阳离子型水性环氧树脂制备及特性研究
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水性环氧树脂的合成及应用性能研究水性环氧树脂是一类具有良好的附着力、电气绝缘性、化学稳定性的热固型高分子材料,作为涂料、胶粘剂以及复合材料等的树脂基体,应用的领域非常广泛。
本文对水性环氧树脂的合成及其应用性能进行了研究。
标签:水性环氧树脂;合成;应用性能引言随着人们环保意识的不断提高,绿色环保的化学材料越来越受关注。
水性环氧树脂以其优异性广泛用作复合材料、胶粘剂、涂料等方面,越来越受到人们的重视。
由于溶剂型环氧树脂体系容易带来大量的有机挥发物,对自然环境和人体健康造成极大的危害,因此开发具有优异力学性能、耐化学药品腐蚀性能和优良的热稳定性的水性环氧树脂体系成为行业迫切需求。
本实验通过自由基接枝聚合的方法,在过硫酸铵(APS)的催化下将亲水单体甲基丙烯酸(MAA)、功能单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)和交联单体N- 羟甲基丙烯酰胺(NMA)接枝到环氧树脂的分子链上,用氨水中和后得到粒径小、稳定性好、性能优的水性环氧树脂,并分析了酯化率,软、硬单体配比和溶剂对体系性能的影响。
1.实验部分1.1主要原料环氧树脂,工业级,中国石油化工股份有限公司生产;月桂酸,软单体BA:均为分析纯,天津市巴斯夫化工有限公司生产;三苯基膦,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司生产;乙酸乙酯,氨水:均为分析纯,天津市富宇精细化工有限公司生产;APS,分析纯,江苏强盛功能化学股份有限公司生产;MMA,分析纯,天津市永大化学试剂有限公司生产;硬单体MAA,分析纯,天津市北联精细化学品开发有限公司生产;硬单体St,分析纯,天津市凯信化学工业有限公司生产;NMA,分析纯,上海展元化工有限公司生产;去离子水,自制。
1.2试样制备环氧酯的合成:将环氧树脂、月桂酸和三苯基膦加入到带有搅拌器、温度计、冷凝管的四口烧瓶中,同时通入氮气,然后缓慢升温至110℃,使环氧树脂熔融并搅拌,反应1h后测酸值,直至酸值小于5,得到环氧酯。
阳离子型延迟固化环氧月交粘剂的性研究与应用*付瑜李炳辉冷万里田湛秋(东莞新科技术研究开放有限公司广东523000)摘耍:采用柔韧性环氧树脂,增韧剂,柔性稀释剂,阳离子■引发剂和热致阳离子固化剂等制备了阳离子型延迟固化环氧胶粘剂(简称DCC Epoxy).利用FTIR表征了DCC Epoxy的结构特征,通过DSC研究了DCC Epoxy的热反应特性.将DCC Epoxy用于硬盘磁头粘接,研究了开放时间(Open-Time),固化条件,剪切强度,以及磁头热框变化情况.结果显示DCC Epoxy具有优异的柔韧性,剪切强度和磁头热框变化满足磁头性能要求.与目前传统的丙烯酸酯类胶粘剂比较,没有氧阻聚现象,固化温度低,固化程度高,挥发物含量低,收缩率低,具有明显的应用优势.关键词:阳离子型延迟固化;环氧胶粘剂;硬盘磁头粘接中BS分类号:TQ文献标识码:AStudy and Application of Delay Cure Cationic Epoxy AdhesiveFu Yu,Li Binghui,Leng Wanli,Tian Zhanqiu(Dongguan Xinke Technology Research and Development Co.s Ltd.,Guangdong,523000) Abstracts A delay cure cationic epoxy adhesive(DCC Epoxy)yvas prepared with flexible epoxy resin,toughening agent,flexible diluent, cationic initiator and thermally