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水性环氧树脂的合成与性能

更新时间:2009-03-28

环氧树脂具有优良的附着力,优异的力学性能,良好的耐化学药品腐蚀性能和优良的热稳定性,被广泛应用于机械制造及日常生活生产中;但传统的环氧树脂难溶于水,只能溶于芳烃类、酮类及醇类的有机溶剂中,所以必须用有机溶剂作为分散介质,将环氧树脂配成一定浓度和黏度的树脂涂料才能使用。有机溶剂稀释环氧树脂不仅成本高,而且有机溶剂易燃易爆,带来极大的安全隐患,同时有机溶剂有毒有害的挥发成分给操作工人的健康带来极大危害,对环境也造成严重污染。随着人们对环境的要求越来越高,国家出台了一系列严格控制挥发性有机物排放的法律法规。因此,环境友好的绿色环保的化学材料越来越受关注,开展对水性环氧树脂涂料的研究具有重要开发意义和实用价值[1-3]

本工作先将环氧树脂用月桂酸酯化开环,再通过自由基接枝聚合的方法,在过硫酸铵(APS)的催化下将亲水单体甲基丙烯酸(MAA)、功能单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)和交联单体N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)接枝到环氧树脂的分子链上,用氨水中和后得到粒径小、稳定性好、性能优的水性环氧树脂,并分析了酯化率,软、硬单体配比和溶剂对体系性能的影响。

制川乌凝胶膏剂基质处方优化及体外释放研究…………………………………………………… 吴 璐等(1): 37

1 实验部分

1.1 主要原料

环氧树脂,工业级,中国石油化工股份有限公司巴陵分公司生产;月桂酸,软单体BA:均为分析纯,天津市巴斯夫化工有限公司生产;三苯基膦,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司生产;乙酸乙酯,氨水:均为分析纯,天津市富宇精细化工有限公司生产;APS,分析纯,江苏强盛功能化学股份有限公司生产;MMA,分析纯,天津市永大化学试剂有限公司生产;硬单体MAA,分析纯,天津市北联精细化学品开发有限公司生产;硬单体St,分析纯,天津市凯信化学工业有限公司生产;NMA,分析纯,上海展元化工有限公司生产;去离子水,自制。

1.2 试样制备

环氧酯的合成:将环氧树脂、月桂酸和三苯基膦加入到带有搅拌器、温度计、冷凝管的四口烧瓶中,同时通入氮气,然后缓慢升温至110 ℃,使环氧树脂熔融并搅拌,反应1 h后测酸值,直至酸值小于5,得到环氧酯。

食品科学与技术行业相关专家表示,中国食品工业要提质增效就要走出去,“一带一路”增加了我国食品走向世界的机会,食品的全球化将有效推动食品产业向规模化、集约化发展,有助于我国食品企业更好地掌握全球食品需求动态,掌握食品产业现状,促进企业发展。

水性环氧树脂的合成:将环氧酯与乙酸乙酯加入四口烧瓶中,在温度为110 ℃的条件下混合均匀,缓慢滴加APS,MMA,MAA,BA,St,NMA的混合溶液,保温反应6 h。反应完成后减压蒸馏,除去溶剂乙酸乙酯,待温度降至70 ℃加入氨水中和,加水乳化得到水性环氧树脂乳液。

1.3 测试与表征

傅里叶变换红外光谱(FTIR)采用日本岛津公司的FTIR-8300型傅里叶变换红外光谱仪测试,KBr压片;采用英国Malvern公司的MS-2000型激光粒度分析仪测试粒径;采用KOH-乙醇方法测试酸值;按GB/T 9286—1998测试附着力;按GB/T 1723—1993测试黏度,涂-4杯黏度计,室温。

2 结果与讨论

2.1 FTIR分析

综上所述,制备水性环氧树脂的最优配方是酯化率为50%,软、硬单体质量比为1∶0,且需脱除溶剂。

合格的糯玉米种子需要发芽率达85%以上,纯度98%以上,净度99%以上,芽势强、无杂质。应重视种子分级处理,不同形状、大小的种子选用不同型号的排种盘播种。借助太阳的光和热来促进种子完成后熟作用,使种皮干燥,透气力强,空气中的氧气能大量渗透到种子的胚乳和胚中,促进种子萌动,增强生活力。同时阳光还有杀菌、杀虫的作用,提高发芽势和发芽率,保证播种后出苗迅速整齐。进行种子包衣,防治土传病害、地下害虫,提高出苗率、增强苗势。

