水性环氧乳液和固化剂的制备及其性能研究

论文摘要

水性环氧涂料既保持了溶剂型环氧树脂涂料大部分的优点,又不含有机溶剂,具有环境友好的特性,从而使应用领域大大扩展。本论文通过化学改性法,将不同分子量的聚乙二醇（PEG）的表面活性剂分子链段引入到环氧树脂分子链中,制备出了环氧乳化剂并用红外技术（FTIR）对产物的结构进行了表征。实验结果表明,环氧乳化剂的亲油端与环氧树脂分子结构相匹配,由PEG6000合成的乳化剂具有良好的水溶解性、对环氧树脂有良好的乳化效果。采用相反转法,用环氧树脂专用乳化剂乳化环氧树脂E-44,制得稳定性高、分散相颗粒粒径小且分布较均匀的水性环氧树脂乳液。研究了各种因素如乳化剂种类、乳化剂结构、乳化剂含量、乳化温度等因素对乳液稳定性及相应涂膜性能的影响。通过乳胶粒度分布和对乳液的稳定性进行表征。结果表明：当乳化剂用量为20%、乳化温度为60℃时,乳液分散相粒径为1.28μm左右,离心稳定性好,转速为3000r·min-1时,30min不分层。此外,本文还采用二乙烯三胺、聚乙二醇二缩水甘油醚、环氧树脂等为原料合成了一种具有乳化功能的水性环氧固化剂。确定了各步反应的反应温度、反应时间、反应物料摩尔比等合成工艺参数,并通过红外光谱分析方法（FTIR）对固化剂结构进行了表征,热重分析仪（TG）测试了涂膜的耐热性能。结果表明：所合成的水性环氧固化剂兼具乳化功能和固化功能,水性环氧固化剂乳化环氧树脂所得的乳液平均粒径为3444nm左右,说明具有良好的乳化性能；水性环氧树脂固化物涂膜热分解5%的温度大约在320℃,具有较好的耐热性。最后,用以上水性环氧乳液和自制水性固化剂作为原料制备涂膜,考查了乳化剂的浓度、固化剂的用量对涂膜性能的影响。用热重（TG）分析方法对涂膜热性能进行了分析；利用红外光谱方法对清漆涂膜化学结构进行了表征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 水性环氧树脂涂料的发展及其分类
• 1.1.1 水性环氧涂料的发展历史
• 1.1.2 水性环氧涂料的类型
• 1.2 环氧树脂水性化的制备方法
• 1.2.1 机械法
• 1.2.2 相反转法
• 1.2.3 固化剂乳化法
• 1.2.4 化学改性法
• 1.3 乳状液稳定性的理论分析
• 1.3.1 乳状液的不稳定过程与表现形式
• 1.3.2 乳化剂对乳状液体系的稳定作用
• 1.4 水性环氧树脂体系固化剂
• 1.4.1 水性环氧树脂固化剂的改性原理
• 1.4.2 水性环氧树脂固化剂的改性方法
• 1.5 本课题的研究目的、意义和内容
• 1.5.1 研究目的和意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第2章 环氧树脂乳化剂的合成与分析
• 2.1 引言
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 原材料与药品
• 2.3.2 实验仪器
• 2.3.3 实验装置
• 2.3.4 实验方法
• 2.3.5 测试与表征
• 2.4 结果分析与讨论
• 2.4.1 环氧树脂乳化剂的红外分析
• 2.4.2 反应过程中环氧值的变化
• 2.4.3 合成乳化剂EP-D的溶解性
• 2.4.4 不同组合合成的乳化剂的HLB值
• 2.5 本章小结
• 第3章 水性环氧乳液的制备与稳定性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验用原材料与药品
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.4 分析与测试方法
• 3.3 结果分析与讨论
• 3.3.1 乳化剂种类对乳状液粒径及稳定性影响
• 3.3.2 乳化剂结构对乳液性能的影响
• 3.3.3 乳化剂用量对乳状液粒径及稳定性影响
• 3.3.4 乳化剂用量对乳液粘度影响
• 3.3.5 乳化温度对乳液稳定性的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 水性环氧固化剂的制备与研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验用原材料与药品
• 4.2.2 水性环氧固化剂的制备
• 4.2.3 胺值的测定
• 4.2.4 环氧值测定
• 4.2.5 红外光谱（FTIR）测试
• 4.2.6 涂膜热重（TG）测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 固化剂红外光谱分析
• 4.3.2 反应工艺确定
• 4.3.3 水性固化剂的乳化性能
• 4.3.4 涂膜的热重（TG）分析
• 4.3.5 水性环氧固化剂性能参数
• 4.4 本章小结
• 第5章 涂膜的制备与性能的初步研究
• 5.1 水性环氧树脂体系的成膜机理
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料与试剂
• 5.2.2 实验用主要仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 涂膜的红外分析
• 5.3.2 乳化剂EP-D用量对涂膜吸水率的影响
• 5.3.3 固化剂与乳液配比对涂膜性能的影响
• 5.3.4 固化剂与乳液配比对涂膜热性能的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