induced cationic cure agent.The structural characteristics of D CC E poxy were characterized by FTIR,and the thermal reaction characteristics of D CC Epoxy were studied by DSC.The open-time,curing conditions,adhesive strength and the head thermal crown change were studied while DCC Epoxy was used to HGA head.The results show that DCC Epoxy has an excellentflexible f eature,and the shearforce and head thermal crown change meet the requirements of H DD head p pared with the traditional acrylate adhesive,it has no oxygen inhibition phenomenon,low curing temperature,high curing degree,low volatile content and low shrinkage,which has obvious application advantages.Key words z cationic delayed curing;epoxy adhesive hard disk head bonding-U_—*—刖肯在数据存储硬盘中,读写磁头由胶粘剂粘接在不锈钢折片上形成磁头折片组合(Head Gimbal Assembly,HGA),并经其他装配工艺形成磁头臂组合(Head Stack Assembly, HSA)o胶粘剂的种类和固化特性对硬盘磁头的装配工艺和读写性能有着直接的影响。
水性环氧树脂的研究进展摘要:本文简要地介绍了水性环氧树脂的原理和特点,系统地介绍了当前国内外水性环氧树脂的制备方法和研究现状,,并对其研究前景进行了展望,指出了今后研究的方向。
关键词:水性;环氧树脂;研究Progress in research on waterborne epoxy resinAbstract: This paper firstly introduced the mechanism and characteristic of waterborne epoxy resin, thenmainly introduced the p resent p reparation methods and investigation status at home and abroad,And its research prospect, points out the future direction of the research.Key words: :water - borne ;epoxy;research0 前言环氧树脂分子结构中含有独特的环氧基、羟基、醚键等活性基团和极性基团,使其固化物具有附着力高、电绝缘性好、耐化学品腐蚀等特点,广泛应用于金属防腐蚀涂料、建筑工程中的防水堵漏材料、灌缝材料、胶粘剂等工业领域。
常用的环氧树脂难溶于水,易溶于有机溶剂,而有机溶剂往往价格较高,且具有挥发性,容易对环境造成污染。
与溶剂型涂料相比,水性环氧涂料的VOC 含量低、气味较小、使用安全、并可用水清洗[1] ,同时它还兼有溶剂型环氧涂料良好的耐化学品性、附着性、机械物理性、电器绝缘性以及低污染、施工简便、价格便宜等优点[2 ] 。
因此以水为分散介质或溶剂的水性环氧树脂不仅是环境友好型材料,而且符合可持续发展战略。
