文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
F-51环氧树脂水性化改性的研究
姓名:唐敏锋
申请学位级别:硕士
专业:材料物理与化学
指导教师:舒武炳
20040301
西北业火学硕扫学位论文
摘要
水性坏氧树脂体系避免了挥发性有机物的大量使用,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
与二乙醇胺进行定量加成反应,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。然后用酸成,再加水制得稳定性优良的环氧
树脂水性体系。研究了反应温度、时间对改性反应的影响,确定了合适的改性
工艺。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。在实验中,通过改变二乙醇胺用量,控制改性环氧树脂分
子中环氧基和极性基团的相对含量,使改性树脂的反应性和亲水性达到合理的
平衡,解决了以往化学改性法不能二者兼得的问题。
对制得的水性环氧体系的固化性能进行了研究。由于本文合成的改性树脂
中保留了较多的环氧基,因此,很多可溶于水的环氧树脂常规固化剂如双氰胺、
‘二氨基一二苯基甲烷、咪吟等都可对该水性环氧体系进行一定程度的固化。
尤其是双氰胺与该水性环氧体系组成的固化体系,储存期大于个月,起始固
化温度由溶剂型体系中的℃下降到获得了中温反应性和优良的潜伏
性的完美结合。该固化体系经十十固化后,固化
物玻璃化温度为
在研究固化性能的基础上,初步探索了该水性环氧体系在涂料、玻璃布层
压板等方面的应用可行性。结果表明,用改性树脂双氰胺水性固化体系得到的
涂膜平整光滑,附着力,硬度可达,具有优良的耐水性和耐化学介质
性用该固化体系配成的胶液浸溃玻璃布制成的层压板剪切强度为
弯曲强度高达该体系具有良好的应用价值。
关键词水性环氧树脂体系化学改性固化涂料复合材料
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月舀
本课题的研究意义及背景
作为三大通用热固性树脂之一,环氧树脂以其优良的工艺性能,机械性能
和物理性能,广泛的应用于机械电子、航空航天、交通、建筑等领域。目前,
通用环氧树脂在应用时要用到大量的有机溶剂,这一方面增加了成本,另一方
面由于有机溶剂的会挥发造成了环境污染,也危害人类的健康,因此,溶剂型
环氧树脂的应用越来越受到环保方面的限制。为解决这一问题,许多研究者都
致力于研究开发不含挥发性有机物、低或不含有害空气污染物
的环氧树脂体系。其中,具有环境友好特性的水性环氧树脂体系便是这
一领域备受关注的研究方向之一。
国外从七十年代起开始开发水性环氧体系,已经研究和开发了许多水性环
氧新品种,有不少成熟的产品和技术在广泛的使用,而国内由于在这方面的研
究起步较晚,还未达到规模应用阶段。目前,各国对环境保护和可持续发展日
益重视,水性环氧树脂体系由于避免了有机溶剂的使用,具有环境友好的特性,
因此,研究和开发性能适用而且稳定的水性环氧体系具有重大的现实意义口
目前,对环氧树脂水性化改性的方法可分为两大类,即外加乳化剂法和化
学改性法。外加乳化剂法是在加入一定量乳化剂的作用下,借助于超声波振荡、
高速搅拌或均质机乳化等手段将环氧树脂以微粒状态分散于水中,形成稳定的
水乳液。这样得到的乳化体系一般难以达到理想的贮存稳定性。同时由于使用
了较多的乳化剂,这些乳化剂最终大部分会留在固化物中,从而使固化物的机
械性能、耐水性和耐溶剂性等比溶剂型的差。化学改性法主要是通过环氧基的
开环反应引入极性基团或通过自由基引发接枝反应将极性基团引入环氧树脂分
子链上,使环氧树脂获得水溶性或水分散性。但开环反应会使改性树脂失去部分
具有较大反应活性的环氧基,因而仅适合多官能团环氧树脂的改性,
否则,改性物难以形成交联结构,固化物的性能差。接枝反应一般是将环氧树
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脂溶于溶剂中,再投入丙烯酸类单体〔如甲基丙烯酸、丙烯酸等及引发剂,
靠自由基的转移使环氧树脂分子中的亚甲基或一成为活性点
而引发丙烯酸类单体聚合。这种方法虽然理论上不破坏环氧基,但接枝反应与
丙烯酸类单体的自聚是一对竞争反应,接枝率难以控制,而且,丙烯酸的梭基
在适当温度下也可以和环氧基反应,可见,接枝反应工艺复杂,产物结构难以
控制。因此,对环氧树脂水性化改性的这两类方法,都存在一定程度的不足之
处。
本文研究内容
本文从分子设计的角度出