增強(qiáng)而環(huán)氧值降低。通過改變兩者的用量,可制得一系列具有不同環(huán)氧值的水溶液或水乳液。???③反應(yīng)物配比為F-51/二乙醇胺/乙酸=100/16/10(質(zhì)量比)時(shí),得到的改性樹脂具有優(yōu)良的水

7、溶性、水穩(wěn)定性和較高的環(huán)氧值。???④改性樹脂合成時(shí),反應(yīng)溫度80℃,反應(yīng)時(shí)間2～3h較為適宜。1.水性環(huán)氧樹脂應(yīng)用涂料應(yīng)用將制備好的水性環(huán)氧樹脂乳液和AB一HGF水性環(huán)氧固化劑按照一定的比例混合，滴加少量消泡劑，攪拌均勻，用涂布器將其涂布于預(yù)處理過的馬口鐵板__仁，室溫固化。漆膜干燥時(shí)間測定3.1固化物中凝膠含量的測定將固化物研磨粉碎后稱質(zhì)量(ma)，以丙酮為萃取劑，在索氏萃取器萃取10h，干燥后再稱質(zhì)量(m,)。按下式計(jì)算凝膠含量。固化物中凝膠含量(%)=m,/mox100%3.2涂膜吸水率的測試將玻璃板稱質(zhì)量(m)，將試樣涂于玻

8、璃板上，按一定工藝固化后再稱質(zhì)量(m,)。然后浸泡在蒸餾水中，24h后取出，用濾紙快速擦干表面水分，稱質(zhì)量(ma)。按下式計(jì)算涂膜吸水率(W):W=(M:一m,)/(m,一m)x100%式中:環(huán)=吸水率，%;m一玻璃板質(zhì)