随着世界各国对环境保护的日益重视,开发不含有挥发性有机化合物,制备出环保型的水性环氧树脂涂料已经成为涂料工业新的发展趋势[ 3,4]1水性环氧树脂的原理和特点水性环氧树脂,是指环氧树脂以微粒、液滴或胶体的形式,分散在以水为连续相的介质中,配制成稳定的分散体系[ 5 ] 。
水溶性环氧树脂的合成研究摘要:将丙烯酸/α—甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯以及BPO混合,滴加到环氧树脂溶液中(环氧树脂溶解到正丁醇与丙二醇单甲醚中所形成的溶液)。
于是,就得到了改性的环氧树脂。
本实验主要研究了合成过程中酸的滴加速度和温度、保温时的温度和时间、BPO的用量,水乳过程中中和值的大小、pH值、固含量以及保温温度等因素,这些因素对其性能都可能产生的影响。
研究结果表明,合成过程中的反应温度控制在115℃,保温的温度在120℃,滴加速度控制在15g/h,BPO的用量为环氧树脂总量的1.5%;水乳过程中的反应温度为85℃,pH值在7.0—7.5,固含量为35%—40%,保温的温度为50℃时得到的改性的环氧树脂的的性能最优良。
关键词:环氧树脂羧酸单体粘度中和值1 引言1.1 环氧树脂简介环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基的有机高分子化合物,除个别外,它们的相对分子质量都不。
环氧树脂的分子结构是以分子链中含有的活泼的环氧基团为其特征,环氧基团可以位于分子链的末端、中间或称环状结构。
由于分子结构中还有活泼的环氧基团,使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三项网状结构的高聚物。
1.2 环氧树脂的应用特点1)具有极大的配方设计灵活性和多样性。
能按不同的使用性能和工艺性能要求,设计出针对性很强的最佳配方。
这是环氧树脂应用中的一大特点和优点。
2)不同的环氧树脂固化体系分别能在低温、室温、中温或高温固化,能在潮湿表面甚至在水中固化,能快速固化、也能缓慢固化,所以它对施工和制造工艺要求的适应性很强。
环氧树脂可低压成型或接触压成型,因此可降低对成型设备和模具的要求,减少投资,降低成本。
3)在三大通用型热固性树脂中,环氧树脂的价格偏高,从而在应用上受到一定的影响。
但是,由于它的性能优异,所以主要用于对使用性能要求高的场合,尤其是对综合性能要求高的领域。
1.3 环氧树脂固化环氧树脂固化剂是环氧树脂应用技术范畴中极其重要的材料,是决定产品工艺技术和特性的关键组分。
水性环氧树脂的制备与性能研究李进,张良均,童身毅,唐进伟(武汉工程大学化工与制药学院湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,武汉430074) 慧聪涂料网讯:摘要:采用中等相对分子质量环氧树脂与聚醚反应,合成了非离子环氧树脂乳化剂,再结合相反转技术,制备水性环氧树脂乳液。
讨论了乳化剂的用量对乳液粒径和稳定性的影响;研究了乳化剂、环氧固化剂用量与涂膜吸水率、凝胶含量、机械性能之间的关系。
关键词:环氧树脂;水性环氧树脂;相反转技术0.引言环氧树脂固化物具有优异的物理化学性能,尤其以优良的耐水性、耐化学品性、极佳的粘附性能而广泛应用于涂料领域[1]。
现在,人们在追求涂料高性能的同时,对于节约资源、保护生态环境越来越重视,研究开发水性环氧涂料已经成为涂料工业发展的一大趋势,具有广阔的前景。
转相乳化法是制备高分子聚合物水基化微粒体系的有效方法[2],但制备乳胶粒径小且分布均匀、稳定性好的乳液体系受许多因素影响,其中乳化剂的影响最为重要。
近年来,对于非离子型乳化剂及其合成乳液的报道已经很多[3-7],本文利用环氧基团的高反应活性,在Lewis酸的催化作用下,与亲水性的聚乙二醇进行亲核加成反应,合成了具有两亲性同时又带有与油相成分完全相同组分的高分子乳化剂,同时对在乳化剂用量不同的条件下乳液的粒径和稳定性进行了考察,并且研究了乳化剂的用量、AB-HGF固化剂用量与涂膜吸水率、凝胶含量、机械性能之间的关系。
