改性脂肪胺的合成及其對環(huán)氧樹脂的固化反應研究.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，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，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)氧樹脂的固化反應動力學，并進行了模型化研究。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）為擴鏈劑，對三乙烯四胺（ TETA）進行改性，合成了兩種水性胺類固化劑（TETA-PEGDE-E44，TETA-PEGDE-EPON828），并采用FT-IR對產(chǎn)物進行了表

3、征。通過單因素法化考察固化劑的合成條件，結(jié)果表明，最佳的反應時間為4 h，最佳反應溫度為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，對涂層性質(zhì)進行了的測試。當環(huán)氧樹脂E44的投入量為0.025 mol時，涂層的物理性能比較理想，表干時間為2 h，實干時間為5 h，涂層表觀光滑透明，硬度達到4 H，柔韌性1級，且具有很強的耐水和耐化學性，達到了預定目標。
　　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）的非等溫固化反應過程。結(jié)果表明，在非等溫固化反應的熱曲線上體系僅出現(xiàn)單一的放熱峰，表明固化反應只涉及環(huán)氧-胺的反應，沒有副反應發(fā)生。用Kissinger方法得到了4種固化反應系統(tǒng)的表觀活化能為45~65 kJ/mol，符合胺類固化環(huán)氧樹脂反應的典型值（50~70 kJ/mol）。采用Flynn-Wall-Ozawa

5、（F WO）法研究了固化反應的活化能隨轉(zhuǎn)化率的變化曲線，結(jié)果表明4個體系都有相似的變化規(guī)律，即在反應開始時系統(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特征。采用Málek法建立了固化過程的動力學模型，確定了SB(m, n)的模型參數(shù)，得到了反應速率方程，模型值與實驗室吻合情況較好。體系的轉(zhuǎn)化率曲線和反應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4個體系（TETA-PEGDE-

6、E44/E44，TETA-PEGDE-EPON828/E44，TETA-PEGDE-E44/EPON828，TETA-PEGDE-EPON828/EPON828）的等溫固化反應過程進行了測試，得到了等溫固化反應的熱曲線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在等溫固化反應的熱曲線上，4個體系僅出現(xiàn)單一的放熱峰，表明固化反應只涉及環(huán)氧-胺的反應，沒有副反應發(fā)生。4個體系的自催化活化能Ea2均小于非自催化活化能Ea1，因為隨著反應的進行，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)，降低了反應的活化能，自催化反應進行的更為容易，即Ea2相對Ea1較小。4個體系的固化反應速率隨著反應時間的增加均先增加后降低，這是自催化反應的一個基本特征，因此選用自催化模型——Kam-al模型來模擬固化反應速率曲線，建立了4個固化反應的反應速率方程式，模型值與實驗值吻合情況較好。
　　當轉(zhuǎn)化率α=0.1~0.2時，反應速率出現(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