水性环氧固化剂的合成及水性环氧涂料的制备

摘要

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.2固化剂概述

1.2.1环氧树脂固化剂的分类

1.2.2固化剂的选择标准

1.2.3多元胺类固化剂

1.2.4多元胺固化剂的固化反应

1.2.5多元胺的改性方法

1.2.6固化剂对固化物性能的影响

1.2.7环氧树脂固化用促进剂

1.3水性环氧体系概述

1.3.1水性环氧树脂体系的分类

1.3.2环氧树脂水性化技术

1.3.3水性环氧固化剂的研究进展

1.3.4水性环氧树脂体系固化成膜机理

1.3.5水性环氧涂料的配方设计

1.3.6适用期

1.3.7目前在环氧树脂水性化技术中存在的一些问题

1.3.8本论文工作的目的及其内容

第二章实验部分

2.1实验所需的反应物料

2.2测试与表征

2.2.1改性多元胺固化剂的红外光谱分析

2.2.2改性多元胺固化剂的DSC分析

2.2.3改性固化剂的黏度测定

2.2.4改性固化剂胺值测定

2.2.5涂漠硬度的测定

2.2.6涂漠附着力的测定

2.3改性多三乙烯四胺固化剂的合成

第三章结果与讨论

3.1影响改性固化剂的合成及其水溶性的因素

3.1.1环氧树脂与聚乙二醇摩尔比的影响

3.1.2缩合反应催化剂的影响

3.1.3固化剂中聚乙二醇分子量对乳液离心稳定性的影响

3.1.4胺氢与环氧基当量对改性固化剂结构的影响

3.1.5反应体系水含量对改性固化剂的影响

3.1.6反应温度和反应时间对改性固化剂的影响

3.1.7封端剂对改性固化剂的影响

3.1.8反应工艺的影响

3.2改性固化剂的表征

3.2.1红外光谱测定

3.2.2固化剂的贮存稳定性

3.2.3 DSC测试

3.3本章小结

第四章水性环氧涂料的配制及涂膜性能检测

4.1基材处理

4.2实例配方

4.3探讨影响水性环氧涂料性能的一些因素

4.3.1影响固化速度的因素

4.3.2影响涂膜硬度的因素

4.4水性环氧固化物的TG热分析

4.5本章小结

第五章改性固化剂在水性环氧地坪漆中的应用

5.1底漆的配制

5.2施工步骤

5.2.1地板的处理

5.2.2上底涂

5.2.3中涂

5.2.4批补

5.2.5面涂

5.3水性环氧涂料地坪漆主要技术参数

5.4本章小结

结论

本工作结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见