1.实验部分1.1原材料双酚A型环氧树脂:江苏三木集团;聚醚:分析纯,上海化学试剂公司;乙二醇丁醚:化学纯,天津东天正精细化学试剂厂;三氟化硼乙醚络合物:化学纯,国药集团化学试剂有限公司;AB-HGF水性环氧固化剂:浙江安邦新材料发展有限公司。
1.2环氧树脂乳化剂的合成在干燥氮气保护下,将脱水的聚醚和环氧树脂按环氧基与羟基物质的量的比为1∶1.0~1.2的比例加到装有温度计、搅拌装置和回流冷凝器的四口烧瓶中,搅拌下,升温至80~90℃使原料熔化,搅拌混匀,滴加催化剂三氟化硼乙醚络合物,在90~110℃下反应5~6h,出料,室温冷却即得乳化剂EP-S。
个人资料整理仅限学习使用目录1.引言 (2)2.实验 (5)2.1仪器与试剂 (5)2.2实验方法 (5)2.3表征 (6)3.结果与讨论 (6)3.1反应机理 (6)3.2红外吸收光谱 (6)4.结论 (7)参考文献 (7)致谢 (9)水性环氧树脂的合成及其性能研究孙衎,安徽师范大学化学与材料科学学院摘要:本研究以丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸(AMPS>为水性单体,对环氧树脂E51进行改性。
此共聚物不需中和,就能获得良好的水分散性。
设计出了AMPS 改性环氧树脂的反应路线,通过正交实验和对比实验,对反应物配比、聚合温度和引发剂用量等反应条件进行了优化,并探讨了影响反应稳定性的因.个人资料整理仅限学习使用素。
由于AMPS的高聚合活性,须采用一些较为特殊的单体滴加方法,以保证共聚反应的稳定进行。
关键词:环氧树脂;丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸(AMPS>;接枝反应;水溶性Synthesis and Performance Study of Water-soluble Epoxy ResinSun Kan, College of Chemistry and Materials ScienceAbstract: The epoxy resin emulsion derived from chemical method received much attention due to absence of surfactant. It is characteristic of self-emulsification, dispersoid particle was small at nano level. The modifier reported in the literature to prepare anionic epoxy resin was mostly acrylic monomers. Epoxy resin can obtain water-disposabilityafter carboxyl group was introduced and neutralized. The emulsion prepared by this approach only could keep stable under the alkalescent circumstance. If pH value vary, the system tend to agglomerate or gelate which is bad to preservation and untilization.Key words: epoxy resin, 2-acrylamido-2-methyl-l-propanesulfonic acid, graft polymerization, water solubility1.引言环氧树脂(Epoxy resin>是泛指含有两个或者两个以上环氧基,以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并通过环氧基团反应形成的热固性产物的高分子低聚体,是一种从液态到粘稠态、固态多种形态的物质。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号50434010);作者简介:马承银(1948-),男,湖南省常德市,副教授,主要从事水性环氧树脂的合成研究工作。
