自乳化水性环氧树脂的制备与性能研究

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1、摘要环氧树脂具有优异的附着性、热稳定性、耐化学品性、绝缘性及机械强度等，广泛用于涂料、粘合剂及复合材料等各个领域。但是，常用的环氧树脂为非水溶性，只溶于芳烃类、酮类及醇类等有机溶剂，而有机溶剂不但价格较贵，而且具有挥发性，对环境造成污染，这一缺点限制了环氧树脂在涂料、胶粘剂行业中的大规模使用。随着对环境保护的要求只益严格，不含挥发性有机化合物(VOC)，或低VOC，或不含有害空气污染物(HAP)的体系已成为新型材料的研究方向。国外从20世纪70年代起开始开发水性环氧涂料，其性能已达到相当高的水平。与溶剂型涂料相比，水性环氧涂料既具有溶剂型环氧涂料良

2、好的耐化学品性、高附着力及优良的机械物理性能和电绝缘性，又具有其它诸多优点，如不造成空气污染、气味小、难燃、使用安全和易于用水清洗等，具有很大的社会效应和经济效应，正在不断被推广。然而，在国内，我们的研究主要以液体低分子量的环氧树脂为原料，外加乳化剂进行乳化制得而成，所得的乳液稳定性很差，涂膜的耐水性和耐溶剂性差。因此，开发具有稳定性高、分散相粒子细且粒径分布均匀的自乳化水性环氧树脂成为该领域的研究热点。总的来说，环氧树脂的水性化技术可分为乳化法和成盐法两种。环氧树脂的成盐技术又可分为醚化型、酯化型和接枝反应型三种类型。其中前两种方法均通过打开环氧

3、环引入极性基团，后一种接枝反应型是通过自由基引发丙烯酸酯类接枝共聚将亲水基团引入环氧树脂，从而在结构上改善环氧大分子的亲水性。本文用自由基接枝共聚的方法，先将环氧树脂在一定温度下溶解于环己酮中，再与丙烯酸酯类单体进行接枝共聚。实验过程采用“饥饿”加料法，即缓慢滴加单体和引发剂。运用正交实验设计原理，通过对制各工艺的探索，确定了合理的工艺条件。系统地研究了环氧树脂的分子量、丙烯酸酯类单体的比例、引发剂的用量、引发剂种类和接枝反应温度等对乳液的粘度、粒径、水分散性和稳定性、以及对其涂膜的拉伸强度、剪切强度和耐水性、耐溶剂性的影响。所得的水性环氧树脂乳液

4、储存稳定，性能良好。乳液的稳定性随丙烯酸单体用量和环氧树脂分子量的增加而提高；其中，丙烯酸单体用量是影响稳定性的最主要因素，一般地，随着丙烯酸用量的增加，产品的水分散性增加，这是因为随着丙烯酸用量的增加，分子侧链上羧基的数目增加，导致产品的亲水性增加。通过傅立叶红外光谱对该乳液的结构进行了表征，正是这种在水中成胶束状结构的环氧树脂乳液使得它具有环氧树脂的高模量、高强度、耐化学品性、优良的防腐性，又兼有丙烯酸树脂的光泽、丰满度、耐候性好。本文同时还讨论了固化剂对产品性能的影响。关键词环氧树脂；水基改性：接枝共聚；乳液AbstractEpoxyresi

5、nhasmanyexcellentvirtuessuchasgoodadhesion，heatstability，chemical．resistance，highinsulation，mechanicalstrengthandsoon．Itisusedwidelyintothefieldofcoating，adhesiveandcompoundmaterials．But，mainlyepoxyresinisnotwater—solubleandonlydissolvedbytheorganicsolventofaromaticresin，keton

6、e，alcoholandsoon．Theorganicsolventhasnotonlyhighprice，butalsothevolatileorganiccompounds(voc)topollutetheenvironment．Thesefaultsstrictlyrestricttheuseofthefieldofcoating，adhesiveandcompoundmaterials．ThesystemofnoVOCorHAPistheresearchdirectionofnewmaterialbecauseoftheprotection

7、ofenvironment．Theproductionandchemistryofwaterborneepoxyresinhavebeenstudiedinoverseasfrom1970，andthewaterborneEPcoatingswithgoodpropertieshavebeenobtained，thewaterborneEPwhichcouldbematchedwiththesolventtypeEPhasnotonlythegoodpropertiesofchemical—resistance，highadhesion，goodm

8、echanicalperformanceandelectric—insulation，butalsothoseofnopo