水性環(huán)氧樹脂研究

1、水性環(huán)氧樹脂研究-環(huán)氧樹脂改性作者：楊記 2011-8-12環(huán)氧樹脂固化物具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，尤其以優(yōu)良的耐水性、耐化學(xué)品性、極佳的粘附性能而廣泛應(yīng)用于涂料領(lǐng)域;現(xiàn)在人們?cè)谧非笸苛细咝阅艿耐瑫r(shí)，對(duì)于節(jié)約資源保護(hù)生態(tài)環(huán)境越來越重視，研究開發(fā)水性環(huán)氧涂料已經(jīng)成為涂料工業(yè)發(fā)展的一大趨勢，具有廣闊的前景。本文利用環(huán)氧基團(tuán)的高反應(yīng)活性，在Lewis酸的催化作用下，與親水性的聚乙二醇進(jìn)行親核加成反應(yīng)，合成了具有兩親性同時(shí)又帶有與油相成分完全相同組分的高分子乳化劑；相比雙酚A環(huán)氧樹脂，酚醛環(huán)氧樹脂有很好的機(jī)械和化學(xué)性能，而且結(jié)構(gòu)分子中有更多的環(huán)氧基團(tuán)，一方面使樹脂具備了水溶性或水分散性 , 另一方面又保

2、留了相當(dāng)數(shù)量的環(huán)氧基 , 使改性樹脂的親水性和反應(yīng)活性達(dá)到合理的平衡 , 從而克服了以往改性方法難以兩者兼得的矛盾 , 具有優(yōu)良的應(yīng)用價(jià)值。圖 1 表示二乙醇胺與 F-51 樹脂加成后的改性樹脂的基本結(jié)構(gòu)。 。圖1本文選用酚醛環(huán)氧樹脂 F-51，對(duì)酚醛型環(huán)氧樹脂 F-51 進(jìn)行化學(xué)改性引入親水性基團(tuán) , 同時(shí)保留盡可能多的環(huán)氧基 , 成鹽后制得水性環(huán)氧樹脂體系。研究了各反應(yīng)物用量對(duì)體系水溶性和水穩(wěn)定性的影響 , 確定了最佳的原料配比、反應(yīng)溫度和時(shí)間 , 并利用紅外光譜對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表證。結(jié)果表明 : 該改性 F-51 環(huán)氧樹脂可與水以不同的配比形成水溶液或水乳液 , 且體系具有優(yōu)良的穩(wěn)定性

3、。 試驗(yàn)1. 原料酚醛環(huán)氧樹脂 PFNE7300 湖南嘉盛德材料科技有限公司；二乙醇胺 上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司 ；乙醇、乙二醇單丁醚、冰乙酸、均為化學(xué)純2.改性環(huán)氧樹脂的合成     在裝有溫度計(jì)、冷凝管、滴液漏斗的四口瓶中加入一定量的 PFNE7300 樹脂 , 用乙二醇單丁醚和乙醇作溶劑 , 氮?dú)獗Ｗo(hù)下升至一定溫度 , 攪拌使環(huán)氧樹脂完全溶解后緩慢滴加二乙醇胺 , 滴完后 , 繼續(xù)恒溫反應(yīng)一段時(shí)間 , 反應(yīng)完成后 , 抽真空除去溶劑即得改性環(huán)氧樹脂?？刂埔欢囟?, 向上述改性樹脂中滴加冰乙酸 , 中和成鹽 , 再加入一定量的水 , 即得改性環(huán)氧

4、樹脂水性體系。2. 計(jì)算環(huán)氧基團(tuán)的轉(zhuǎn)換率取抽真空除去溶劑即得改性環(huán)氧樹脂小樣，后處理得到純改性環(huán)氧樹脂，做環(huán)氧樹脂當(dāng)量測定，等到轉(zhuǎn)化后的環(huán)氧當(dāng)量值We后與轉(zhuǎn)化前環(huán)氧當(dāng)量We前，轉(zhuǎn)化率按下式計(jì)算：=We前-We后/We前根據(jù)轉(zhuǎn)化率和試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到100g F-51 環(huán)氧樹脂和一定量二乙醇胺組成的反應(yīng)體系中 , 隨著二乙醇胺用量的增加 , 體系的水溶性和水穩(wěn)定性均增強(qiáng)。當(dāng)二乙醇胺的用量 > 16 g 時(shí) , 能形成穩(wěn)定、均一、透明的環(huán)氧樹脂水溶液 ; 當(dāng)其用量在 13 . 38 16 g 時(shí) , 加水到一定程度會(huì)形成穩(wěn)定的乳液 ; 當(dāng)二乙醇胺用量 < 10 . 71 g 時(shí)形成乳液的穩(wěn)定

