复配性乳化剂对水性环氧树脂性能的研究文献综述

 2023-10-11 15:14:22

文献综述

1.课题研究现状及发展趋势:

环氧树脂是一种热固性低分子聚合物且在分子中至少含有两个活性环氧基的树脂。一般情况下,环氧树脂的相对分子质量在400-2000之间[1]。在环氧树脂的分子结构上存在着许多极性基团和活性基团,当有合适的化学试剂作用时,它的空间立体结构增强,即可以得到三维立体网状结构的固化物。这些极性基团与活性基团使得环氧树脂的固化物具有良好的稳定性,优异的电绝缘性以及对化学药品具有很好的耐腐蚀特性等,环氧树脂所具备的这些优良特性,使得它在涂料、防腐蚀材料、各种复合材料以及胶粘剂等各个工业生产领域当中得以广泛的应用[2]

环氧树脂是一种热固性的聚合物,它具有粘稠的液态(加热粘度下降)和固态(加热熔融)等多种形态,它的力学性能在未固化之前较差,只有在与固化剂反应生成三维网状结构之后,才能应用于生活生产的许多领域[3]。作为三大通用热固性树脂之一,它拥有较高的稳定性、较好耐化学药品性、优良的绝缘性、很好的附着性以及机械强度,环氧树脂被广泛的应用在复合材料、粘合剂及涂料等各个工业生产领域当中[4]。虽然环氧树脂拥有优异的性能、繁多的品种以及广泛的应用领域,但是由于大多数传统的环氧树脂都是不溶于水而只是溶于酮类以及芳香烃等有机溶剂当中,所以当前最常用的环氧树脂涂料基本都是溶剂型的。然而有机溶剂的有毒、易爆、易燃等特性会给施工和储运带来许多的不便[5]。随着现今社会上环保意识的不断增强,改性环氧树脂使其把无毒、无害、清洁的水作为环氧树脂使用的溶剂来替代有机溶剂的使用已经受到了社会各界研究学者的高度重视[6]。水溶性环氧树脂不但是一种十分环保的材料,它对于施工的环境要求也不高,并且还可以十分方便的用水来清洗,大大的提高了使用的清洁性,所以水性环氧树脂的研发制备已经成为了现在环氧树脂应用的主要发展方向之一[7]

常用的环氧树脂为非水溶性,只溶于芳烃类、酮类及醇类等有机溶剂,而有机溶剂不但价格较贵,而且具有挥发性,对环境造成污染,这一缺点限制了环氧树脂在涂料、胶粘剂行业中的大规模使用。随着对环境保护的要求日益严格,不含挥发性有机化合物(VOC)或低VOC,或不含有害空气污染物(HAP)的体系已成为新型材料的研究方向[8]。国外从20世纪70年代起开始开发水性环氧涂料。其性能已可达到与溶剂型环氧涂料相当的水平[9]。与溶剂型涂料相比,水性环氧涂料具有诸多优点,如低的VOC含量、较小的气味、使用安全、可用水清洗等,在工业和商业上具有很大的吸引力,正在被不断推广[10]

转反相乳化法是制备高分子聚合物水基化微粒体系的有效方法, 相反转乳化法是在油/水/表面活性剂体系中通过物理乳化,使其连续相从油相转变为水相的方法。然而这种由相反转法制备的 O/W 体系处于热力学不稳定状态,仅有很短的贮存期,从而影响其使用[11]。制备乳胶粒径小且分布均匀、稳定性好的乳液体系受许多因素影响,造成环氧乳液贮存稳定性差的原因是多方面的,但总体来说由 以下两方面所引起:1)因为发生了不完全相反转,导致乳液颗粒大,粒径分布宽,从而使得乳液稳定性变差。2)相反转乳化法大多采用非离子表面活性剂作为 乳化剂来乳化环氧树脂,而由于非离子表面活性剂的浊点问题,一旦贮存温度升高,乳液粒子就会趋向于聚结成较大粒子,最终导致两相分离[12]。制备环氧树脂乳液时乳化剂的选择极为重要,因此首先要选择合适的乳化剂。早期人们通常使用分子结构中不含环氧基团的表面活性剂作为环氧树脂的乳化剂,如聚氧乙烯芳基醚、聚氧乙烯烷基醚、聚乙烯烷基酯等[13]。使用时往往需要几种乳化剂混合使用才能得到较为稳定的乳液。因为早期相对分子质量低的表面活性剂与环氧树脂的相容性较差,为了达到较好的乳化效果通常采用几种乳化剂复配使用的方法,此方法往往存在过多量的表面活性剂,使得成膜后漆膜的硬度、耐水性及耐溶剂性等性能较差,使用期短[14]。为了克服上述表面活性剂乳化环氧树脂的缺点,研究人员将具有环氧树脂结构的分子链段引入到表面活性分子链中,从而开发出新型的具有反应性的水性环氧树脂乳化剂,大大改善了乳化剂与环氧树脂的相容性,我国在这方面的研究较多[15]。加入过多的组分时影响因素变量更是成倍的递增,所以乳化剂的选择和制备尤为重要,是目前我们 需要攻克的一个难题。

2.课题研究的意义和价值

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