水性环氧树脂研究

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水性环氧树脂研究

曲俊

（材料学10 学号：21101711025）

问题：环氧树脂是油漆的主要成分，传统的环氧树脂不溶于水，只能用有机溶剂分散，在使用过程中有机溶剂的挥发对环境有污染，对人体有危害。

解决方案：通过化学方法对其进行改性，使其可以溶于水，使用过程中可以用水作溶剂，水的挥发没有毒性，可以减少环境污染。

0 摘要：

本文主要介绍了水性环氧树脂涂料的性能特点和发展过程，总结了现阶段水性环氧树脂涂料的研究现状，利用化学改性法过自由基引发接枝反应，将极性基团引入环氧树脂分子骨架中，这些亲水性基团或者具有表面活性作用的链段能帮助环氧树脂在水中分散，论证了环氧树脂溶于水的可能性，并对讨论了反应时间和反应温度对转化率的影响，确定了最佳的反应时间和反应温度。，

关键词：水性环氧树脂；制备方法；改性；亲水基团

1 引言

环氧树脂具有优异的热稳定性、耐化学品性、绝缘性，且附着力好、耐磨性好、硬度高，广泛地用于涂料、粘合剂及复合材料等工业领域。传统型环氧树脂在实际应用过程中需要加入有机溶剂稀释，这些有机溶剂价格较贵，具有挥发性，难以满足人们对环境和安全生产的要求。从20世纪60年代起不含挥发性有机化合物或不含有害空气污染物的水性化环氧树脂体系受到人们广泛的关注，成为研究热点，相关报道不断出现。通常两种途径可以制备水性环氧树脂体系，通过外加乳化剂，乳化环氧树脂制得水性环氧树脂乳液；以及通过化学改性将亲水基团引入到环氧树脂分子链上。前者制得粒子尺寸较大为微米级，后者能制得纳米级粒子。从稳定性和水可分散性来说后者更具有实际意义。

环氧树脂是指分子结构中含有2个或2个以上环氧基并在适当的化学试剂存在下能形成三维网状固化物的化合物的总称，是一类重要的热固性树脂。环氧树脂既包括环氧基的低聚物，也包括含环氧基的低分子化合物。环氧树脂作为胶粘剂、涂料和复合材料等的树脂基体，广泛应用于水利、交通、机械、电子、家电、汽车及航空航天等领域。

水性环氧树脂不仅在一定程度上具备了上述环氧树脂在使用过程中的优点

与传统环氧树脂相比，它还有以下优点：

（1）安全性。水性环氧树脂可以用水作为溶剂，不含有机溶剂。在生产和施工过程中，不会发生溶剂中毒和燃烧爆炸等事故。

（2）经济性。水性环氧树脂以廉价的水代替有机溶剂，节约了费用，降低了资源的浪费，保护了环境。

（3）湿面施工性。对底材的干燥程度要求不高，能在潮湿的底材表面进行涂装。

随着人们对环境保护要求的日益严格，国外从20世纪70年代已开始着手对环氧树脂进行水性化的研究，水性环氧从早期的外加乳化剂到现在的环氧自乳化或水可分散体系的开发，克服了外加乳化剂水性环氧树脂的缺点，延长了水性环氧体系的适用期，改善了体系的耐水性等，使性能更接近于溶剂型环氧。

4 水性环氧树脂的制备方法和结果（检索）

要制备稳定的水性环氧树脂乳液，必须设法在其分子链中引入强亲水链段或者在体系中加入亲水亲油组分。根据制备方法的不同，环氧树脂水性化有机械法、化学改性法和相反转法三种方法

本文主要利用化学改性法：又称自乳化法，是目前水性环氧树脂的主要制备方法。化学改性法是通过自由基引发接枝反应，将极性基团引入环氧树脂分子骨架中，这些亲水性基团或者具有表面活性作用的链段能帮助环氧树脂在水中分散。由于化学改性法是将亲水性的基团通过共价键直接引入到环氧树脂的分子中，因此制得的乳液稳定，粒子尺寸小，多为纳米级。

将一定量的环氧树脂，乙二醇和正丁醇混合溶剂加入到四口烧瓶中，加热并搅拌升温到l00℃左右，在2 h内以一定速度用恒压滴液漏斗滴加甲基丙烯酸和过氧化苯甲酰的混合溶液，同时升温到120℃左右，保温反应3 h，然后降温到

85℃，加入蒸馏水，中和成盐并高速搅拌，在5O℃保温反应1 h即得环氧丙烯酸树脂水乳液。

图1反应温度对环氧基转化率的影响

图2反应时间对转化率的影响

讨论：

1．反应温度对环氧基转化率的影响

在环氧树脂的水性化反应中，在一定时间内，随着反应温度的升高，环氧基转化率明显提高。因为升高温度，体系的粘度降低，有利于分子的接触和碰撞，增大了有效碰撞的几率，从而使反应速度加快。但由于在反应过程中，二乙醇胺中的仲胺基与环氧基发生开环加成反应而生成叔胺结构，它具有促进环氧树脂交联固化的作用，因而温度过高时，特别是当温度高于90℃时，容易发生凝胶现象；温度较低时，体系粘度又会增大，各组分难以充分接触，反应速度缓慢。故水性化温度在80℃较为适宜。

2 反应时间对环氧基转化率的影响

随着反应时间的延长，体系中环氧基的转化率逐渐增大，在80℃反应100min，转化率已经能达到较大的值，二乙醇胺与环氧树脂的开环加成反应可以进行得比

较完全。

结论：经实验证明环氧树脂可以通过化学改性溶于水，反应的最佳反应条件是反应温度为80℃和反应时间为反应100min是环氧树脂的转化率最高。经本实验制备的环氧树脂在同作油漆时可以用水溶解，在使用过程中水的挥发对环境无污染，可以很好的保护环境和人的身体健康。