水性環(huán)氧樹脂乳液的研制分析

常用的環(huán)氧樹脂大多數(shù)為粘稠的液體或固體,不溶于水, 溶于芳烴類、酮類等有機(jī)溶劑。有機(jī)溶劑不但價(jià)格較貴, 而且具有揮發(fā)性, 對(duì)環(huán)境造成污染,隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格, 不含揮發(fā)性有機(jī)化合物( VOC ) , 或低VOC, 或不含有害空氣污染物(HAP)的體系已成為新型材料的研究方向。與溶劑型涂料相比, 水性環(huán)氧涂料具有諸多優(yōu)點(diǎn), 如低的VOC含量、較小的氣味、使用安全、可用水清洗等。在工業(yè)和商業(yè)上具有很大的吸引力, 正在被不斷推廣。

1、水性體系的實(shí)驗(yàn)分析

1. 1實(shí)驗(yàn)原料

環(huán)氧樹脂，二乙醇胺，冰醋酸，溴化鉀，無水乙醇

1.2 改性F-51環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)分析

將改性環(huán)氧樹脂抽真空除去溶劑, 再用水洗滌,除去未反應(yīng)的二乙醇胺, 然后經(jīng)真空干燥后涂于KB r片上測其紅外光譜。

1. 3改性F-51環(huán)氧樹脂制備反應(yīng)過程中環(huán)氧基轉(zhuǎn)化率的測定

由于在本實(shí)驗(yàn)體系中存在堿性基團(tuán), 用鹽酸一丙酮法測定環(huán)氧值誤差較大, 故用紅外光譜法予以測定。根據(jù)環(huán)氧基在910 cm^{- 1}處的特征吸收峰的高低(與體系中環(huán)氧基含量成正比) , 以1 600 cm^{- 1}處苯環(huán)的吸收峰高(反應(yīng)前后保持不變)作為標(biāo)準(zhǔn), 計(jì)算環(huán)氧基的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率, 對(duì)反應(yīng)過程和結(jié)果進(jìn)行定量分析。環(huán)氧基轉(zhuǎn)化率( a% )按下式計(jì)算:

式中: Ae -環(huán)氧基吸光度;

Ap -苯基吸光度;

A = Log I₀ /I;

I₀ -入射光強(qiáng)度;

I - 透射光強(qiáng)度。

1. 5  改性F-51環(huán)氧樹脂的合成

用酚醛環(huán)氧樹脂F-51 和二乙醇胺在一定溫度下混合, 二乙醇胺的仲胺氫與F􀀁51樹脂的部分環(huán)氧基發(fā)生加成反應(yīng)引入親水性經(jīng)基, 同時(shí)在樹脂分子中生成叔胺結(jié)構(gòu)。下式表示加成反應(yīng)的原理:

改性環(huán)氧樹脂的合成步驟如下:

( 1)取一定量的F-51樹脂于三口瓶中, 在60℃預(yù)熱10m in, 加入乙醇和乙二醇單丁醚的混合溶劑,恒溫?cái)嚢?/span>, 使樹脂完全溶解。

( 2)升溫至80℃, 用滴液漏斗緩慢滴加二乙醇胺的乙醇溶液, 滴完后繼續(xù)恒溫反應(yīng), 并每隔30m in測一次體系的紅外光譜, 待環(huán)氧基含量達(dá)到理論值后停止加熱。

     ( 3)降溫至60℃, 抽真空除去溶劑即得改性F-51環(huán)氧樹脂。

1. 6 改性F-51環(huán)氧樹脂水性體系的制備

由1. 1. 5制得的改性樹脂中雖然具有了親水性經(jīng)基, 但由于樹脂分子間的締和作用, 仍不能在水中很好的分散。加入一定量的酸, 使之與樹脂中的堿性叔胺基團(tuán)中和成鹽后, 便可以分散于水中形成改性F-51環(huán)氧樹脂水性體系。

成鹽過程用下式表示:

  水性體系的制備步驟如下:

( 1)取一定量上述改性樹脂, 在60℃ 預(yù)熱10m in,使粘度降低。

( 2)在攪拌下緩慢滴加冰醋酸的水溶液中和成鹽, 滴完后, 恒溫?cái)嚢?/span>30m in。

( 3)加水稀釋至固含量為50%, 即得改性環(huán)氧水性體系。

1. 7水性體系穩(wěn)定性的測試

將制得的環(huán)氧樹脂水性體系于室溫下放置,15 d后未發(fā)現(xiàn)粗化、沉淀現(xiàn)象, 表明該水性體系具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

2、固化性能研究

將制備好的環(huán)氧樹脂乳液與水性環(huán)氧專用固化劑EH - 3312按1 ：1混合, 以待測固化物的各項(xiàng)物理力學(xué)性能。

2. 1 固化物中不溶物含量的測定

環(huán)氧樹脂完全固化時(shí), 分子之間會(huì)充分交聯(lián)生成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶固化物。因此, 用丙酮萃取后, 剩余不溶物的含量可以表示固化物交聯(lián)程度的大小。不溶物含量越大, 表示有更多的分子參與到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中, 固化反應(yīng)進(jìn)行地越完全。在本文中, 將固化物研磨粉碎后稱重(W₀ ), 以丙酮為萃取劑, 干燥后再稱重(W₁ )。按下式計(jì)算不溶物含量。

固化物中不溶物含量(% ) =W₁ /W₀ ×100%

2. 2固化時(shí)間的測定

采用指干法: 將試樣涂于規(guī)定的基材上, 在紫外光下曝光一定時(shí)間后, 以手輕壓涂膜, 若壓不出痕,則視為固化。

2. 3 表干時(shí)間的測定

將試樣涂于規(guī)定的基材上, 在紫外光下曝光一定時(shí)間后, 以手輕壓涂膜, 如涂膜不發(fā)粘, 則視為表面固化(表干)。

2. 4 物理力學(xué)性能測試

根據(jù)《樹脂澆注體拉伸性能試驗(yàn)方法( GB /T2568-1995)》《樹脂澆注體壓縮性能試驗(yàn)方法( GB/T 2569-1995)》， 制作澆注體試模, 測試其膠體抗壓強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。固化物性能指標(biāo)見表2。

表2固化物性能指標(biāo)

3、結(jié)論

( 1)制得的環(huán)氧樹脂水性體系具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性, 常溫下放置15 d未發(fā)現(xiàn)粗化、沉淀現(xiàn)象;

( 2)水性環(huán)氧樹脂乳液與專用固化劑混合后有合理的表干時(shí)間和固化時(shí)間, 固化物含量較高, 固化反應(yīng)進(jìn)行得較完整;

( 3)固化物具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能, 折壓比性能優(yōu)異。