  

图1 环氧树脂酯化前后的FTIRFig.1 FTIR of epoxy resin before and after esterification

2.2 酯化率对水性环氧树脂涂膜性能的影响

硬单体玻璃化转变温度高,在环氧树脂分子链上引入硬单体可以提高涂膜的硬度、耐磨性和强度;软单体玻璃化转变温度低,在环氧树脂分子链上引入可以提高涂膜的柔韧性和耐久性。从表2看出:当软、硬单体质量比为1∶0时,硬度最低,柔韧性最好,附着力最好,等级为0级;硬单体用量越多,体系柔韧性越差,附着力也降低。这是因为软单体选用的是BA,酯基是极性基团,玻璃也含有极性基团,所以BA越多,附着力越好[8]。因此,软、硬单体的最优比例是1∶0。

 

表1 酯化率对涂膜性能的影响Tab.1 Effect of esterification rate on properties of films

  

酯化率,% 附着力/级 吸水率,% 耐盐水性能0 0 30.37 48 h不泛白25 0 9.68 48 h不泛白50 1 5.69 48 h不泛白75 2 5.09 48 h不泛白100 2 6.08 48 h不泛白

2.3 软、硬单体配比对水性环氧树脂涂膜性能的影响

从表1看出:水性环氧树脂浸入盐水中48 h均无泛白现象;当酯化率为0时,附着力为0级,吸水率最高,为30.37%;酯化率越高,附着力越差,即等级越高,吸水率下降;当酯化率为75%时,附着力为2级,吸水率最低,为5.09%。因为环氧基属于极性基团,而玻璃也是含有极性基团的,所以环氧基越多,即酯化率越低,乳液固化成膜后对玻璃的附着力越好,附着力等级越低;环氧树脂两端存在环氧基,在接枝功能单体时由于空间位阻大,使功能单体不能很好地接枝到环氧树脂分子链上,所以环氧基打开的越多,即酯化率越高,功能单体接枝成功的就越多,固化成膜后防水性越好,吸水率越低;但随酯化率增加,酯化开环时引入的亲水单体羧基就越多,导致了酯化率为100%时吸水率反而增大。因此,选择酯化率为50%作为最佳实验条件,此时附着力为1级,吸水率为5.69%。

 

表2 软、硬单体配比涂膜对性能的影响Tab.2 Effect of proportion of soft/hard monomers on properties of films

  

软、硬单体质量比 硬度 柔韧性 附着力/级1∶0 HB 好 0 4∶1 2H 较好 0 3∶1 3H 较差 0 2∶1 3H 较差 1 3∶2 5H 差 2 1∶1 5H 无 4 2∶3 5H 无 4

2.4 溶剂对水性环氧树脂乳液黏度的影响

从图2看出:起始黏度相同的情况下,未脱除溶剂和脱除溶剂的体系随着加水量的增加,体系固含量发生变化,但在固含量相同的条件下,未脱除溶剂的水性环氧树脂黏度均比脱除溶剂的大,水性环氧树脂在没有脱除溶剂的情况下,水性化的过程中黏度随着固含量的增加先上升后下降,主要是因为体系中存在胺盐和醇类亲水性助溶剂。加入中和剂的树脂在水稀释阶段,主要经历了树脂在体系中质量比的降低和助溶剂对水的比例降低两个变化。在稀释前期,树脂浓度的下降起主导作用,水的加入导致体系的黏度下降;随着水用量的增加,助溶剂对水的比例下降,达到一定程度后,混合溶剂的溶解能力下降,部分树脂析出,析出的树脂分子相互缔合形成聚集体,聚集体分子的非极性部分朝内,高极性的羧酸盐基团朝外,于是体系由溶液态变为聚集体分散态。继续加水稀释,聚集体越来越多,部分助溶剂溶解在聚集体内,使其体积膨胀,体积分数增大,聚集体越来越紧密,导致体系黏度上升,黏度增长持续到一定程度后,树脂分子间的作用力减弱,黏度达到最大值。再加水时,聚集体不再拥挤,溶剂析出,黏度下降[9]。而且,体系稳定性较差,刚制成时是白色乳液,20 h后呈无色透明且分层。脱除溶剂后,改性后的环氧树脂溶于水,没有助溶剂的存在,乳液体系的黏度变化主要受加水量影响,所以同样固含量的情况下,没有助溶剂存在的体系黏度小。

