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1、CO2 侵蚀下环氧树脂玻璃钢的腐蚀（酸酐固化）姓名：袁瑾学号：1081900204班级：0819103专业：材料科学与工程日期：2011.4.27CO2 侵蚀下环氧树脂玻璃钢的腐蚀（酸酐固化）一、环氧树脂环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。根据合成路线分分为两类：1、由多元酚或多元胺基与环氧氯丙烷反应而得的环氧
2、树脂；2、由分子内碳碳双键氧化而得的环氧树脂。根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：1、 缩水甘油醚类环氧树脂；2、 缩水甘油酯类环氧树脂；3、 缩水甘油胺类环氧树脂；4、 线型脂肪族类环氧树脂；5、 脂环族类环氧树脂。环氧树脂具有六个显著的特点：1、适应性广，由于树脂基体的品种繁多，固化剂的种类也很多，从而配方多，可满足许多工艺要求，并应用于很多方面；2、工艺性好，通过树脂配方优化，采用各种方法凝固等，可满足各种工艺要求；3、收缩性小，成形精度高；4、粘附性强，环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力；5、稳定性好，由于醚键位置空间位阻较大，不以反应，故
3、化学稳定性好；6、电性能好，在较高的温度范围内，环氧树脂的电性能变化不大。二、环氧树脂固化剂常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺，另外在光引发剂的作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。常温或低温固化一般选用胺类固化剂，加温固化则常用酸酐、芳香类固化剂。其中参与固化反应的固化剂是结合型固化剂，如多元胺、多元羧酸、聚酰胺、酸酐、酚醛树脂等都是结合型固化剂。固化剂对环氧树脂的性能影响较大，一般按下列几点选择：1、从性能要求上选择：有的要求耐高温，有的要求柔性好，有的要求耐腐蚀性好，则根据不同要求选用适当的固化剂；2、从固化方法上选择：有的制品不能加热，则不能选用热固化
4、的固化剂。3、从适用期上选择：所谓适用期，就是指环氧树脂加入固化剂时起至不能使用时止的时间。要适用期长的，一般选用酸酐类或潜伏性固化剂。4、从安全上选择：一般要求毒性小的为好，便于安全生产。5、从成本上选择。三、酸酐固化环氧树脂酸酐与环氧树脂在不加催化剂的情况下，反应速度很缓慢，即使温度达到200 摄氏度也很慢。催化剂可大大的加速酸酐与环氧树脂的固化反应，常用的固化剂有苄基二甲胺、二甲氨甲基酚、三乙醇胺、2-乙基-4-甲基咪唑等。酸酐与环氧树脂固化反应的过程分为三步：1、 首先开始的是引发反应，反应中酸酐与醇发生酯化反应，化学表达式下：2、 接着进行酯化反应，第一步得到的产物的羧基与环氧树脂发
5、生开环酯化反应，化学表达式如下：3、 最后进行醚化反应，第二步中得到产物上所含的羟基继续与环氧树脂发生开环醚化反应，化学表达式如下：有机酸酐类固化剂在固化反应是一般要经过高温，其优点是黏度低、挥发性低、毒性小、试用期长等。其缺点是脆性较大，抗冲击相较差，且需高温固化。常用的有邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐等，其中邻苯二甲酸酐最常用。四、环氧树脂玻璃钢填料的作用是改善制品的一些性能，并改善树脂固化时的散热条件，用了填料也可以减少环氧树脂的用量，降低成本。因用途不同可选用不同的填料。用玻璃纤维更强环氧树脂，可以提高其韧性、耐冲击性，制成的产品也称为环氧玻璃钢，是玻璃钢中的一种。质轻而硬，不导电，机械强
