大學生科技創(chuàng)新項目

大學生科技創(chuàng)新項目建筑用低溫快速環(huán)氧樹脂固化劑的合成

指導老師答辯人：項目的背景、研究目的及意義項目的實施方案項目的實驗進程項目的結果與討論項目的創(chuàng)新點項目的應用價值項目的背景、研究目的及意義環(huán)氧樹脂是一類重要的高分子化合物，具有優(yōu)良的力學、電學和耐熱性能，其固化劑品類繁多。常溫和加熱型固化劑能夠滿足大部分場合的使用要求，但在低溫快速固化領域，現(xiàn)在市場上多為脂肪胺和硫脲的合成產(chǎn)物或低分子硫醇化合物，它們在快速修補劑冬季作業(yè)場合有著很大的優(yōu)勢，但也存在一些缺點，用脂肪胺和硫脲合成的固化劑固化的環(huán)氧樹脂脆性大，力學性能差，粘結強度低耐溫性差。低分子硫醇化合物臭味大，耐溫性差，只適合于快速堵漏的臨時應急之用。隨著我國水利工程的大力建設，水庫大壩的缺陷修補，水下工程的防腐堵漏，橋梁的建設、舊房建筑結構改造加固等等，常年不分季節(jié)在進行施工，由于冬季氣溫低，特別是北方（降到-5℃以下），常規(guī)的建筑材料難以固化，研究低溫快速且毒性小的固化劑變得很有必要。項目的實施方案(1)主要儀器和試劑

苯酚、多聚甲醛、四乙烯五胺，二乙烯三胺，硫脲、E-44環(huán)氧樹脂、甘油、冰乙酸、高氯酸、冰醋酸、純苯、醋酸酐、鄰苯二甲酸氫鉀、結晶紫

、電加熱套、三口燒瓶(250mL)、冷凝管、水銀溫度計(0～200℃)、旋片式真空泵，冰箱、旋轉粘度計、酸式滴定管、錐形瓶等。(2)實驗方案

苯酚，多聚甲醛，多胺，硫脲為單體，合成環(huán)氧樹脂低溫固化劑，分析：反應溫度反應時間以及各材料用量對環(huán)氧樹脂固化劑的影響，在100℃下反應2.5h，以苯酚，多聚甲醛，二乙烯三胺，硫脲比約為1:1.25:1.35:1.1，與環(huán)氧樹脂按照一定比例混合均勻，在-5~-15℃固化。每隔一個小時觀察固化情況。實驗原理

藥品與儀器項目的實驗進程采用單因素法，先考察反應原料的投料比對固化劑固化性能的影響，所做工作如下:將苯酚、甲醛、四乙烯五胺（二乙烯三胺）、硫脲按不同比例混合反應得到不同的固化劑，冷卻至室溫，密封保存，放置一天觀察固化劑的顏色并用粘度計測量其粘度。將合成出的固化劑與環(huán)氧樹脂按不同比例混合，初步得出固化劑與環(huán)氧樹脂的最佳配比。環(huán)氧樹脂與固化劑按不同比例混合，每個比例粘接做8塊木板塊。其中4塊木板放于室溫下，4塊木板放于-10℃左右的低溫冰箱中。（1）

氨值測定

本試驗采用高氯酸非水滴定法的測定胺值。精確稱取適量的樣品(聚酰胺樹脂)，置于250mL錐形瓶中，加入約25mL冰乙酸一純苯溶劑，搖動至完全溶解后，(如樣品不容易溶解時，可稍微加熱然后讓它冷卻到室溫)，加入甲基紫指示劑3～4滴，用[c(HClO4)=0.1mol/L]高氯酸標準溶液滴定至溶液由紫色轉變成純藍色，即為終點。

性能測試如下（2）凝膠化時間的測定

采用粘木板的方法：首先將環(huán)氧樹脂及固化劑按照比例混合均勻，攪勻后迅速轉入冰箱，在-10℃下固化，1h后取出觀察是否初凝，初凝狀態(tài)為混合液呈凝膠狀失去流動性時，記錄初凝時間。（3）粘度的測定

