水性酚醛环氧树脂乳液的制备及性能研究

论文摘要

水性环氧树脂体系避免了挥发性有机物(volatile organic compound,简称VOC)的大量使用,具有显著的环保特色和应用价值。因而环氧树脂水性化及其应用的研究成为近年来备受关注的领域之一。本文从分子设计入手,采用化学改性法,选择多官能团酚醛环氧树脂与对氨基苯甲酸(PABA)进行定量加成反应,合成了一种在分子结构上既具有环氧基团,又具有亲水性基团的改性树脂。然后用乳化剂十二烷基硫酸钠辅助乳化,用二乙醇胺成盐,再加水相反转制得酚醛环氧树脂乳液体系。通过研究,确定了合适的改性工艺:环氧基团开环率20%、反应温度105℃、反应时间40h、乳化剂十二烷基硫酸钠硫酸钠添加量0.2g/30g(酚醛环氧树脂)=0.67%、乳化温度60℃、成盐率100%,最终所得乳液的平均粒径为276nm。通过红外光谱对改性产物的结构进行了表征,证明改性树脂完全符合分子设计的预期结果。相反转前的乳化温度、溶剂量和外加催化剂几方面分析影响酚醛环氧树脂乳液稳定的因素,发现乳化温度及溶剂用量的过高,都会降低酚醛环氧乳液的稳定性,选择了乳化温度为60℃,溶剂二氧六环用量为50g(以酚醛环氧树脂30g为基准)。同时,催化剂三氟化硼乙醚的加入对乳液稳定性不具有正面影响。造成酚醛环氧乳液不稳定的因素可能是氢键缔合导致的假性增稠,但增稠后的酚醛环氧乳液可重新剪切分散满足应用需求。用程序升温法研究了水性酚醛环氧乳液/聚酰胺8536体系的固化行为。在不同升温速率下水性酚醛环氧乳液/聚酰胺8536体系的动态曲线有一个放热峰,求得反应活化能为100.43kJ/mol,反应为一级化学反应。确定体系的理论固化固化工艺参数:凝胶温度(T凝胶)100℃,固化温度(T固化)125℃,和后处理温度(T后处理)130℃。在研究的固化性能的基础上,初步探索了该水性酚醛环氧乳液在涂料方面的应用可行性。结果表明,用水性酚醛环氧乳液/聚酰胺固化剂8536固化体系得到的涂膜平整光滑,附着力3级,硬度达到6H,柔韧性达到2mm,具有优良的耐水性和耐化学性质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 酚醛环氧树脂简介
• 1.1.1 酚醛环氧树脂的结构及特性
• 1.1.2 酚醛环氧树脂重要的技术指标
• 1.1.2.1 黏度和软化点
• 1.1.2.2 环氧基的含量
• 1.1.2.3 氯含量
• 1.1.3 酚醛环氧树脂应用技术开发动向
• 1.2 水性环氧乳液概括
• 1.3 环氧树脂水性化方法
• 1.3.1 外加乳化剂法
• 1.3.1.1 乳化剂的分类
• 1.3.1.2 机械法
• 1.3.1.3 相反转法
• 1.3.2 化学改性法
• 1.3.2.1 醚化反应型
• 1.3.2.2 酯化反应型
• 1.3.2.3 接枝反应型
• 1.4 水性环氧树脂的主要应用
• 1.4.1 水性环氧树脂的特点
• 1.4.2 水性环氧树脂的应用
• 1.4.2.1 混凝土封闭底漆
• 1.4.2.2 工业地坪涂料
• 1.4.2.3 木器漆
• 1.4.2.4 防腐涂料
• 1.4.2.5 防水材料和防渗堵漏材料
• 1.4.2.6 水泥砂浆修补材料
• 1.4.2.7 胶粘剂
• 1.4.2.8 玻璃纤维浸润剂
• 1.4.2.9 铝箔用防腐底漆
• 1.4.2.10 核设施用涂料
• 1.5 本文的研究意义及内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要试剂及仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器及测试设备