6、度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。用环氧玻璃钢制成的管道或压力容器，由于环氧树脂中含有稳定的醚键，因此具有良好的耐腐蚀性能，常温下耐盐酸、中等浓度的硫酸、稀硝酸、大多数盐类介质和有机萃取剂等，并且由于环氧树脂的脂肪性基不与碱起作用，所以它在众多的树脂材料中具有良好的耐碱性能。在经过纤维增强后，其强度、韧性、耐冲击性大大提高。从防水方面考虑，由于环氧树脂含有较多羟基，其粘接紧密，分子内与分子间的缝隙小，防水效果好。并且环氧树脂有很好的耐霉菌性能。五、环氧玻璃钢的腐蚀与防护从原理上分析, 高聚物腐蚀的主要原因是周围试剂向材料内部渗透扩散而引起高聚物分子结构的破坏
7、。高聚物腐蚀的主要形式有化学裂解、溶胀与溶解、应力开裂、渗透破坏三类。它们共同的特点就是介质渗透后与高分子链作用而产生破坏。在宏观表现上大体可以分为三种类：表面反应腐蚀,即表面首先被腐蚀掉, 然后介质接触试件再继续一层一层地腐蚀；形成腐蚀层腐蚀, 腐蚀在一个区域内进行, 其腐蚀深度与时间成一定关系；全面浸人型腐蚀, 即树脂在短时间内被介质全面浸渍腐蚀。尽管环氧玻璃钢有很好的耐腐蚀性能，但是在一些特定的环境下，还是会出现老化、被腐蚀的现象。下面说一下在 CO2 的侵蚀下，酸酐固化环氧树脂所制的环氧玻璃钢。环氧玻璃钢中的纤维成分玻璃纤维，很稳定，一般参与反应。被二氧化碳侵蚀的主要是环氧树脂部分。二
8、氧化碳活泼性不强，不能直接与环氧树脂反应，只有在某些特定条件下才会与之反应，并且不会剧烈。其反应原理大致为，二氧化碳可溶于水，溶有二氧化碳的溶液会显酸性。但是二氧化碳溶于水后酸性很弱，并不足以腐蚀环氧玻璃钢，只有在特定环境下才能起作用。例如在长时间的有氧环境下，由于溶液显酸性，氧的氧化性会增强，便很有可能将环氧玻璃钢中的环氧树脂氧化，被腐蚀：再有紫外线的存在，会使溶液的酸性表现出来，将环氧树脂中的醚键水解，从而产生腐蚀。玻璃纤维增强环氧树脂的过程中，环氧树脂固化体积回收缩变形，而玻璃纤维变形量微小，这就会不可避免的引起环氧玻璃钢内的内应力产生，并导致微裂纹的存在。这些微裂纹的存在会使氧气和氢离
9、子等进入到材料内部，加速腐蚀。被腐蚀后，环氧玻璃钢中的环氧树脂的三维网状结构别破坏，使分子排列疏松，从而会加速腐蚀。腐蚀过程主要针对的是醚键，故环氧树脂的醚键含量的差异会直接引起腐蚀难易程度的不同。酸酐固化环氧树脂，相同环氧基团数目，比胺类固化环氧树脂产生的醚键数目要多，故两者比较而言，相同条件下，酸酐固化环氧树脂更易被二氧化碳腐蚀。腐蚀防护的方法多种多样, 较为普遍的有阴极保护法、牺牲阳极法、镀层、涂层、玻璃钢防腐层、塑料、橡胶、耐蚀硅酸盐材料等, 它们在不同的环境条件下有其各自的实用价值, 其中涂层防护和玻璃钢衬里防护的应用较为普遍, 在化工腐蚀防护领域尤其如此。环氧树脂作为防腐蚀材料不但
10、具有密实、抗水、抗渗漏好、强度高等特点，同时具有附着力强、常温操作、施工简便等良好的工艺性，而且价格适中。六、产物的检测与分析酸酐固化环氧树脂被腐蚀后的产物具体是什么，现在已有的研究资料还未说明，有待我们在今后的实验中去发现。从而不可避免的需要聚合物结构探测手段。现代仪器分析技术在高聚物结构分析中的应用越来越广泛，主要包括：振动光谱、电子光谱、红外光谱、核磁共振、顺磁共振、热分析、动态热机械分析、动态介电分析、气相色谱、凝胶色谱、裂解色谱、色质联用、显微分析、广角 x 射线衍射、小角激光散射等。其中红外光谱应用十分广泛，它应用峰的位置、强度和形状提供功能团或化学键的表征振动频率，从而分析高聚物的结构，帮助我们确定高聚物的结构，从而推测反应原理。
