改性脂肪胺的合成及其對(duì)環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)研究.pdf

1、水性環(huán)氧涂料以水為分散介質(zhì)，它保持了環(huán)氧樹脂的優(yōu)異物理性能和化學(xué)特性，是發(fā)展前景可觀的環(huán)境友好涂料。然而，環(huán)氧樹脂需要在固化劑的作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成具有三維立體結(jié)構(gòu)的聚合物才能發(fā)揮涂料的功能，因此水性環(huán)氧固化劑的研制成為熱點(diǎn)研究之一。目前開發(fā)的水性環(huán)氧固化劑存在與環(huán)氧樹脂的相容性不好，涂層表觀不理想，耐水和耐化學(xué)藥品性能差等問題；并且涂料的適用期較短，增加了施工難度。本文合成了兩種改性脂肪胺水性固化劑，將其用于兩種環(huán)氧樹脂的固化，并

2、系統(tǒng)研究了涂層的性能。同時(shí)，分別在等溫和非等溫條件下，采用差示掃描量熱法（DSC）研究了這兩種水性胺類固化劑與環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并進(jìn)行了模型化研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　以聚氧乙烯二縮水甘油醚（PEGDE）為改性劑，以環(huán)氧樹脂（E44，EPON828）為擴(kuò)鏈劑，對(duì)三乙烯四胺（ TETA）進(jìn)行改性，合成了兩種水性胺類固化劑（TETA-PEGDE-E44，TETA-PEGDE-EPON828），并采用FT-IR對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表

3、征。通過單因素法化考察固化劑的合成條件，結(jié)果表明，最佳的反應(yīng)時(shí)間為4 h，最佳反應(yīng)溫度為70～75℃。將兩種水性環(huán)氧固化劑與環(huán)氧樹脂（E44，EPON828）混合配制成水性環(huán)氧涂料，對(duì)涂層性質(zhì)進(jìn)行了的測(cè)試。當(dāng)環(huán)氧樹脂E44的投入量為0.025 mol時(shí)，涂層的物理性能比較理想，表干時(shí)間為2 h，實(shí)干時(shí)間為5 h，涂層表觀光滑透明，硬度達(dá)到4 H，柔韌性1級(jí)，且具有很強(qiáng)的耐水和耐化學(xué)性，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。
　　利用DSC系統(tǒng)的研究了兩

4、種水性固化劑（TETA-PEGDE-E44，TETA-PEGDE-EPO N828）與兩種環(huán)氧樹脂（E44，EPON828）的非等溫固化反應(yīng)過程。結(jié)果表明，在非等溫固化反應(yīng)的熱曲線上體系僅出現(xiàn)單一的放熱峰，表明固化反應(yīng)只涉及環(huán)氧-胺的反應(yīng)，沒有副反應(yīng)發(fā)生。用Kissinger方法得到了4種固化反應(yīng)系統(tǒng)的表觀活化能為45~65 kJ/mol，符合胺類固化環(huán)氧樹脂反應(yīng)的典型值（50~70 kJ/mol）。采用Flynn-Wall-Ozawa

5、（F WO）法研究了固化反應(yīng)的活化能隨轉(zhuǎn)化率的變化曲線，結(jié)果表明4個(gè)體系都有相似的變化規(guī)律，即在反應(yīng)開始時(shí)系統(tǒng)具有較高的活化能，但隨著轉(zhuǎn)化率的升高活化能逐漸下降，顯示出典型的自催化反應(yīng)特征。采用Málek法建立了固化過程的動(dòng)力學(xué)模型，確定了SB(m, n)的模型參數(shù)，得到了反應(yīng)速率方程，模型值與實(shí)驗(yàn)室吻合情況較好。體系的轉(zhuǎn)化率曲線和反應(yīng)速率曲線也說明固化過程具有自催化特性。
　　采用DSC分析手段對(duì)4個(gè)體系（TETA-PEGDE-

6、E44/E44，TETA-PEGDE-EPON828/E44，TETA-PEGDE-E44/EPON828，TETA-PEGDE-EPON828/EPON828）的等溫固化反應(yīng)過程進(jìn)行了測(cè)試，得到了等溫固化反應(yīng)的熱曲線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在等溫固化反應(yīng)的熱曲線上，4個(gè)體系僅出現(xiàn)單一的放熱峰，表明固化反應(yīng)只涉及環(huán)氧-胺的反應(yīng)，沒有副反應(yīng)發(fā)生。4個(gè)體系的自催化活化能Ea2均小于非自催化活化能Ea1，因?yàn)殡S著反應(yīng)的進(jìn)行，羥基不斷生成，形成了羥基、環(huán)氧基

7、和胺基的三分子過渡態(tài)，降低了反應(yīng)的活化能，自催化反應(yīng)進(jìn)行的更為容易，即Ea2相對(duì)Ea1較小。4個(gè)體系的固化反應(yīng)速率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加均先增加后降低，這是自催化反應(yīng)的一個(gè)基本特征，因此選用自催化模型——Kam-al模型來模擬固化反應(yīng)速率曲線，建立了4個(gè)固化反應(yīng)的反應(yīng)速率方程式，模型值與實(shí)驗(yàn)值吻合情況較好。
　　當(dāng)轉(zhuǎn)化率α=0.1~0.2時(shí)，反應(yīng)速率出現(xiàn)最大值，比其他環(huán)氧-胺體系稍提前（α=0.2~0.4），說明合成的水性固化劑的羥基