基于间苯二甲胺水下环氧树脂固化剂的制备与性能研究

摘要

环氧树脂固化剂的发展已经有80多年的历史，其种类多、数量大、形式多样，在很多领域有着广泛的应用。在环氧树脂固化剂中，以胺类固化剂的使用量最大，其固化活性高、工艺性能优良，低温固化性能优异但也存在水下固化性能差、固化物的脆性大等缺点。随着大坝、水库等水下工程的兴起，大部分胺类固化剂已不能满足水下施工的要求，只有少部分胺类固化剂可用于水下施工，但强度与不带水施工相差较大。因此，如何研究出可在水下良好固化环氧树脂并获得较高的粘接强度的固化剂品种，具有非常重要的现实意义。
　　鉴于曼尼希改性的胺类固化剂具有活性高，水下固化性能优异等特点，本文采用曼尼希反应合成固化剂，并在此基础上改变单体的种类、配比、反应合成工艺制备出一种高韧性疏水型环氧水下固化剂。改性MXDA合成反应采用的单体分别为间苯二甲胺、壬基酚、甲醛，其中间苯二甲胺具有粘度低，高活性的特点可以改善固化剂的工艺性能，壬基酚分子结构中有苯环、C9脂肪链这类高疏水性基团，有助于改善固化剂的疏水性及固化物冲击韧性。
　　本文分别研究了不同单体用量、固化剂用量、反应时间、反应温度对固化剂粘接性能的影响，并探讨了不同单体用量对环氧树脂固化物力学、热学的影响。研究结果表明：单体原料中，壬基酚能改善固化剂的粘接性能，并且固化物的冲击韧性显著提高。当间苯二甲胺、壬基酚、甲醛的摩尔比为1.6：1.4：0.8，固化剂用量为60phr时，固化剂及其环氧树脂固化物的综合性能最佳。固化剂的水下粘接强度（钢/钢拉剪强度）可达10.2MPa，较未改性时提高了673％；室温下的粘接强度（钢/钢拉剪强度）为18.2MPa，较未改性时提高了62.5%。其环氧树脂固化物冲击强度为31.1kJ/m2，较未改性提高了453%。
　　同时，本文提出了一种新的水下环氧固化剂疏水性的表征方法，具体通过测试固化物的吸/溶水率研究间苯二甲胺、壬基酚、甲醛三者用量对固化剂疏水性的影响。研究结果表明：壬基酚与甲醛均有利于降低固化物的吸/溶水率，提高固化剂的疏水性；间苯二甲胺则会提高固化物的吸/溶水率。当间苯二甲胺、壬基酚、甲醛摩尔比为1.6：1.4：0.8时，合成的固化剂疏水性较好，其固化物的吸水率为0.25%，溶水率为0.06%。
　　本文研究了间苯二甲胺、壬基酚、甲醛之间的配比对固化剂胺值、粘度的影响，并通过傅立叶红外光谱研究了固化剂的分子结构。研究结果表明：间苯二甲胺用量对固化剂的粘度与胺值影响最大，甲醛对固化剂粘度与胺值影响次之，壬基酚对固化剂粘度与胺值的影响最小；改性MXDA固化剂红外光谱中，没有羰基的吸收峰，并且在苯环的特征峰区，有邻位与对位的取代反应吸收峰，说明合成得到了预期的产物。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1环氧树脂概述

1.2环氧树脂固化剂

1.3 改性胺类固化剂

1.4本文的研究目的和主要研究内容

第2章 改性MXDA的配方设计与合成原理

2.1 引言

2.2实验部分

2.3改性MXDA的制备

2.4性能与表征

2.5 结果与讨论

2.6本章小结

第3章改性MXDA/环氧树脂体系的室温/水下粘接性能研究

3.1概述

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4 改性MXDA用量对其水下粘接性能的影响

3.5改性MXDA用量对其室温粘接性能的影响

3.6本章小结

第4章 改性MXDA/环氧树脂体系的其他性能研究

4.1概述

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录：研究生期间发表论文与专利