采用旋轉粘度計法首先將待測容易冷卻至室溫，再根據(jù)液體的粘度大小選擇相應的轉子及轉速，然后開動轉子，待讀數(shù)恒定，所得數(shù)據(jù)既為該液體的粘度。每種樣品測定三次，然后取平均值項目的結果與討論原料配比對固化劑的影響：

表一：序號材料配比粘度初凝時間完全固化時間氨值11:1.25:1.35:1.129345418.5426.821:1.25:1.50:1.126264513.5654.131:1.25:1.25:1.130816014.5415.941:1.20:1.50:1.126385013684.251:1.30:1.50:1.167565312723.761:1.25:1.50:1.030564812.5649.371:1.25:1.50:1.235403711433.881:1.25:1.50:1.236503812.5406.391:1.25:1.50:1.234823310.5457.6101:1.25:1.50:1.233964210.5482.7111:1.25:1.50:1.235954411439.1備注：材料配比順序為苯酚：甲醛：四乙烯五胺：硫脲由表一可知，甲醛加入量增大，初凝時間縮短，完全固化時間縮短；脂肪酸加入量增大，初凝時間縮短，完全固化時間也相應縮短；甲醛和脂肪酸加入量超過一定范圍時，在合成過程中會出現(xiàn)粘度急劇增大、甚至凝膠現(xiàn)象。硫脲的加入顯著提高了固化劑的固化速度，當苯酚：甲醛：二乙烯三胺：硫脲的物質的量的比為1:1.25:1.50:1.20時，合成的固化物粘度適中，環(huán)氧樹脂固化劑的固化時間短。表二固化劑與環(huán)氧樹脂不同比例的固化時間序列原料配比反應時間固化劑與環(huán)氧樹脂比例固化時間11:1.25:1.35:1.12.52:3273:14261:52321:1.25:1.50:1.12.52：3243:14201：51831:1.25:1.25:1.12.52:3353:14301:52841:1.20:1.50:1.12.52:3273:14241:520表二固化劑與環(huán)氧樹脂不同比例的固化時間序列原料配比反應時間固化劑與環(huán)氧樹脂比例固化時間51:1.30:1.50:1.12.52:3173:14141:51261:1.25:1.50:1.02.52：3243:14201：51871:1.25:1.25:1.12.52:3183:14141:512

環(huán)氧樹脂固化劑胺值的測定

表三

反應溫度原料配比樣品量（g）V(高氯酸標準液)/mlAN(mgKOH/g)1051:1.25:1.50:1.200.2720.37440.171101:1.25:1.50:1.200.4630.50386.851201:1.25:1.50:1.200.2218.15481.341301:1.25:1.50:1.200.2316.73.424.39項目的結果與討論本實驗在以前的研究基礎上，對環(huán)氧樹脂的制備條件進行了優(yōu)化，重點考察了原料配比，反應時間以及固化劑與環(huán)氧樹脂配比對實驗的影響。主要結論如下：當原料配比為苯酚：甲醛：四乙烯五胺：硫脲=1:1.25:1.35:1.2時，反應時間為2.5h，反應溫度為120℃，胺值為386.85（mgKOH/g）,粘度為3605mpa·s，固化劑：環(huán)氧樹脂=1:5合成出的固化劑性能最佳，固化時間為12h。項目的主要創(chuàng)新點在反應物中引入苯酚和甲醛，與硫脲和多胺進行合成，以期合成出的固化劑分子中含有較多的酚羥基、-SH基，-NH基，提高固化劑的低溫反應活性，同時合成出的固化劑分子中含有酚醛骨架和脂環(huán)鏈，提高固化物的耐熱性和韌性，增加固化劑的機械強度。低溫固化劑具有低毒性，低固化溫度(-5~-15℃)，快速（24h完全固化），有利于北方冬季施工。國內(nèi)到目前為止沒有很好的低溫固化劑合成，主要靠進口，技術的創(chuàng)新以期能夠解決國內(nèi)的需求。項目的應用價值

應用于我國水利工程的大力建設，水庫大壩的缺陷修補，水下工程的防腐堵漏，橋梁的建設、舊房建筑結構改造加固等等，常年可以不分季節(jié)進行施工，就算在北方（降到-5℃以下）也可以解