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1、（2011届）本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称： 水性环氧固化剂分散体的制备 学 院（部）： 包装与材料工程学院 专 业： 高分子材料与工程 学 生 姓 名：班 级： 高071班 学号 07404300116 指导教师姓名： 职称 讲师 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 目 录第一部分 过程管理资料一、2011届毕业设计（论文）课题任务书(1)二、湖南工业大学本科毕业设计（论文）开题报告(3)三、本科毕业设计（论文）中期报告(13)四、毕业设计（论文）指导教师评阅表(14)五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表(15)六、毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表(16)第二部分 毕业论文七、毕
2、业论文(17)2011届本科毕业设计（论文）资料第一部分 过程管理资料2011届毕业设计（论文）课题任务书学院（部）：包装与材料工程学院 专业：高分子材料与工程 指导教师陈 一学生姓名徐 浩课题名称 水性环氧树脂固化剂的制备内容及任务内容：环氧树脂以其优异的力学性能、粘接性能、电绝缘性能、加工性能以及耐腐蚀性能在工业和民用涂料领域中得到了广泛的应用。而传统的溶剂型环氧树脂涂料一般需使用大量的有机溶剂，在施工和固化成膜后，有机溶剂会挥发到大气中，对人类健康危害极大。因此，水性环氧树脂涂料在当今环保型高效涂料当中更受瞩目。因此，开发水性环氧树脂涂料，无论是从经济效益还是社会效益出发，都具有非常重要
3、的意义。具体任务如下：1通过查阅资料，了解环氧树脂相关的性质，结构，了解环氧树脂的固化原理，深入认识环氧固化剂的相关内容。2通过一定方法制备非离子型水性环氧固化剂，并对其进行表征。研究其配方和工艺对涂料固化的影响。3制备双组份水性环氧白色防腐涂料配方，研究其配方和工艺对涂料固化的影响。拟达到的要求或技术指标1以环氧树脂为基材料，通过一定的工艺方法，和原料制备得到水溶性且粘度低的固化剂。常温下固化液体环氧树脂。2争取在涂膜后具有良好的光泽度、硬度、柔韧性、附着力及抗冲击性能。3研究其工艺条件的影响和优化的方式。进度安排表起止日期工作内容2010.122011.1查阅资料完成第一阶段文献综述，完成
4、选题和开题报告，并确定详细实验计划。2011.12进行部分初期实验，熟悉实验方法及方案可行性。初步合成环氧树脂水性固化剂。2011.23合成环氧树脂水性固化剂。2011.34研究各种工艺条件，如反应时间，各种原料配比，对该固化剂的影响。2011.45完善试验，确定工艺参数以及工艺条件，探索机理；数据处理、整理文献、撰写论文。2011.6修改、定稿、论文评审、预答辩、论文答辩。主要参考资料1 陈平，王德中.环氧树脂及其应用.北京：化学工业出版社，2004：3-52 陈祥宝.高性能树脂基体.北京：化学工业出版社，1999：38-433 周其凤，胡汉杰.高分子化学.北京：化学工业出版社，2001：3
5、92-4934 李桂林.环氧树脂与环氧涂料.北京：化学工业出版社，2003：102-1055 吴金坤.环氧树脂的改性.化工新型材料，1997，25(10)：3-86 胡玉明，吴良义.固化剂.北京：化学工业出版社，2004：66-677 武利民.涂料技术基础.北京：化工工业出版社，1999：23-25系（教研室）意见签名：年 月 日学院（部）主管领导意见签名：年 月 日湖 南 工 业 大 学本科毕业设计（论文）开题报告 （2011届）学 院（部）： 包装与材料工程学院 专 业： 高分子材料与工程 学 生 姓 名： 徐 浩 班 级： 高071 学号 07404300116 指导教师姓名： 陈一 职
6、称 讲师 2011年 01 月 09 日题目：水性环氧树脂固化剂的制备1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000字左右的文献综述环氧树脂中含有独特的环氧基，以及羟基、醚键等活性基团和极性基团，因而具有许多优异的性能。环氧树脂必须与固化剂反应以生成三向立体结构才具有实用价值。每开发一种新的固化剂就可以解决一个方面的问题，就相当于开发一种新的环氧树脂或开辟了环氧树脂一个新的用途。近年来，随着资源与能源危机的出现和人们环境与健康意识的不断增强,许多国家相继颁布了限制挥发性有机溶剂(VOC)的环保法规,水性涂料因其具有安全、低VOC等显著特点正逐渐取而代之 1。水性环氧树脂涂料的研制也变
