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环氧树脂与丙烯酸树脂酯化反应中凝胶规律的研究

孙绍晖  
【摘要】:最近二十年来,各国相继出台了限制涂料中VOC排放量的法规,迫使人们发展各种新型的水稀释型涂料。本文重点研究的是丙烯酸树脂在叔胺作用下,酯化接枝环氧树脂制备复合水性树脂。这个复合树脂兼具环氧和丙烯酸酯类树脂的优点,适合于做金属表面尤其是罐头的内壁防腐涂料;也可以做为高分子乳化剂,通过乳液聚合制备不同形态的乳胶粒,具有广阔的应用前景。 环氧树脂有两个环氧基团,丙烯酸树脂具有多个羧基。这两种大分子之间进行酯化反应,就会因生成体型结构而产生凝胶,使反应难于进行下去。因为还没有人系统研究反应凝胶机理和影响因素等基础性问题,使得避免凝胶的工艺条件选择一直处于半经验状态,限制了产品的规模化生产和广泛使用。为此本文以凝胶机理和建立描述避免凝胶化的数学模型作为研究的中心内容开展工作,以指导涂料配方的选择。 按照这样的研究思路,本论文首先通过正交预实验,发现在酯化反应时,环氧树脂分子量以及环氧基/叔胺基/羧基(丙烯酸树脂中)的摩尔比对凝胶的产生有重要影响。于是进一步用固定点实验方法,把凝胶和不凝胶的实验结果绘制在表示三元组分摩尔分率的三角图中。根据凝胶的趋势绘出了分开凝胶区与不凝胶区的边界线,继而结合红外跟踪图谱,讨论了酯化反应过程中可能出现的反应。这些反应有:酯化反应,环氧自聚反应,叔胺与环氧基团的反应,叔胺与丙烯酸的酸碱中和反应,溶剂中的醇与环氧基团的反应等等。 为了对反应中出现凝胶的条件进行模拟,我们选用了简明的Carothers方程式。用此式模拟环氧604~#的凝胶边界线和实验结果大体相似,但Carothers方程不能表示链式机理的环氧自聚反应。为了将Carothers方程式推广,提出了把环氧的官能度改为一个可调的参数f_(EP)~*,通过数据拟合求出该值,所得结果可以大致模拟环氧618~#凝胶边界线的形状。需要指出,在叔胺催化下的环氧树脂自聚反应,以前在讨论酯化反应时常被人们忽视。 在酯化法制备复合水性涂料时,丙烯酸树脂中的羧基总是过量的。因此羧基过量的三角图左下角在使用中最为重要。为此我们又采用临界凝胶点实验法较为准确的测定了这一区域的临界凝胶曲线。随后,利用修正的Carothers凝胶理


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