丙烯酸酯改性环氧树脂乳液的合成及性能研究

发布时间：2020-08-21 23:07

【摘要】：环氧树脂涂料具有粘结强度高、机械性能好和耐腐蚀性强的优点,在防腐涂料领域获得普遍的应用。但环氧树脂涂料存在柔韧性差的问题,并且当下环氧树脂涂料主要为溶剂型,不符合绿色环保发展趋势。为了解决传统环氧树脂涂料应用中的不足,本论文采用乳液聚合法,合成出丙烯酸酯改性环氧树脂乳液,对合成工艺进行优化,考察了乳液及涂膜性能。本文先以环氧树脂(E-44)、丙烯酸正丁酯(BA)、苯乙烯(St)为原料,采用化学改性法,以过硫酸铵(APS)为引发剂,以曲拉通(X-100)、3-烯丙氧基-2羟基-1-丙烷磺酸钠盐(COPS-1)、乙氧基化烷基醚硫酸铵(CO436)为复合乳化剂,将丙烯酸酯接枝在环氧树脂链段上,合成出了丙烯酸酯接枝改性环氧树脂乳液。采用傅里叶红外光谱(FTIR)对丙烯酸酯接枝改性环氧树脂的结构进行表征,证明丙烯酸酯发生共聚反应,并接枝到环氧树脂链段上。实验考察引发剂、乳化剂、单体配比、环氧树脂用量对乳液稳定性、涂膜性能的影响。实验结果表明,在反应温度75 ~oC,反应时间5 h,引发剂用量为0.8%,复合乳化剂配比m_((X-100)):m_((CO436)):m_((COPS-1))=1:1:1,乳化剂用量为4%,软硬单体丙烯酸丁酯(BA)苯乙烯(St)质量配比为1:1,环氧树脂用量为单体总量的25%的优化工艺条件下,合成的丙烯酸酯改性环氧树脂乳液具备了良好的稳定性,接枝率达37.3%,涂膜铅笔硬度为3 H,柔韧性为1 mm,拉伸强度为12.4 MPa,断裂伸长率为682%。本文还采用两步法,首先以丙烯酸(AA)和E-44为反应物,用St当溶剂,以三苯基膦(PPh_3)为催化剂,将AA和E-44反应得到丙烯酸酯化改性环氧树脂(EOA)的St溶液,再以EOA、St、BA为单体,以APS为引发剂、以X-100、COPS-1、CO436为复合乳化剂,采用乳液聚合的方法,合成出了丙烯酸酯酯化改性环氧树脂乳液。采用傅里叶红外光谱(FTIR)对丙烯酸酯酯化改性环氧树脂乳液合成过程中的结构变化进行表征,证明EOA中成功引入双键,丙烯酸酯酯化改性环氧树脂乳液发生聚合反应,考察了引发剂、乳化剂、单体配比、环氧树脂用量对乳液稳定性、涂膜性能的影响。实验结果表明,第一步反应温度为100 ~oC,反应时间为90 min,n_((E-44)):n_((AA))=1:1.3,合成的EOA溶液效果最佳,第二步中反应温度为75 ~oC,反应时间为4 h,软硬单体m_((BA)):m_((St))=6:4,E-44用量为25%的条件下,获得了低交联密度的丙烯酸酯化改性环氧树脂乳液,乳液性能良好,交联度高达94.5%,涂膜铅笔硬度为2 H,柔韧性为1 mm,拉伸强度为12.0 MPa,断裂伸长率为160%,具备良好的涂膜性能。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ630.1
【图文】：

结构图,双酚A型环氧树脂,结构图,环氧树脂

第 1 章绪论1.1 环氧树脂概述环氧树脂（EP）是分子中含有两个及以上环氧基团的有机高分子化合物，它们的分子含有羟基、醚键和活泼的环氧树脂极性基团,因此他们有高凝聚力，可以与固化剂反应并形成三维网络结构。环氧树脂的品种多，并且在不断被研发，其中，双酚 A 型环氧树脂的生产量最大，应用面最广，约占环氧树脂总产量的 85%[1]。双酚 A 型环氧树脂由双酚 A 和环氧氯丙烷反应制得，原料来源广泛，价格低廉，其结构如图 1.1 所示。双酚 A 型环氧树脂两末端为活性较高的环氧基，可用于固化或者改性，重复单元为双酚 A 型结构，给予了环氧树脂高强度和良好的耐热性；结构中的醚键和羟基提供了优异的附着力，能够粘接绝大部分材料。

机械法,水性环氧树脂

3.1 机械法机械法又称直接乳化法，将环氧树脂通过剧烈的搅拌，在强大的剪切力作用碎成微小的固体粉末，再向其加入乳化剂的水溶液，从而形成稳定的分散体系18]。图 1.2 为机械法制备环氧树脂乳液的过程，李俊毅[19]和徐保学等[20]分别采用、OP 型复合乳化剂和 OP-10、SDS 复合乳化剂，在低温下高速搅拌环氧树脂，备环氧树脂乳液，乳液具有较好的稳定性。机械法制备水性环氧树脂工艺简单，本低，但用该方法制备的乳液粒径较大，单分散较差，乳液稳定性也差，并且膜性能不好。

相反转技术,水性环氧树脂

图 1.3 相反转技术制备水性环氧树脂Fig. 1.3 Waterborne epoxy resin prepared by Phase inversion method 化学改性法无论是采用机械法还是相反转法制备环氧树脂乳液，都是用高速搅拌将环打散成无数小液滴，被乳化剂亲油端包覆，形成稳定的乳胶粒，使环氧树均匀的分散在水相中，用这两种方法制备得到的环氧树脂乳液容易破乳，足稳定性的需求。为了解决稳定性差的问题，采用化学改性法将本身不溶环氧树脂接上如羟基、羧基、聚醚等亲水基团，亲水改性后环氧树脂分子乳化剂的性质，不需再通过加乳化剂，也能分散于水中形成乳液，制备的脂乳液因为是自乳化，所以不存在破乳现象，稳定性得到了极大提高。对环氧树脂进行化学改性，根据环氧树脂树脂改性产物的所带电荷可分为和非离子型两类。离子型环氧树脂主要是利用环氧树脂活性基团和活性氢与改性剂官能团在环氧树脂链段上接枝羧基等亲水基团，再中和成盐，制备获得离子型水

【参考文献】