水性环氧树脂的制备和固化机理的探讨马承银,郑文姬,胡慧萍,陈启元,卢翠红(中南大学化学化工学院,长沙 410083) 摘要:探讨了以环氧树脂、甲基丙烯酸和丙烯酸丁酯为原料,由接枝的路线合成水可分散性环氧树脂的制备、乳化及固化成膜一系列的反应机理,对过程进行了分析,并讨论了有关因素对各步反应的影响。
关键词:水性环氧树脂;接枝;乳化;固化机理环氧树脂自1930年由瑞士卡斯坦和美国格林里合成,1947年国外开始了工业化生产以来,以其优异的粘结性、附着性、稳定性、耐化学品性、绝缘性及机械强度等特性,广泛地用于涂料、粘合剂及复合材料等各个领域。
随着资源与能源危机的出现和人们环境与健康意识的不断增强,水性涂料因其具有安全、低VOC (挥发性有机物)等显著特点,自国际上从20世纪70年代研究开发以来,逐渐成为溶剂型涂料替代品之一[1]。
水性环氧树脂涂料的研制也变得非常活跃。
水性环氧树脂涂料的性能可与溶剂型环氧涂料相媲美。
它不但保持了溶剂型环氧树脂涂料的优点,而且具有自身的突出优势。
表现在该混合体系可在室温和潮湿的环境中固化,有合理的固化时间,并保证有很高的交联密度,广泛应用于食品罐头、蓄水箱及船舱内壁涂料、高性能的环境适应型地坪涂料以及钢铁和船舶的防腐蚀涂料等。
国外对水性环氧涂料的研究至今为止已经历了四代发展[2],其产品已经系列化。
有多种途径可以将环氧树脂分散于水中,如机械法[3]、化学改性法[4]和相转法[3,5]。
其中化学改性法可以制得自乳化型环氧树脂乳液,不需外加乳化剂,所得乳液的分散相粒子尺寸很小(几十到几百纳米),放置稳定性好,可以根据需求,用不同的改性剂使环氧树脂获得不同的独特性能。
这是其它两种方法无法比拟的优越之处。
化学改性法分为阳离子型、阴离子型和非离子型,阴离子型是文献报道较多的一种。
新型水性环氧树脂乳液及其固化过程的研究水性环氧树脂乳液是一种具有环保、低挥发性和可水稀释的环氧树脂产品,具有广泛应用前景。
在近年来,水性环氧树脂乳液的研究越来越受到关注。
本文将从乳液的制备条件、固化过程和应用方面进行综述。
一、水性环氧树脂乳液的制备条件水性环氧树脂乳液的制备条件包括合成方法、乳化体系和稳定剂的选择。
目前主要的合成方法有溶剂法、乳化剂法和乳化聚合法。
其中,乳化聚合法由于其简单、高效而逐渐成为主流方法。
对于乳化体系,常用的体系有非离子型、阴离子型和阳离子型,其选择取决于树脂的性质和应用要求。
对于稳定剂的选择,一般采用表面活性剂,如非离子型表面活性剂十六烷基苯磺酸钠、非离子型聚醚、施胺等。
此外,还可以通过添加防腐剂、降低粘度剂和增稠剂来调整水性环氧树脂乳液的性能。
二、水性环氧树脂乳液的固化过程水性环氧树脂乳液的固化过程主要包括水分蒸发和环氧基团与固化剂的反应。
在乳液中,水分蒸发使得树脂中形成了交联体系,从而固化乳液。
而环氧基团与固化剂的反应则是通过环氧基团的开环反应和固化剂的亲核反应来实现固化。
固化剂的选择决定了水性环氧树脂乳液的耐热性和耐化学性,常用的固化剂有胺类、酸类和异氰酸酯类。
三、水性环氧树脂乳液的应用水性环氧树脂乳液具有许多优良的性能,使其在各个领域得到了广泛应用。
例如,在涂料领域中,水性环氧树脂乳液可以作为环保涂料的替代品,用于涂装汽车、家具和建筑等。
此外,在胶粘剂领域中,水性环氧树脂乳液可以作为木工胶、纸张胶和胶粘剂的组分。
在复合材料领域中,水性环氧树脂乳液可以与纤维加固相结合,制备出高强度的复合材料。
