含有桐油酸基团新型环氧树脂固化剂的合成及其性能研究

摘要

环氧树脂是一种应用广泛的高分子材料，在固化时需要与固化剂配合使用，所以，开发新型环氧树脂固化剂是其应用研究的热点课题。本文研究了桐酸甲酯(ME)、桐酸甲酯-马来酸酐加合物(MEMAA)、桐油基三元羧酸(TOBTA)、桐酸甲酯-马来酰二胺(MEMAD)和桐酸甲酯-马来酰二乙二胺(MEMAE)五种桐油衍生物合成的工艺条件。以乙二胺为对照，研究了MEMAA、TOBTA、MEMAE、MEMAD对环氧树脂的固化性能。研究结果如下:
　　1、以桐油为原料，在阴离子树脂的催化下合成ME最适宜的工艺条件是:醇油比为10∶1、催化剂用量为8％、反应温度为60℃、反应时间为3h，产率为95.3％。
　　2、以ME为原料，利用杂多酸催化合成MEMAA最适宜的工艺条件是:ME/MA(mol)为1∶1.8、催化剂用量为10％、回流反应时间为14h，产率为71.3％，总产率67.9％（以桐油计）。
　　3、以MEMAA为原料，水解酸化合成了TOBTA最适宜的工艺条件是:KOH的浓度为30％、反应温度为75℃、反应时间为2.5 h，产率95.6％，总产率为65.0％（以桐油计），酸值是416.3 mg KOH/g(理论酸值为427.2 mg KOH/g)。
　　4、以MEMAA为原料，采用乙二胺(EDA)酰胺化法合成了MEMAE最适宜的工艺条件是:在氮气保护，物料比为n(MEMAA)∶n(EDA)=1∶6、回流反应时间为10h，产率为87.2％，总产率为59.2％（以桐油计），胺值446.3 mg KOH/g(理论胺值455.2 mg KOH/g)。
　　5、以MEMAA为原料，采用氨气酰胺化的方法合成了MEMAD最适宜的工艺条件是:持续通入氨气、回流反应时间为12h，产率为85.6％，总产率为58.2％（以桐油计），胺值475.5 mg KOH/g(理论胺值552.3 mg KOH/g)。
　　6、通过对桐油衍生物(MEMAA、TOBTA、MEMAE、MEMAD)与EDA固化涂膜性能比较。研究发现四种桐油酸基衍生固化的涂膜的硬度、附着力，抗冲击强度、拉伸强度、耐水性、耐碱性及柔韧性都有所提高，其中TOBTA的耐水性、耐酸性最好，MEMAA的耐碱性最好，MEMAE的柔韧性最好，但四种新型桐油酸基衍生物固化剂得到涂膜的耐溶剂性较差。
　　研究结果表明桐油衍生物可以提高环氧树脂涂膜的基本性能，为拓展桐油的应用范围提供了理论指导。

目录

声明

论文说明

摘要

缩略语

1 绪论

1．1 环氧树脂固化剂的研究现状

1．1．1 胺类固化剂

1．1．2 多元羧酸类固化剂

1．1．3 酸酐类固化剂

1．1．4 咪唑类固化剂

1．1．5 其他类型固化剂

1．1．6 环氧树脂固化剂发展的几大趋势

1．1．7 环氧树脂固化性能的影响因素

1．2 桐油及其衍生物在合成树脂中的应用

1．2．1 桐油改性酚醛树脂

1．2．2 桐油改性醇酸树脂

1．2．3 桐油改性环氧树脂

1．2．4 桐油共聚树脂

1．2．5 桐油改性聚氢酯树脂

1．2．6 桐油改性不饱和聚酯树脂

1．2．7 桐油改性环氧树脂固化剂

1．3 研究目的意义及研究内容

1．3．1 研究目的意义

1．3．2 研究内容

2 阴离子交换树脂催化合成桐酸甲酯

2．1 实验部分

2．1．1 主要实验材料和仪器

2．1．2 阴离子树脂预处理

2．1．3 桐酸甲酯(ME)的合成

2．1．4 红外光谱的检测

2．2 结果与讨论

2．2．1 ME的红外谱图分析

2．2．2 催化剂种类对ME产率的影响

2．2．3 催化剂用量对ME产率的影响

2．2．4 醇油摩尔比对ME产率的影响

2．2．5 反应温度对ME产率的影响

2．2．6 反应时间对ME产率的影响

2．3 小结

3 杂多酸催化合成桐酸甲酯-马来酸酐加合物

3．1 实验方法

3．1．1 主要实验材料及仪器

3．1．2 桐酸甲酯-马来酸酐加合物(MEMAA)的合成

3．2 结果与讨论

3．2．1 MEMAA的红外谱图分析

3．2．2 催化剂种类对MEMAA产率的影响

3．2．3 催化剂的用量对MEMAA产率的影响

3．2．4 物料比对MEMAA产率的影响

3．2．5 反应时间对MEMAA产率的影响

3．3 小结

4 桐油基三元羧酸的制备

4．1 实验部分

4．1．1 主要实验材料和仪器

4．1．2 桐油基三元羧酸(TOBTA)的合成

4．1．3 TOBTA酸值的测定

4．2 结果与讨论

4．2．1 TOBTA的红外谱图

4．2．2 KOH溶液的浓度对TOBTA产率的影响

4．2．3 水解时间对TOBTA产率的影响

4．2．4 水解温度对TOBTA产率的影响

4．3 小结

5 桐酸甲酯-马来酰二乙二胺的制备

5．1 实验部分

5．1．1 主要实验材料及仪器

5．1．2 桐酸甲酯-马来酰二乙二胺(MEMAE)的合成

5．1．3 胺值的测定

5．2 结果与讨论

5．2．1 MEMAE的红外谱图的分析

5．2．2 物料比对MEMAE产率的影响

5．2．3 反应时间对MEMAE产率的影响

5．3 小结

6 桐酸甲酯-马来酰二胺的制备

6．1 实验部分

6．1．1 主要实验材料及仪器

6．1．2 桐酸甲酯-马来酰二胺的合成

6．2 结果与讨论

6．2．1 MEMAD的红外谱图分析

6．2．2 反应时间对MEMAD胺值的影响

6．3 小结

7 桐油基衍生物新型环氧树脂固化剂的性能研究

7．1 实验部分

7．1．1 涂膜的制备

7．1．2 固化剂的用量

7．1．3 涂膜性能测试

7．2 结果与讨论

7．2．1 涂膜基本性能的分析

7．2．2 涂膜耐水性的分析

7．2．3 涂膜耐酸性的分析

7．2．4 涂膜耐碱性的分析

7．2．5 涂膜耐溶剂性的分析

7．2．6 涂膜柔韧性的分析

7．3 结论

8 结论与展望

8．1 结论

8．2 创新点

8．3 展望

参考文献

附录 攻读学位期间的主要学术成果

致谢