丙烯酸改性环氧树脂的研究

南昌航空大学硕士学位论文丙烯酸改性环氧树脂的研究姓名：曹端庆申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：熊联明20080601I摘要环氧树脂作为高强的热固性树脂，具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点，在胶粘剂、电子仪表、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料以及先进的复合材料等领域得到了广泛的应用。环氧树脂固化后交联密度高，存在内应力大、质脆，耐冲击性、耐开裂性和耐湿热性较差等缺点，在很大程度上限制了它在某些高技术领域的应用。所以对环氧树脂进行改性研究是十分必要的。本论文以丙烯酸为改性单体，采用新型工艺，对环氧树脂进行了接枝共聚改性、对丙烯酸改性环氧树脂的固化体系以及对环氧树脂的水性化进行了研究。考察了物质配比、加料方式、反应温度、反应时间、助剂等各主要因素的影响，采用红外光谱等手段方法对结果进行了分析与表征，得出了最佳接枝共聚改性工艺条件、最佳固化体系和最佳丙烯酸环氧树脂水乳液的制备工艺。以丙烯酸为改性单体、对苯二酚为阻聚剂、N，N—二甲基苯胺为催化剂，采用接枝共聚方法合成了丙烯酸改性环氧树脂。用单因素优化法分别就加料方式、反应温度、阻聚剂的用量、催化剂的种类和用量以及反应时间对丙烯酸改性环氧树脂的影响进行了研究，得出最佳制备工艺条件为：加料方式为丙烯酸与催化剂的混合物滴加到环氧树脂和阻聚剂的混合物中；反应温度为90℃；阻聚剂用量为0.3g；催化剂为N，N—二甲基苯胺，用量为0.5g；反应时间为4h。用红外光谱对产物进行了分析，证实了丙烯酸成功接枝到了环氧树脂的链段上。采用过氧化苯甲酰、二乙烯三胺和低分子650聚酰胺以及它们的混合物作为固化剂对丙烯酸环氧树脂进行了固化研究。对固化剂的配比和用量进行了考察，确定其最佳配比为环氧树脂:聚酰胺:二乙烯三胺过:氧化苯甲酰为15:5:3:2。其固化物的性能测试结果为：抗拉强度为78MPa，断裂伸长率为10.6％，冲击强度为4.5kJ·m-2，洛氏硬度为82（M级）。以丙烯酸为改性单体，采用溶液聚合方法对环氧树脂进行了水性化改性。通过实验，对丙烯酸的用量、反应温度、反应时间、引发剂的用量等对丙烯酸环氧树脂水乳液性能的影响进行了研究，得出最佳制备工艺条件为：丙烯酸的用量为20％，反应温度为115℃，反应时间为6h，过氧化苯甲酰的用量为接枝单体量的8％。对产物进行了红外光谱表征，确定其反应机理为自由基接枝聚合反应。关键词：环氧树脂，丙烯酸，改性，固化，水性化PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion’snecessaryforustomodifythepropertiesofepoxyresin.Thispaperusedacrylicacid(AA)asmodifiermonomertograftupontheepoxyresin.Thefactors’influenceonthemodifiedproducts,thecuringsystemsofacrylic-epoxyresinandthemodificationofaqueousepoxyresinwereresearched.Theeffectsofratioofmatter,feedway,reactiontemperature,reactiontimeandadditivesontheepoxyresinwereinvestigated.ByFT-IR,wedeterminedthebesttechnologicalconditionsofgraftcopolymerization,curingsystem,andthepreparationtechnologyofepoxy-acrylicresinsemulsion.Takinghydroquinoneasinhibitor,N,N–dimethylanilineascatalyst,AAasmodifiermonomer,wesynthesizedtheacrylic-epoxyresinwithgraftcopolymerization.Theeffectsoffeedway,reactiontemperature,dosageofinhibitor,speciesanddosageofcatalystandreactiontimeonthepreparationofmodifiedacrylic-epoxyresinwerestudiedbysingle-factoroptimizationmethod.Thebestconditionsofpreparationweregotasfollow:thefeedwayofaddingthemixtureofAAandcatalystintothemixtureofepoxyresinandinhibitor;thereactiontemperatureof90℃;thedosageofinhibitorof0.3g;N,N–dimethylanilineascatalystandthedosageof0.5g,thereactiontimeof4hours.TheanalysisofproductsbyFT-IR,verifiedthatAAwasgrafteduponthechainofepoxyresin.WithBPO,diethylenetriamine(DETA),lowmolecularpolyamide650andtheirmixtureasthecuringagent,westudiedthecureofacrylic–epoxyresin.Thebestcuringsystemisepoxyresin/lowmolecularpolyamide650/DETA/BPOof15/5/3/2.Theperformancetestresultsofcuredproductsareasfollows:tensilestrength78MPa;PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion·m-2;rockwellhardness82(M).TakingAAasmodifiermonomer,wesynthesizedtheacrylic-epoxyresin-emulsionwithsolutionpolymerization.TheeffectsofthedosageofAA,thereactiontemperature,thereactiontime,andthedosageofinitatorontheacrylic-epoxyresin-emulsionwerealsoresearchedbyexperimental.Thebestconditionsofpreparationweregotasfollows:theAAdosageof20%;thereactiontemperatureof115℃;thereactiontimeof6hours;theBPOdosageof8%(tograftmonomer).TheFT-IRanalysisforproductsindicatedtheachievementofgraftpolymerization.Keywords:epoxyresin,acrylicacid,modification,curing,aquationPDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion南昌航空大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是我个人在导师指导下，在南昌航空大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确地说明并表示了谢意。本声明的法律结果将完全由本人承担。签名：日期：南昌航空大学硕士学位论文使用授权书本论文的研究成果归南昌航空大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解南昌航空大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）签名：导师签名：日期：PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion环氧树脂的定义环氧树脂（EpoxyResin）是泛指含有两个或两个以上环氧基的脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固性产物的高分子低聚体(Oligomer)。聚合度n为零时，称之为环氧化合物，简称环氧化物(Epoxide)。有些低相对分子质量树脂虽不完全满足严格的定义，但因具有环氧树脂的基本属性在称呼时也不加区别地统称为环氧树脂。在工业技术领域中，有些例外与上述定义不符，例如制造飞行器涂料所用芳香基多元醇，尽管每个分子中环氧基含量低于2，甚至是零，传统上也称之为环氧树脂，它与高分子质量酚氧化合物非常相似，其合成的原料与主要的工业环氧树脂相同，因而也称为环氧树脂。上述定义不包括环氧化天然油及相关品种。这些环氧化物基本上用作聚氯乙烯等树脂的稳定剂和增塑剂。虽然他们也含有两个或两个以上的环氧基，但在环氧树脂通用的固化条件下不能充分反应得到有用的热固化产物。环氧树脂是一种从液态到粘稠态、固态多种形态的物质。它几乎没有单独的使用价值，只有和固化剂反应生成三维网状结构的不溶不熔聚合物才有应用价值，因此环氧树脂归属于热固性树脂，属于网络聚合物范畴[1]。1.2环氧树脂的分类由于环氧树脂的应用很广泛，随着科技的发展，新品种不断涌现，所以环氧树脂的种类很多，大致可分为如下类型[2]：1.2.1按环氧树脂的状态分类环氧树脂有液态环氧树脂