水性环氧树脂乳液的研制.pdf

浙江建筑,第27卷,第12期,2010年12月
Zhejiang Construction, Vol 27, No 12, Dec 2010
水性环氧树脂乳液的研制
Research on Waterborne Epoxy Emulsion
周富荣',徐柳2,俞柳
ZHOU Fu-rong, XU Liu, YU Liu
(1.浙江经济房开发建设有限公司,浙江杭州3100002.渐江省建设职业技术学院,浙江杭州31001
3.浙江建设特种技术工程公司,浙江杭州310012)
摘要从分子设计入手,采用化学改性法,合成了一种在分子结构上.既具有环氧基团,又具有亲水性基团的改性树脂。然后
用酸成盐,再加水制得稳定性优良的环氧树脂水性体系。在此基础上选用水性环氧专用固化剂与之匹配,合成稳定的水性环氧体
系,使其具有合理的固化时间及较高的交联密度。
关键词;水性环氧乳液;有机物含量;固化物物理性能
中图分类号:TU5611.6
文献标识码:B
文章编号:1008-3707(2010)12-0055-02
常用的环氧树脂大多数为粘稠的液体或固体,
不溶于水,溶于芳烃类、嗣类等有机溶剂。有机溶剂
水性体系的制备
不但价格较贵,而且具有挥发性,对环境造成污染,1.1实验原料
随着对环境保护的要求日益严格,不含挥发性有机
本实验所用的主要原料及试剂见表1
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
表1实验用主要原材料
从20世纪70年代起开始开发水性环氧涂料,其性
原料名称
规格
生产厂家
能已可达到与溶剂型环氧涂料相当的水平。与溶剂
F-51环氧树脂
工业品
无锡树脂厂
型涂料相比,水性环氧涂料具有诸多优点,如低的
二乙醇胺
分析纯
上海三浦化工有限公司
冰醋酸
化学纯
天津化学试剂研究所
VOC含量、较小的气味、使用安全、可用水清洗等,
溴化钾
分析纯
西安化学试剂厂
在工业和商业上具有很大的吸引力,正在被不断推
无水乙醇
分析纯
安徽特酒总厂
广。本文从分子设计人手,采用化学改性法,选择多
官能团酚醛环氧树脂(F-51)与二乙醇胺进行定量1.2实验仪器
加成反应,合成了一种在分子结构上既具有环氧基
口烧瓶、电炉、傅立叶红外光谱、滴液漏斗、温
团,又具有亲水性基闭的改性树脂。然后用酸成盐,度计、WQF-310(北京市第二光学仪器厂生产)、搅
再加水制得稳定性优良的环氧树脂水性体系,在此拌器冷凝管、真空泵水浴。
基础上选用水性环氧专用固化剂(EH-3312)与之匹1.3改性F51环氧树脂的结构分析
配,合成稳定的水性环氧体系,使其具有合理的固化
将改性环氧树脂抽真空除去溶剂,再用水洗涤
时间及较高的交联密度。
除去未反应的二乙醇胺,然后经真空干燥后涂
KBr片上测其红外光谱
收稿日期:2010-08-02
作者简介:周富荣(1980-),男,浙江湖州人,工程师,从事建筑工程管理工作。
浙江建筑
2010年第27卷
1.4改性F51环氧树脂制备反应过程中琢氧基
W CH CHCH -N
+R-COO:-
转化率的测定
CH-CH-O
由于在本实验体系中存在碱性基团,用盐酸
H -CH OH
ヘCH-CHCH-N
R-COO
丙酮法测定环氧值误差较大,故用红外光谱法予以
CH-CH-OH
测定。根据环氧基在910cm'处的特征吸收峰的高
水性体系的制备步骤如下:
低(与体系中环氧基含量成正比),以1600cm'处
(1)取一定量上述改性树脂,在60℃预热10min,
苯环的吸收峰高(反应前后保持不变)作为标准,计
使粘度降低。
算环氧基的反应转化率,对反应过程和结果进行定
(2)在搅拌下缓慢滴加冰醋酸的水溶液中和成
量分析。环氧基转化率(a%)按下式计算
盐,滴完后,恒温搅拌30min。
(A/A1,)反应前-(A,/A,)版应
%
100%
(3)加水稀释至固含量为50%,即得改性环氧
(A./A,)反应前
水性体系。
式中:A,一环氧基吸光度;
1.7水性体系稳定性的测试
A,一苯基吸光度
将制得的环氧树脂水性体系于室温下放置,
A
15d后未发现粗化、沉淀现象,表明该水性体系具有
o一人射光强度;
良好的储存稳定性
I一透射光强度
1.5改性F-51环氧树脂的合成
2固化性能研究
用酚醛环氧树脂F-51和二乙醇胺在一定温度
将制备好的环氧树脂乳液与水性环氧专用固化
下混合,二乙醇胶的仲胺氢与F-51树脂的部分环氧剂EH-3312按1:1混合,以待测固化物的各项物
基发生加成反应引入亲水性经基,同时在树脂分子理力学性能。
中生成叔胺结构。下式表示加成反应的原理
固化物中不溶物含量的测定
CH-CH-OH
ヘヘCHCH-CH:+H-N
环氧树脂完全固化时,分子之间会充分交联生
CHCH、OH
成具有三维网状结构的不溶固化物。因此,用丙酮
CH-CH -OH
VCH:ーCHーCH,-N
萃取后,剩余不溶物的含量可以表示固化物交联程
CH-CH--OH
OH
度的大小。不溶物含量越大,表示有更多的分子参
改性环氧树脂的合成步骤如下
与到网状结构中,固化反应进行地越完全。在本文
(1)取一定量的F-51树脂于三口瓶中,在60℃
中,将固化物研磨粉碎后称重(W。),以丙酮为萃取
预热10min,加入乙醇和乙二醇单丁醚的混合溶剂,剂,干燥后再称重(昭1)。按下式计算不溶物含量。
恒温搅拌,使树脂完全溶解。
固化物中不溶物含量(%)=W、/W。×100%
(2)升温至80℃,用滴液漏斗缓慢滴加二乙醇
2固化时间的测定
胺的乙醇溶液,滴完后继续恒温反应,并每隔30min
采用指干法:将试样涂于规定的基材上,在紫外
测一次体系的红外光谱,待环氧基含量达到理论值光下曝光一定时间后,以手轻压涂膜,若压不出痕,
后停止加热。
则视为固化
(3)降温至60℃,抽真空除去溶剂即得改性F-2.3表干时间的测定
51环氧树脂。
将试样涂于规定的基材上,在紫外光下曝光
1.6改性F51环氧树脂水性体系的制备
定时间后,以手轻压涂膜,如涂膜不发粘,则视为表
由1.1.5制得的改性树脂中虽然具有了亲水性面固化(表十)
经基,但由于树脂分子间的缔和作用,仍不能在水中2.4物理力学性能测试
很好的分散。加入一定量的酸,使之与树脂中的碱
根据《树脂浇注体拉伸性能试验方法(CB/"T
性叔胺基团中和成盐后,便可以分散于水中形成改2508-1995)、《树脂浇注体压缩性能试验方法(B
性F-51环氧树脂水性体系。
T2569-1995)》,制作浇注体试模,测试其胶体抗压
成盐过程用下式表示:
强度和弯曲强度。固化物性能指标见表2。
(下转第