7、得非常活跃，水性化是今后环氧涂料发展的必然趋势2，而制备与之匹配的固化剂得尤为重要。1.1 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，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。环氧树脂以其优异的力学性能、粘接性能、电绝缘性能、加工性能以及耐腐蚀性能在工业和民用涂料领域中得到了广泛的应用3。而常用的环氧树脂因需使用有机溶剂而限制了其在涂料、粘合剂等行业中的大规模应用。1.2 水性环氧树脂水性环氧树脂通常是指环氧树脂以微粒、液滴或胶体的形式，分散在以水为连续相的介质中，配制成稳定的分散体系。环
8、氧树脂本身为有机分子，水溶性较差，因此其水性化本质上是在环氧树脂的分子链中引入亲水性的分子链段或加入亲水性组分(如偶联剂、润湿分散剂等)，使环氧树脂能够在水中溶解或分散的。李进,张良均等4研究以聚乙二醇和环氧树脂E-20为原料按配比合成的高分子非离子型乳化剂EP-S对环氧树脂具有好的乳化能力。(1)乳化剂的含量对水性环氧乳液离心稳定性的影响非常显著,实验证明,当乳化剂EP-S加入量(占环氧树脂总质量)为14%时可以得到稳定且粒径为1.68 m的水性环氧乳液。(2)当乳化剂EP-S含量(占环氧树脂总质量)为14%时,环氧树脂乳液与AB-HGF固化剂比为21时,涂膜具有最好的交联结构,固化程度较高
9、,且涂膜硬度较高, 40时耐水性超过100 h等优异的性能。1.2.1水性环氧固化剂类型根据所用环氧树脂物理状态的不同可将水性环氧树脂涂料分成三种类型，其中型水性环氧体系和型水性环氧体系两类是比较经典的分类方法5,6。I型体系采用固化剂来乳化液体环氧树脂，分散相微粒中同时含有环氧树脂和固化剂，液体环氧树脂富含环氧基，导致体系的粘度随搁置时间的延长而快速增加，表现为适用期短，并且在适用期范围内体系流变性能也不稳定。采用液体环氧树脂固化的涂膜交联密度较高，形成的涂膜硬度很高，但柔韧性和抗冲击性能较差7，一般适合作为地坪涂料，若用作金属防腐涂料则脆性太大。Shimp David8等采用低分子质量环氧
10、树脂与多乙烯多胺反应生成多胺-环氧加成物，再经单环氧化合物将其封端，并用醋酸中和部分的仲胺，以调节固化剂的HLB和降低固化剂的反应活性，延长适用期。后来,开发了一些新的型水性固化剂技术,不需采用有机酸成盐。如Stark等9采用环氧树脂与过量的间苯二甲胺反应生成端环氧胺加成物,再与端羧基聚醚醇反应生成酰胺-胺,再经封端得型水性环氧固化剂。II型水性环氧树脂体系所用的固化剂是水溶性的，当两个组分混合后，环氧树脂以微粒形式分散在环氧固化剂水溶液中，该体系的粘度主要由水相的粘度决定。Klein等10采用聚氧乙烯二缩水甘油醚和双酚A环氧树脂反应得到环氧树脂自分散体,再与聚氧丙烯二胺和异佛尔酮二胺反应生成
11、环氧-胺类固化剂。Klein等11采用双酚A环氧树脂、聚氧乙烯二缩水甘油醚和双酚A反应得环氧树脂分散体,再与多乙烯多胺反应生成端胺基环氧-胺加成物,最后经封端得到型水性环氧固化剂。型水性环氧树脂体系是在I型体系和II型体系基础之上，改进发展而来的新的环氧树脂体系。由于型体系采用中等分子量的固体环氧树脂改性，不使用乳化剂，所以该体系表干时间较短。多种官能团的加入，使得型水性环氧体系固化膜的耐腐蚀性、抗溶剂性都有所提高。同时，降低了活性的固化剂使得II型水性环氧树脂体系的稳定性增强，延长其适用期。涂膜的柔韧性和附着力因体系中接入柔性链段和使用中等分子量的环氧树脂而增强。新型水性环氧树脂体系是基于固
12、体环氧树脂水分散体和胺类固化剂水分散体组成。把树脂和固化剂设计成水分散体的形式，主要是为了能够合成一种有一定疏水性(即亲油性)，并能与树脂有很好相容性的水性固化剂。1.3 固化剂固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。树脂固化是经过缩合、闭环、加成或催化等化学反应，使热固性树脂发生不可逆的变化过程，固化是通过添加固化（交联）剂来完成的。要使环氧树脂与固化剂之间能充分混合、固化，就要使二者的溶解度参数相匹配。溶解度参数大的固化剂与疏水性的环氧树脂间的溶解度参数差异较大，得到的涂膜的综合性能不好。而溶解度参数小的固化剂与环氧树脂溶解度参数匹配，但它难溶于水，不能稳定的分散在水中，因此，需对其进行改性。水性环氧固化剂改性的原理是对多元胺进行改性，使其成为具有亲环氧树脂结构的水性环氧固化剂，同时该固化剂又作为阳离子型乳化剂完成对环氧树脂的乳化。用该方法制备的水性环氧树脂乳液具有良好的稳定性，并且由于环氧树脂组分不需进行亲水改性，可以保证涂膜的耐化学药品性能良好12。任天斌等13通过对环氧树脂的固化剂三乙烯四胺进行封端、加成、成盐等一系列改性,制备出了自乳化型的水性环氧树脂固化剂.此种固化剂具有良好的乳化性能,能直接乳化环氧树脂,所得到的环氧树脂涂料乳液粒径分布较窄,平均粒径在1m以下;所配制涂料的适用期较长,最高可达6