5、性差 , 放置會(huì)有不溶物析出。這是因?yàn)閷?duì) F-51 樹脂而言 , 其平均官能度為 3 . 3, 當(dāng)二乙醇胺與樹脂的質(zhì)量比等于 16 100 時(shí) , 二乙醇胺與樹脂中環(huán)氧基的物質(zhì)的量之比為 1 3, 即每個(gè)環(huán)氧樹脂分子中恰好平均有一個(gè)環(huán)氧基發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)而引入一個(gè)親水基團(tuán) ; 當(dāng)二者質(zhì)量比大于 16 100 時(shí) , 隨著二乙醇胺用量的增加 , 每個(gè)環(huán)氧樹脂分子中就會(huì)有一個(gè)以上的環(huán)氧基開環(huán)而引入親水基團(tuán) , 改性樹脂的水溶性增強(qiáng)從而使其以分子形式分散于水中形成水溶液 ; 開環(huán)率逐漸減小時(shí) , 隨著二乙醇胺用量的減少 , 樹脂分子中的親水基減少 , 含有親水基的樹脂分子和未改性的樹脂分子以自乳化的

6、形式形成乳液 ; 隨著開環(huán)率的進(jìn)一步減少 , 乳膠粒中的 F-51 分子增多 , 當(dāng)含有親水基的樹脂分子不足以乳化未改性樹脂時(shí) , 樹脂從水中析出 , 會(huì)出現(xiàn)凝聚并沉降下來的現(xiàn)象。 3 結(jié)論     二乙醇胺可以與酚醛環(huán)氧樹脂 F-51 進(jìn)行開環(huán)加成反應(yīng) , 用乙酸中和成鹽后可以制得具有水溶性或水分散性的改性 F-51 環(huán)氧樹脂。     隨著二乙醇胺和乙酸用量的增加 , 改性樹脂親水性增強(qiáng)而環(huán)氧值降低。通過改變兩者的用量 , 可制得一系列具有不同環(huán)氧值的水溶液或水乳液。     反應(yīng)物配比為 F -51

7、/ 二乙醇胺 / 乙酸 = 100/ 16/ 10 ( 質(zhì)量比 ) 時(shí) , 得到的改性樹脂具有優(yōu)良的水溶性、水穩(wěn)定性和較高的環(huán)氧值。     改性樹脂合成時(shí) , 反應(yīng)溫度 80 , 反應(yīng)時(shí)間 2 3h 較為適宜。3. 水性環(huán)氧樹脂應(yīng)用涂料應(yīng)用將制備好的水性環(huán)氧樹脂乳液和AB一HGF水性環(huán)氧固化劑按照一定的比例混合，滴加少量消泡劑，攪拌均勻，用涂布器將其涂布于預(yù)處理過的馬口鐵板_仁，室溫固化。漆膜干燥時(shí)間測定3.1固化物中凝膠含量的測定將固化物研磨粉碎后稱質(zhì)量(ma)，以丙酮為萃取劑，在索氏萃取器萃取10 h，干燥后再稱質(zhì)量(m,)。按下式計(jì)算凝膠含量。固化物中凝膠含量(%)=m,/mox 10 0%3.2涂膜吸水率的測試將玻璃板稱質(zhì)量(m)，將試樣涂于玻璃板上，按一定工藝固化后再稱質(zhì)量(m,)。然后浸泡在蒸餾水中，24 h后取出，用濾紙快速擦干表面水分，稱質(zhì)量(ma)。按下式計(jì)算涂膜吸水率(W):W= ( M: 一m,)/(m,一m)