非离子型环氧乳液及固化剂的合成与性能研究

发布时间：2018-12-18 14:13

【摘要】：节能环保涂料是当下世界各国的研究热点。环氧树脂涂料具有粘接强度高、机械性能与尺寸稳定性能好、耐腐蚀性强等优点,在防腐领域具有重要应用。然而环氧树脂涂膜存在脆性大,断裂伸长率低,柔韧性差等问题,而且市售的环氧树脂涂料大多使用挥发性强的有机溶剂作为分散介质,对人体健康非常不利,排入大气会对环境造成污染。环氧乳液以水作为分散介质,安全无污染,符合环保的要求。本论文首先对环氧树脂进行增韧改性,合成了非离子型环氧乳液,然后自制了一种端氨基非离子型水性环氧固化剂(ATNCA),考察了乳液和涂膜的性能,并对环氧乳液的固化工艺进行了研究。本文以聚乙二醇单甲醚(MPEG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和双酚A型环氧树脂E44为原料,采用化学改性法,首先将异佛尔酮二异氰酸酯和聚乙二醇单甲醚反应得到半封闭的预聚体,再和双酚A型环氧树脂的侧羟基进行接枝反应,将亲水链段引入到环氧树脂分子链中,合成了一种无溶剂、低成本的非离子型环氧树脂,最后在水中乳化得到环氧乳液。采用傅立叶红外光谱(FTIR)对非离子型环氧树脂合成过程中的结构变化进行表征,证实了接枝反应的发生。通过乳化过程中电导率的变化对环氧树脂相反转乳化进行分析,并着重研究了不同的乳化条件对乳液性能的影响,找到了最佳的乳化工艺。实验进一步考察了MPEG分子量、环氧树脂的用量和反应条件对乳液粒径及其稳定性的影响。结果表明:在环氧树脂分子结构中引入非离子亲水链段能制备出稳定的环氧乳液。随着MPEG分子量的增加,乳液粒径变小、粒径分布变窄。当MPEG分子量为500时就可以得到稳定的水性环氧树脂乳液,其室温储存稳定性可达半年以上。随着环氧树脂用量的增大,乳液粒径变大、粒径分布无明显变化,同时乳液的稳定性下降。采用化学改性法,以异佛尔酮二异氰酸酯、聚乙二醇单甲醚、多元胺为原料合成了端氨基非离子型水性环氧固化剂(ATNCA),采用FTIR和凝胶渗透色谱(GPC)对其结构进行表征证实了ATNCA的合成。实验进一步研究了MPEG的分子量和不同的多元胺对ATNCA性能的影响,制备出了能够在环氧乳液中分散均匀的水性环氧固化剂。本文采用聚醚胺D230和ATNCA作为水性环氧固化剂与环氧乳液混合固化,分别得到D230 E44和ATNCA E44涂膜。实验研究了ATNCA 环氧乳液体系的固化工艺,采用差示扫描量热法(DSC)对固化动力学进行分析,并考察了MPEG分子量对D230 E44涂膜性能的影响以及不同的多元胺和固化剂用量对ATNCA E44涂膜性能的影响。结果表明:随着固化温度的升高,涂膜的力学性能增强,并且可以缩短固化所需时间。此外,采用化学改性法制备的非离子型环氧树脂涂膜的韧性明显提高。随着MPEG分子量的增加,D230 E44涂膜的硬度、拉伸强度和热稳定性降低,断裂伸长率和吸水率增加。固化剂用量增多,ATNCA E44涂膜的力学性能先增强后下降;随着多元胺氮原子数的增加,ATNCA E44涂膜的硬度、拉伸强度和热稳定性提高,断裂伸长率和吸水率下降。实验证明采用ATNCA作为水性环氧固化剂能够得到性能更好的涂膜。
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【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ630.1

【参考文献】