另外,水性环氧树脂乳液的新型应用还有水性环氧树脂乳液胶凝固化剂、水性环氧树脂乳液抗氧化剂等。
总之,水性环氧树脂乳液作为一种环保、低挥发性和可水稀释的环氧树脂产品,具有广泛的应用前景。
研究乳液的制备条件、固化过程和应用对于提高水性环氧树脂乳液的性能和开发新型应用具有重要意义。
阳离子型环氧胶水-概述说明以及解释1.引言1.1 概述阳离子型环氧胶水是一种特殊的环氧胶水,其独特之处在于含有阳离子官能团。
与传统的阴离子型环氧胶水相比,阳离子型环氧胶水在粘接性能、固化速度和适用材料等方面具有显著的优势。
阳离子型环氧胶水在粘接过程中能够形成网络结构,使得胶水与基材之间的粘结更加牢固。
它具有良好的抗切割和抗剪切性能,能够承受较大的拉伸力和剪切力。
此外,阳离子型环氧胶水具有较低的溶剂挥发性和较高的耐高温性能,因此适用于各种复杂环境下的粘接需求。
阳离子型环氧胶水在广泛的领域中得到应用。
它在汽车制造、航空航天、电子设备、建筑工程等行业中有着重要的应用价值。
例如,在汽车制造中,阳离子型环氧胶水可以用于汽车零部件的粘接,提高汽车的整体强度和结构稳定性。
在航空航天领域,阳离子型环氧胶水可以用于飞机的结构连接,确保航空器在高速飞行和极端环境下的安全性。
制备阳离子型环氧胶水的方法多种多样,常见的方法包括自由基聚合法、离子液体催化聚合法等。
通过合理选择合适的合成方法和优化配方,可以得到具有优异性能的阳离子型环氧胶水。
综上所述,阳离子型环氧胶水具有粘接性能强、固化速度快、耐高温性好等优点,在多个领域中有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步和需求的不断增长,阳离子型环氧胶水的未来发展前景将更加广阔。
通过持续的研发和创新,阳离子型环氧胶水有望成为粘接材料领域的重要发展方向。
1.2文章结构文章结构主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要概述了本文要介绍的主题——阳离子型环氧胶水,并给出了本文的目的。
通过引言部分,读者可以对文章的主题和目的有一个初步的了解。
正文部分是文章的核心内容,主要分为三个方面的介绍:阳离子型环氧胶水的定义和特点、其应用领域以及制备方法。
在2.1节中,可以详细介绍阳离子型环氧胶水的定义,包括其成分和性质特点,以及与其他类型胶水的区别。
在2.2节中,可以阐述阳离子型环氧胶水在不同领域的广泛应用,如汽车制造、电子器件封装等。
阳离子型水性环氧树脂制备及特性研究陈永1,2,杨树2,石海洋2,高青雨1(1.河南大学化工学院精细工程研究所,河南开封475001;2.开封大学化学化工学院,河南开封475004)摘要:以二乙醇胺改性双酚A型环氧树脂E-44,在保证改性产物水分散性前提下,保留尽可能多的环氧基。
加入醋酸中和成盐后,制得阳离子型环氧树脂体系。
研究了反应温度和时间的影响。
通过元素分析确定制得改性树脂中氮元素的含量。
利用红外光谱对改性树脂结构进行表征,对固化后的树脂进行DSC和TG测试。
结果表明:E-44树脂与乙二醇胺在80℃左右反应3h能进行很完全。
改性树脂中氮含量在1.74%~1.82%之间,得到的改性树脂水性化和固化性能最好。
关键词:阳离子型水性环氧树脂;化学改性;二乙醇胺;水可分散性0.引言环氧树脂具有优异的热稳定性、耐化学品性、绝缘性,且附着力好、耐磨性好、硬度高,广泛地用于涂料、粘合剂及复合材料等工业领域[1-2]。
传统型环氧树脂在实际应用过程中需要加入有机溶剂稀释,这些有机溶剂价格较贵,具有挥发性,难以满足人们对环境和安全生产的要求[3-4]。
从20世纪60年代起不含挥发性有机化合物或不含有害空气污染物的水性化环氧树脂体系受到人们广泛的关注,成为研究热点,相关报道不断出现。
通常两种途径可以制备水性环氧树脂体系,通过外加乳化剂,乳化环氧树脂制得水性环氧树脂乳液;以及通过化学改性将亲水基团引入到环氧树脂分子链上。