• 2.2 合成制备方法
• 2.2.1 酚醛环氧树脂乳液的制备
• 2.2.2 非等温DSC 样品制备及测试
• 2.3 测试与表征方法
• 2.3.1 树脂性能表征
• 2.3.1.1 热分析测试
• 2.3.1.2 红外光谱（FRIT）
• 2.3.1.3 核磁光谱（NMR）
• 2.3.1.4 聚合物表观粘度的测定
• 2.3.1.5 环氧值
• 2.3.2 乳液性能表征
• 2.3.2.1 乳液粒径测定
• 2.3.2.2 离心稳定性
• 2.3.2.3 相反转点
• 2.3.2.4 静置稳定性
• 2.3.3 涂料常规性能表征
• 2.3.3.1 附着力的测定
• 2.3.3.2 漆膜铅笔硬度测定法
• 2.3.3.3 漆膜铅笔硬度测定法
• 2.3.3.4 涂膜吸水率的测定
• 2.3.3.5 耐水性的测定
• 2.3.3.6 耐盐水性的测定
• 2.3.3.7 耐酸、碱性的测定
• 第三章 阴离子化学改性法制备水性酚醛环氧乳液
• 3.1 前言
• 3.2 阴离子化学改性法对制备酚醛环氧树脂乳液的影响
• 3.2.1 改性剂对氨基苯甲酸的影响
• 3.2.2 溶剂的选择
• 3.2.3 乳化剂对乳液水分散性的影响
• 3.2.4 反应温度对乳液水分散性的影响
• 3.2.5 反应时间对乳液水分散性的影响
• 3.2.6 中和剂的影响
• 3.3 酚醛环氧乳液稳定性的考察
• 3.3.1 乳化温度对酚醛环氧树脂乳液的影响
• 3.3.2 溶剂量的影响
• 3.3.3 外加催化剂对乳液稳定性的影响
• 3.3.4 乳液稳定性的讨论
• 3.4 相转变过程的分析
• 3.4.1 成盐率与加水量对相反转过程电导率的影响
• 3.4.2 相反转机理探索
• 3.5 乳液性能表征
• 3.5.1 红外光谱表征
• 3.5.2 核磁共振表征
• 3.6 本章小结
• 第四章 水性酚醛环氧乳液/聚酰胺体系的固化行为
• 4.1 前言
• 4.2 非等温动力学研究理论
• 4.2.1 Kissinger 法
• 4.2.2 Crane 法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 环氧基团开环率对水性酚醛环氧乳液/聚酰胺体系固化的影响
• 4.3.2 水性酚醛环氧乳液/聚酰胺体系的固化动力学分析
• 4.3.2.1 非等温DSC 法考察不同升温速率的峰值温度
• 4.3.2.2 Kissinger 法
• 4.3.2.3 Crane 法
• 4.3.3 水性酚醛环氧乳液/聚酰胺体系固化工艺的确立
• 4.4 本章小结
• 第五章 水性酚醛环氧乳液/聚酰胺体系的应用工艺
• 5.1 前言
• 5.2 水性酚醛环氧树脂的固化成膜
• 5.2.1 环氧/胺体系分散体涂料的类型
• 5.2.2 溶剂型环氧涂料和水性环氧涂料的成膜过程比较
• 5.3 结果讨论
• 5.3.1 固化剂的选择
• 5.3.2 环氧基团开环率对酚醛环氧/聚酰胺体系的涂膜影响
• 5.3.3 固化程度对酚醛环氧/聚酰胺体系的涂膜影响
• 5.3.4 酚醛环氧乳液成盐率对酚醛环氧/聚酰胺体系的涂膜影响
• 5.3.5 热固化时间对酚醛环氧/聚酰胺体系的涂膜影响
• 5.3.6 热固化温度对酚醛环氧/聚酰胺体系的涂膜影响
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的成果
• 致谢
• 附件