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AMPS改性环氧树脂的合成及乳化性质

作　者: 郑文姬
导　师: 马承银
学　校: 中南大学
专　业: 应用化学
关键词: 环氧树脂 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸接枝反应扩链反应无皂乳液
分类号: TQ323.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

化学改性法制得的环氧树脂乳液不含小分子表面活性剂,具备自乳化结构,且分散相粒子的尺寸很小,可以达到纳米级,因此备受关注。文献报导的制备阴离子水性环氧树脂的改性剂主要是丙烯酸类单体。羧基被引入到环氧树脂分子链中,再中和成盐使树脂获得水分散性。这种途径得到的环氧树脂乳液在弱碱性条件才能稳定,当pH值改变时乳液体系容易结块与凝胶,不利于储存与使用。本研究以丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为水性单体,对环氧树脂进行改性。此共聚物不需中和,就能获得良好的水分散性。设计出了AMPS改性环氧树脂的反应路线,通过正交实验和对比实验,对反应物配比、聚合温度和引发剂用量等反应条件进行了优化,并探讨了影响反应稳定性的因素。由于AMPS的高聚合活性,须采用一些较为特殊的单体滴加方法,以保证共聚反应的稳定进行。结果发现,原料配比环氧树脂:AMPS(摩尔比)为1:2,反应温度为110℃,引发剂用量为1.5%时得到的高聚物收率可达69.1%。测试了反应过程中特性粘数[η]、体系酸值及高聚物的收率随反应时间的变化规律。利用红外光谱表征了共聚物的结构,并对所得乳液的各项稳定性进行了测试,对聚合反应的表观性质进行了描述。从反应体系的酸值随反应时间下降推测,除了在BPO引发剂作用下AMPS与环氧树脂主链上的接枝反应之外,还有AMPS的磺酸基团与环氧树脂的环氧基的扩链反应发生。于是本论文中进行了三个平行实验,探讨反应的机理。结果发现,整个实验中接枝反应和环氧基的开环反应同时进行,二者在反应的前期和后期分别居于主导地位。从测定高聚物的DSC和TG曲线,有两个玻璃化温度,证实了对反应机理的推断。以反应体系中环氧树脂的浓度变化为对象,用微商法求出了AMPS与环氧树脂反应的总反应和接枝反应的活化能和速率常数,发现环氧树脂分子链上的链自由基产生速率是控制接枝与扩链反应进行的关键。聚合物乳液的粒径分布和聚合时间有关。随着时间的延长,聚合物乳液的粒径先减小后增大,且分布变宽,原因是反应后期主要发生的是开环反应,消耗了体系中磺酸基,生成了疏水性的磺酸酯基,使AMPS改性环氧树脂的水分散性下降。研究中还发现乳液的粒径与AMPS的用量有密切关系,随着AMPS量的增加,产物水分散体的

全文目录

第一章文献综述  10-30
  1.1 引言  10-11
  1.2 环氧树脂乳液的发展历史及应用  11
  1.3 水性环氧树脂的研究进展  11-12
  1.4 环氧树脂水基分散体系的制备  12-20
    1.4.1 环氧树脂的水基乳化原理  13
    1.4.2 环氧树脂的水基乳化途径  13-15
    1.4.3 三种乳化途径的比较  15-16
    1.4.4 化学改性法制备水基环氧树脂的实现类型  16-18
    1.4.5 环氧树脂的成盐技术  18-20
  1.5 水性环氧树脂的固化成膜机理  20-21
  1.6 自由基接枝法制备水性环氧树脂的历程  21-26
    1.6.1 接枝法制备水性环氧树脂的方法  21-22
    1.6.2 接枝过程  22-24
    1.6.3 乳化过程  24-26
  1.7 水溶性单体AMPS的性能及用途  26-28
    1.7.1 AMPS的物理性质  27
    1.7.2 AMPS的化学性质  27
    1.7.3 AMPS的应用  27-28
  1.8 课题的提出及意义  28-30
第二章 AMPS改性环氧树脂的合成  30-43
  2.1 引言  30
  2.2 实验部分  30-34
    2.2.1 仪器及试剂  30-31
    2.2.2 AMPS与环氧树脂改性产物的制备  31-32
    2.2.3 AMPS与环氧树脂改性物的分离  32
    2.2.4 AMPS与环氧树脂改性物水分散乳液的制备  32
    2.2.5 AMPS与环氧树脂改性物收率的测定  32
    2.2.7 改性聚合物AMPS—EP的特性粘数的测定  32-33
    2.2.8 AMPS—EP红外吸收光谱的测定  33
    2.2.9 AMPS与环氧树脂改性物乳液的稳定性检测  33-34
  2.3 结果与讨论  34-42
    2.3.1 正交实验结果  34
    2.3.2 对比实验结果  34-36
    2.3.3 引发剂滴加方式的影响  36
    2.3.4 环氧树脂分子量的影响  36-37
    2.3.5 单体加料方式及所用溶剂的影响  37
    2.3.6 体系酸值随时间的变化  37-38
    2.3.7 AMPS-EP的收率随反应时间的变化  38
    2.3.8 AMPS—EP的特性粘数与时间的变化关系  38-39
    2.3.9 AMPS—EP的红外光谱表征  39-40
    2.3.10 乳液稳定性的测试结果  40-42
  2.4 本章小结  42-43
第三章 AMPS改性环氧树脂的机理和动力学探讨  43-55
  3.1 前言  43
  3.2 实验部分  43-44
    3.2.1 AMPS改性环氧树脂的制备、分离及水分散  43-44
    3.2.2 分析与测试  44
  3.3 结果与讨论  44-50
    3.3.1 AMPS-EP聚合物收率与反应时间的关系  45
    3.3.2 AMPS—EP聚合物特性粘数[η]与时间的关系  45-46
    3.3.3 溶液聚合体系酸值的变化  46-47
    3.3.4 产物DSC分析  47
    3.3.5 产物的TG表征  47-48
    3.3.6 AMPS改性EP反应过程的推测  48-50
  3.4 AMPS改性环氧树脂的宏观动力学探讨  50-53
    3.4.1 AMPS接枝环氧树脂的动力学  50-52
    3.4.2 AMPS改性环氧树脂总反应的动力学  52-53
  3.5 本章小结  53-55
第四章改性树脂的水分散性探讨  55-62
  4.1 引言  55
  4.2 改性树脂的乳化及性质检测  55-56
  4.3 反应时间与AMPS改性环氧树脂溶液水分散性的关系  56-57
  4.4 AMPS的用量及中和剂对粒径分布的影响  57-58
  4.5 助溶剂对AMPS-EP水分散体电导率的影响  58-59
  4.6 中和剂对AMPS—EP共聚物乳液电导率的影响  59-60
  4.7 开环反应和接枝反应进行的过程中样品电导率的变化  60-61
  4.8 本章小结  61-62
第五章 AMPS和MAA共同改性环氧树脂的研究  62-66
  5.1 引言  62
  5.2 四种改性树脂的合成及乳液性能的测试  62
    5.2.1 合成反应  62
    5.2.2 改性聚合物的性能检测  62
  5.3 结果与讨论  62-65
    5.3.1 乳液粘度的比较  62-63
    5.3.2 四种水分散体粒径的比较  63-64
    5.3.3 四种共聚物乳液的DSC和TG表征  64-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章结论  66-68
参考文献  68-74
致谢  74-75
本人在攻读硕士学位期间发表的论文  75

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