前者制得粒子尺寸较大为微米级,后者能制得纳米级粒子[5-7]。
从稳定性和水可分散性来说后者更具有实际意义。
本文采用双酚A 环氧树脂E-44,以一定量的二乙醇胺与E-44中环氧基团发生加成开环反应引入亲水基团,通过控制引入二乙醇胺量,使E-44树脂中保留相当数量的环氧基,形成同时具有亲水链段和憎水链段自乳化结构,一方面使改性树脂具备了良好的水分散性,另一方面改性树脂在室温下具有合理的固化时间,与改性前E-44树脂相比热稳定性基本保持不变。
1.实验部分1.1原料和仪器双酚A环氧树脂E-44:岳阳石油化工总厂;二乙醇胺:洛阳试剂厂;丁酮、甲苯、丙酮:分析纯,均为国产;水性环氧固化剂:酚醛胺类固化剂,自制。
用AVATAR-360FT-IR光谱仪、PE2400Ⅱ型CHNS10元素分析仪对产物进行表征。
采用TGA/SDTA851e型热分析仪进行差热(DSC)和热失重(TG)分析,升温速率10℃/min,N2流量4010mL/min。
1.2试样的制备1.2.1改性环氧树脂(ED)的合成与纯化在装有温度计、冷凝管的干燥三口瓶中加入一定量E-44树脂,用丁酮作溶剂。
氮气保护下升至一定温度,搅拌使环氧树脂完全溶解后,加入二乙醇胺,在一定的温度下,反应一段时间然后减压抽去溶剂,以加入二乙醇胺不同的量制得改性树脂ED1、ED2、ED3、ED4,然后用甲苯作萃取剂在加热条件下使其溶解,除去不溶物,再用丙酮萃取2次后剩下的物质为改性树脂ED系列。
1.2.2改性环氧树脂(ED)水性体系的制备控制一定温度,使改性ED溶化,在搅拌下滴加醋酸中和成盐,再加入一定量水搅拌均匀制得固含量40%的改性环氧树脂水分散体系。
1.3试样的测定与表征1.3.1红外光谱分析将E-44树脂和纯化的改性E-44树脂真空干燥,用KBr片涂膜法测其红外吸收光谱。
根据环氧基在910cm-1处产生特征吸收,其吸收峰的高低与体系中环氧基的质量分数成正比,以苯环在1510cm-1吸收峰(反应前后保持不变)作为标准计算环氧基的开环率,对反应过程进行分析[8]。
环氧基开环率(α)按式(1)计算:α=(Ae/Ap)反应前-(Ae/Ap)反应后/(Ae/Ap)反应前式(1)式中:Ae为环氧基吸光度;Ap为苯基吸光度。
1.3.2元素分析纯化后的改性树脂真空干燥用PE2400Ⅱ型CHNS10元素分析仪测定其氮含量。
1.3.3改性环氧树脂(ED)水性体系的稳定性能测定将按1.2.1步骤制得的改性ED树脂水性体系装入离心机配套试管中,以3000r/min速度离心30min。
观察体系是否出现分层沉降。
1.3.4固化时间测定向按1.2.1步骤制备改性ED树脂水性体系中加入含量为5%的自制水性环氧固化剂,分别在室温和60℃烘箱里固化。
1.3.5其他性能测定硬度按GB/T6739—1996测定;附着力按GB/T9286—1998测定;耐酸、耐碱性按GB/T1793—1979测定法测定。
2.结果与讨论2.1反应温度对环氧基转化率的影响以环氧E-44树脂与二乙醇胺的质量比为1∶2,按步骤1.2.1在不同温度下反应3h,反应结果如表1所示。
表1反应温度与环氧基转化率的关系由表1可以看出,在一定时间内,随着反应温度的升高,加快反应速度,环氧基团开环率随之提高,二乙醇胺与环氧基发生开环加成反应生成叔胺结构,具有促进环氧树脂交联固化的作用。
当温度过高(>90℃)容易发生凝胶现象,温度太低反应速度慢,体系黏度大,各组分难以充分接触,反应不完全,故反应温度在80℃为宜。
2.2二乙醇胺用量对ED树脂亲水性及水性体系稳定性影响ED树脂亲水性及水性体系稳定性与改性反应中引入的亲水性基团数量密切相关。
亲水基团的增加必然会使改性树脂的亲水性增强,水性体系稳定性提高。
从组成来看,环氧树脂E-44中不含有氮元素,可以认为改性树脂经纯化后,通过元素分析树脂中氮元素含量的多少应来自二乙醇胺开环加成反应结果,在其他条件相同时,与环氧树脂E-44反应的二乙醇胺量越大,改性树脂中氮元素的含量越高,表2是按1.2.1步骤以20g环氧树脂与一定质量二乙醇胺反应制得改性树脂的结果。