  

图2 溶剂对乳液黏度的影响Fig.2 Influence of solvents on viscosity of emulsion

从图1可看出:829 cm-1处为环氧基的特征吸收峰,1 508,1 609,1 656 cm-1处为苯环骨架C

2.5 粒径分析

a)将环氧树脂开环制成环氧酯,再通过自由基接枝聚合将亲水单体、软硬单体和交联单体接枝到环氧酯分子链上制备了水性环氧树脂乳液。

  

图3 水性环氧树脂乳液的粒径分布Fig.3 Particle size distribution of waterborne epoxy resin emulsion

3 结论

按最优配方制备水性环氧树脂,测试其粒径,从图3可以看出:乳液的平均粒径为26.75 nm,测得的粒径分布指数为0.267,其粒径分布均一,体系的分散性和稳定性良好。

徐浡君的风景油画的创作思想,深度建立在荒野哲学的基础之上。所谓荒野哲学,就是以其对生命和自然的深刻体悟、对美丽荒野的细致描绘、对家园毁损和生存危机的忧患意识、对现代生活观念的历史性反思,也被誉为“绿色哲学”。正是荒野哲学在一定意义上改变着整个人类的思想观念和生活方式,它在伦理学与自然、自然中的价值、实践中的环境哲学,以及体验中的自然等诸多方面,渗透出人与自然、人与环境、人与生态的全方位思考,对极端的人类中心主义无限掠夺自然的错误行径,予以深刻的叩问与批判,这就是徐浡君风景油画的哲学意蕴与文化学内涵。

b)当酯化率为50%,软、硬单体质量比为1∶0且脱除溶剂时,制备的水性环氧树脂乳液粒径小,分散性和稳定性好,固化成膜后的防水性和附着力最好。

随着BT的逐渐完善和普及,近年来一些新研究不断出现。Thomen等[17]在BT治疗后40~104 d对7例患者进行多次3He MRI检查,发现肺通气缺损与BT术后天数负相关,即肺通气功能不断改善。Kirby等[18]利用光学相干断层扫描技术(OCT)对2例行BT的慢性持续哮喘患者进行了2年随访,提示BT效果可能与气管炎症、胶原蛋白沉积及气管壁厚度有关。Chakir等[19]对9例哮喘患者在术前和术后进行了组织活检,发现其气管平滑肌和Ⅰ型胶原蛋白沉积厚度均减少,但因样本量过小,症状改善与组织学改变的具体关联尚需进一步研究。

4 参考文献

[2] Hare C H. Water-based epoxide state of the art and new developments[J]. Mod Pain Coat,1995,5(2):18-26.

C的特征吸收峰,2 363,2 872 cm-1处为脂肪族C—H的特征吸收峰,1 250 cm-1处是C—O的特征吸收峰,3 447 cm-1处是羟基的特征吸收峰;酯化后829 cm-1处环氧基团的特征峰消失,证明酯化后的乳液中环氧树脂的环氧基已全部被打开[4-7]

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[1] 孙永泰. 环保型水性油墨的研究与市场展望[J]. 上海造纸,2008,39(2):56-57.

[3] 方茹,王乃康. 接枝型水性环氧树脂的合成研究[J]. 辽宁化工,2008,37(1):18-19.

[4] 肖新颜,郝才成. 水性环氧丙烯酸树脂的合成[J]. 华南理工大学学报(自然科学版),2009,37(6):47-53.

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[8] 江传力,薛丽梅,许普查. 环氧树脂水性化反应中新型溶剂的研究[J]. 化工时刊,2010,24(7):12-16.

从事食品安全监管工作,手中握有管理和执法大权,如果没有正确的人生观及权力观,就会利用其为自己谋利益,就会走上违法甚至犯罪的道路。无论是作为一名普通的监管人员还是领导干部,他从未利用手中的权力为自己谋过私利。他常常告诫自己,这权力是人民赋予的,是为人民谋利益的。只要是对的,只要是为了人民群众的利益,原则必须坚持。凡是违反原则的事,给多少好处也不干。

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郭丹,谢传欣
《合成树脂及塑料》 2018年第02期
《合成树脂及塑料》2018年第02期文献

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