水性環(huán)氧樹脂的制備及其性能研究.pdf

1、環(huán)氧樹脂因特殊的分子結(jié)構(gòu)賦予其以有優(yōu)異的物理機(jī)械性能，因而被廣泛應(yīng)用于涂料，膠黏劑和復(fù)合材料等領(lǐng)域，但隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，溶劑型環(huán)氧樹脂體系帶來大量的有機(jī)揮發(fā)物，對(duì)自然環(huán)境和人體健康造成極大的危害，因此開發(fā)綠色環(huán)保型水性環(huán)氧樹脂體系成為行業(yè)迫切需求。由于環(huán)氧樹脂本身的硬度大，成膜后質(zhì)地較脆，柔韌性，耐沖擊強(qiáng)度較差，對(duì)底材的附著力較弱。而水性水性環(huán)氧樹脂制備過程中，在賦予環(huán)氧樹脂親水性的同時(shí)，引入柔性鏈段，對(duì)提高柔韌性，增大附著力，增

2、強(qiáng)耐沖擊強(qiáng)度有重要作用。水性環(huán)氧樹脂的性能指標(biāo)接近甚至超越溶劑型環(huán)氧涂料，顯示了極強(qiáng)的市場競爭力和發(fā)展勢頭，越來越受到人們的青睞。為了對(duì)水性環(huán)氧樹脂的性能作出進(jìn)一步的改進(jìn)，以提高其使用性能，本論文通過研究得出以下觀點(diǎn)：
　　本文首先以雙酚A型環(huán)氧樹脂E-44為接枝基體，丙烯酸，丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯接枝單體，含有雙鍵的有機(jī)硅單體為功能單體，丙二醇甲醚為反應(yīng)溶劑，采用溶液聚合法向環(huán)氧樹脂分子鏈上引入親水基，賦予環(huán)氧樹脂親水性，制

3、得自乳化型水性環(huán)氧樹脂。通過紅外光譜（FT-IR）和核磁共振（1H NMR）的表征確定得到預(yù)期接枝產(chǎn)物，以接枝產(chǎn)物的單體接枝率，環(huán)氧值，水乳液的穩(wěn)定性和粒徑及涂膜性能為考察對(duì)象，針對(duì)引發(fā)劑用量、聚合溫度、丙烯酸用量、丙烯酸酯單體用量、中和度和有機(jī)硅種類及用量的影響進(jìn)行了研究與探討，確定了最佳的工藝條件，當(dāng)引發(fā)劑用量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3.5wt％，聚合溫度為110℃，丙烯酸用量為16wt%，丙酸酯類單體用量與環(huán)氧樹脂質(zhì)量比為8:10，中

4、和度為90%時(shí)，所得接枝產(chǎn)物單體轉(zhuǎn)化率為85%，水分散性和水穩(wěn)定性均達(dá)到1級(jí)，儲(chǔ)存穩(wěn)定性達(dá)30天，乳液平均粒徑為185nm，耐沖擊強(qiáng)度為50kg·cm，柔韌性為1mm，最大熱失重溫度為407℃；將有機(jī)硅單體引入環(huán)氧樹脂中，重點(diǎn)研究有機(jī)硅種類和用量對(duì)改性環(huán)氧樹脂乳液穩(wěn)定性和其涂膜耐熱性和柔韌性的影響，分析結(jié)果表明，當(dāng)有機(jī)硅A-151用量為3wt%，乳液粒徑為150nm，膠粒粒徑分布均勻，涂膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為86.8℃，最大熱失重溫度為4

5、09℃，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，柔韌性最高為0.5mm，耐沖擊強(qiáng)度最大為55kg·cm，與無有機(jī)硅相比，透射電鏡顯示，乳膠粒粒徑較小，分布較均勻，其涂膜柔韌性和耐沖擊強(qiáng)度得到明顯提高。
　　其次以環(huán)氧樹脂 E-44與聚乙二醇合成環(huán)氧樹脂專用乳化劑，通過相反轉(zhuǎn)法制備非離子型水性環(huán)氧樹脂。以1H NMR和FT-IR測試表明得到預(yù)期的乳化劑。對(duì)黏度和電導(dǎo)率的研究表明，乳化劑用量和乳化溫度對(duì)相反轉(zhuǎn)過程有較大影響，當(dāng)乳化劑用量為20wt%，乳化溫度為

6、55℃時(shí)，發(fā)生完全相反轉(zhuǎn)，相反轉(zhuǎn)點(diǎn)為25%，乳液穩(wěn)定性最優(yōu)。對(duì)乳液各項(xiàng)穩(wěn)定性測試表明，當(dāng)選用PEG6000，環(huán)氧樹脂與PEG摩爾比為1:1時(shí)制備乳化劑，乳化劑用量為20wt%時(shí)，制得的乳液離心穩(wěn)定性為5級(jí)，稀釋穩(wěn)定性為0.02，凍融穩(wěn)定性為5次，儲(chǔ)存穩(wěn)定性達(dá)6個(gè)月；通過對(duì)涂膜耐腐蝕性能和機(jī)械性能分析表明，固化溫度提高使固化速率加快，涂膜耐鹽性，耐酸堿性明顯提高；在E-20與E-44質(zhì)量比為5:12，固化溫度為50℃，乳液與固化劑質(zhì)量比為