表2二乙醇胺用量对改性树脂水分散性及水性体系稳定性的影响从表2可以看出随着二乙醇胺用量的增加(树脂中N元素含量提高),改性树脂亲水性增加,当二乙醇胺用量增大到一定值后,改性树脂能以分子形式分散与水中形成透明溶液。
反之改性树脂亲水性能减弱,表现为水分散体系状态为乳白色乳液且稳定性越来越差,这主要是因为随着二乙醇胺用量的减少,树脂分子中的亲水基减少,含有亲水基的树脂分子和未改性的树脂分子以自乳化的形式形成乳液,随着二乙醇胺用量的进一步减少,体系中的E-44分子增多,当含有亲水基的树脂分子不足以乳化未改性树脂时,树脂从水中析出,会出现凝聚并沉降下来的现象。
2.3改性环氧树脂固化性能将ED2、ED3、ED4改性树脂按1.2.2步骤制成水性体系,按1.3.4测定其固化后的性能,结果如表3所示。
表3改性树脂固化后的性能由二乙醇胺改性环氧树脂E-44所制得水性环氧树脂,随着二乙醇胺用量的增大,树脂中所含有亲水基团数目增加,环氧基团数目必然会相应减少。
一方面亲水基团数目增加,导致涂膜的亲水性增强,涂膜毛细管作用也随之增强,表现为涂膜的耐酸碱性减弱;另一方面环氧基团减少导致体系可交联基团数目减少,表现为固化时间延长,成膜时交联密度下降,涂膜致密度降低,硬度减少。
因此,在保证改性树脂水分散体系稳定的前提下,尽可能保留多的环氧基团。
改性树脂中N的含量应在1.74%~1.82%为宜。
2.4改性树脂红外光谱分析环氧树脂E-44和经纯化后的改性环氧树脂真空干燥24h后测其红外光谱,如图1曲线a、b所示。
图1环氧树脂的红外谱图a—E-44;b—改性环氧树脂图1环氧树脂的红外谱图从图1可知,b曲线除了与a曲线相同特征吸收外,在910cm-1处环氧基团特征吸收明显减弱,在1080cm-1处叔胺基团特征吸收明显。
醇类—OH键的伸缩振动峰应在3650~3590cm-1处,但由于二乙醇胺与环氧基团开环生成的多羟基树脂分子之间的氢键缔合原因,此峰向低波数位移,故在3422cm-1处有个较宽峰。
这些都证明了二乙醇胺与环氧基团发生开环加成反应所得产物为预先设计目标产物。
2.5改性树脂的热分析环氧树脂E-44和改性树脂玻璃化转变曲线及按1.3.4步骤在室温固化环氧树脂E-44和改性树脂的DSC曲线和TG曲线分别如图2中A、B、C所示。
图2树脂的玻璃化转变曲线、DSC及TG曲线a—固化后的环氧树脂E-44;b—固化后改性环氧树脂;c—固化前的环氧树脂E-44;d—固化前改性环氧树脂图2树脂的玻璃化转变曲线、DSC及TG曲线由图2(A)可以看出:环氧树脂E-44的璃化转变温度约是-5℃,改性树脂玻璃化转变温度约是67℃。
环氧树脂改性后,分子上带有大量的羟基而产生强烈氢键缔合的结果。
由图2(B)、图2(C)可以看出:固化后,改性环氧树脂在358℃附近发生氧化交联出现放热峰,在395℃附近发生分解出现吸热峰。
热失质量率约为86%。
未改性的环氧树脂氧化交联和分解温度基本与改性后相同,只是峰形变窄。
热失质量率约为73%。
这主要是由于固化时采用水性环氧固化剂与改性前后树脂相容性不同引起的。
改性前水性环氧固化剂与E-44树脂相容性差,与树脂中的环氧基不能充分接触,故在一定温度以下表现出潜伏性,当固化温度超过一定温度时,固化剂与树脂的混合状况改善,引起交联反应,由于反应集中,体系放热量大,又促使反应加速进行,故DSC曲线表现为窄而尖的放热峰。
在水性环氧树脂体系中水性环氧固化剂与之相容性好,能以分子状态均匀分散,随着水逐渐蒸发排除,在较低的温度开始与环氧基反应,故DSC曲线表现为放热峰始温度显著降低,峰形变宽。
3.结语水性环氧树脂与溶剂型环氧树脂在耐化学品性、硬度、耐腐蚀性等方面都具有相当的性能,而环保性能优于溶剂型环氧树脂。
环境保护和节约能源这两大推动力将使环氧树脂的水性化技术不断发展,将成为相关领域的主流产品。