水性环氧树脂研究

1、水性环氧树脂研究-环氧树脂改性作者：杨记 2011-8-12环氧树脂固化物具有优异的物理化学性能，尤其以优良的耐水性、耐化学品性、极佳的粘附性能而广泛应用于涂料领域;现在人们在追求涂料高性能的同时，对于节约资源保护生态环境越来越重视，研究开发水性环氧涂料已经成为涂料工业发展的一大趋势，具有广阔的前景。本文利用环氧基团的高反应活性，在Lewis酸的催化作用下，与亲水性的聚乙二醇进行亲核加成反应，合成了具有两亲性同时又带有与油相成分完全相同组分的高分子乳化剂；相比双酚A环氧树脂，酚醛环氧树脂有很好的机械和化学性能，而且结构分子中有更多的环氧基团，一方面使树脂具备了水溶性或水分散性 , 另一方面又保

2、留了相当数量的环氧基 , 使改性树脂的亲水性和反应活性达到合理的平衡 , 从而克服了以往改性方法难以两者兼得的矛盾 , 具有优良的应用价值。图 1 表示二乙醇胺与 F-51 树脂加成后的改性树脂的基本结构。 。图1本文选用酚醛环氧树脂 F-51，对酚醛型环氧树脂 F-51 进行化学改性引入亲水性基团 , 同时保留尽可能多的环氧基 , 成盐后制得水性环氧树脂体系。研究了各反应物用量对体系水溶性和水稳定性的影响 , 确定了最佳的原料配比、反应温度和时间 , 并利用红外光谱对产物的结构进行了表证。结果表明 : 该改性 F-51 环氧树脂可与水以不同的配比形成水溶液或水乳液 , 且体系具有优良的稳定性

3、。 试验1. 原料酚醛环氧树脂 PFNE7300 湖南嘉盛德材料科技有限公司；二乙醇胺 上海迈瑞尔化学技术有限公司 ；乙醇、乙二醇单丁醚、冰乙酸、均为化学纯2.改性环氧树脂的合成     在装有温度计、冷凝管、滴液漏斗的四口瓶中加入一定量的 PFNE7300 树脂 , 用乙二醇单丁醚和乙醇作溶剂 , 氮气保护下升至一定温度 , 搅拌使环氧树脂完全溶解后缓慢滴加二乙醇胺 , 滴完后 , 继续恒温反应一段时间 , 反应完成后 , 抽真空除去溶剂即得改性环氧树脂。控制一定温度 , 向上述改性树脂中滴加冰乙酸 , 中和成盐 , 再加入一定量的水 , 即得改性环氧

4、树脂水性体系。2. 计算环氧基团的转换率取抽真空除去溶剂即得改性环氧树脂小样，后处理得到纯改性环氧树脂，做环氧树脂当量测定，等到转化后的环氧当量值We后与转化前环氧当量We前，转化率按下式计算：=We前-We后/We前根据转化率和试验数据得到100g F-51 环氧树脂和一定量二乙醇胺组成的反应体系中 , 随着二乙醇胺用量的增加 , 体系的水溶性和水稳定性均增强。当二乙醇胺的用量 > 16 g 时 , 能形成稳定、均一、透明的环氧树脂水溶液 ; 当其用量在 13 . 38 16 g 时 , 加水到一定程度会形成稳定的乳液 ; 当二乙醇胺用量 < 10 . 71 g 时形成乳液的稳定

5、性差 , 放置会有不溶物析出。这是因为对 F-51 树脂而言 , 其平均官能度为 3 . 3, 当二乙醇胺与树脂的质量比等于 16 100 时 , 二乙醇胺与树脂中环氧基的物质的量之比为 1 3, 即每个环氧树脂分子中恰好平均有一个环氧基发生开环加成反应而引入一个亲水基团 ; 当二者质量比大于 16 100 时 , 随着二乙醇胺用量的增加 , 每个环氧树脂分子中就会有一个以上的环氧基开环而引入亲水基团 , 改性树脂的水溶性增强从而使其以分子形式分散于水中形成水溶液 ; 开环率逐渐减小时 , 随着二乙醇胺用量的减少 , 树脂分子中的亲水基减少 , 含有亲水基的树脂分子和未改性的树脂分子以自乳化的

6、形式形成乳液 ; 随着开环率的进一步减少 , 乳胶粒中的 F-51 分子增多 , 当含有亲水基的树脂分子不足以乳化未改性树脂时 , 树脂从水中析出 , 会出现凝聚并沉降下来的现象。 3 结论     二乙醇胺可以与酚醛环氧树脂 F-51 进行开环加成反应 , 用乙酸中和成盐后可以制得具有水溶性或水分散性的改性 F-51 环氧树脂。     随着二乙醇胺和乙酸用量的增加 , 改性树脂亲水性增强而环氧值降低。通过改变两者的用量 , 可制得一系列具有不同环氧值的水溶液或水乳液。     反应物配比为 F -51

7、/ 二乙醇胺 / 乙酸 = 100/ 16/ 10 ( 质量比 ) 时 , 得到的改性树脂具有优良的水溶性、水稳定性和较高的环氧值。     改性树脂合成时 , 反应温度 80 , 反应时间 2 3h 较为适宜。3. 水性环氧树脂应用涂料应用将制备好的水性环氧树脂乳液和AB一HGF水性环氧固化剂按照一定的比例混合，滴加少量消泡剂，搅拌均匀，用涂布器将其涂布于预处理过的马口铁板_仁，室温固化。漆膜干燥时间测定3.1固化物中凝胶含量的测定将固化物研磨粉碎后称质量(ma)，以丙酮为萃取剂，在索氏萃取器萃取10 h，干燥后再称质量(m,)。按下式计算凝胶含量。固化物中凝胶含量(%)=m,/mox 10 0%3.2涂膜吸水率的测试将玻璃板称质量(m)，将试样涂于玻璃板上，按一定工艺固化后再称质量(m,)。然后浸泡在蒸馏水中，24 h后取出，用滤纸快速擦干表面水分，称质量(ma)。按下式计算涂膜吸水率(W):W= ( M: 一m,)/(m,一m)