基于三元DES制备木质素磺酸基水性环氧树脂分散剂的研究

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:kmyzkmyz
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随着生态环境的破坏和环保力度的加强,绿色环保的水性环氧树脂体系越来越受到国内外研究者们的青睐。本论文以胆碱类三元DES催化活化木质素磺酸钠(LS),并将处理后的木质素磺酸钠(TLS)分离出来,与环氧树脂改性制备木质素磺酸基水性环氧树脂分散剂,采用相反转法,并借助超声辅助分散,制得稳定的水性环氧树脂乳液。在此过程中,均采用单因素控制变量法筛选出三元DES的制备、三元DES催化活化LS以及水性环氧树脂乳液制备的最佳工艺。最后将最优工艺下制得的环氧树脂乳液与聚醚胺系列固化剂以及其它固化助剂组成水性环氧涂料,对固化所得的清漆漆膜进行了性能测试与分析,并初步分析了水性环氧涂料的固化成膜机理。本研究得出的主要结论如下:(1)氢键受体选择氯化胆碱,氢键供体由尿素、丙二酸和丙三醇两两复配而成,制备三元DES体系的最佳摩尔比均为1:1:1,此时三元DES的黏度相对最低,其中氯化胆碱/尿素/丙三醇DES在室温下黏度过大,不利于操作。由TG分析得出,在相同摩尔比的条件下,氯化胆碱/尿素/丙二酸DES的热稳定性要优于氯化胆碱/丙二酸/丙三醇DES体系。最终筛选出的三元DES体系为氯化胆碱/尿素/丙二酸DES(1:1:1),具有优异的流动性和良好的热稳定性,从而有助于LS的降解与活化。(2)经氯化胆碱/尿素/丙二酸DES催化活化处理后,TLS的重均分子量减小,分子量分布变窄,表面活性得到了改善,可以更好地降低水的表面张力,但温度过高可能会导致降解的木质素小分子重新聚合。三元DES的改性处理并未破坏1040cm-1和652cm-1处磺酸基的活性作用,新增的1367cm-1处酚羟基面内弯曲振动吸收峰和952cm-1处羧基中-0-H面外弯曲振动吸收峰,均说明TLS仍保持良好的亲水性。综合考虑,氯化胆碱/尿素/丙二酸DES催化活化LS的最佳条件为:处理温度100℃,处理时间4h,固液比1:10,得到的TLS分子量较小且分布较窄,具有良好的亲水性与表面活性。(3)环氧树脂乳液的固含量通过影响分散相粒子间的静电斥力作用而影响乳液的稳定性,固含量过高或者过低,都将造成乳液的稳定性降低。当固含量在43%45%左右时,环氧树脂乳液均有良好的稳定性。制得的环氧树脂乳液的黏度均较低,基本在60120mPa·s之间,乳液的黏度随着用水量的增加而降低,随乳化剂含量的增加而增大,这主要与分散相内部分子产生运动所受到的阻力作用有关。综合分析,制备水性环氧树脂乳液的最优工艺条件为:用水量55%,乳化剂含量30%,乳化温度55℃,乳化时间1h,超声时间30min。在此条件下,制得的环氧树脂乳液粒子呈较为规则的实心球状,粒子间距较小,乳液的固含量适中(45.4%),黏度较低(76 mPa·s),稳定性能够满足要求,无分层、沉淀出现。(4)当环氧基与胺氢摩尔比为1:1.5,且选用聚醚胺D-400为固化剂时,漆膜的综合性能较优;此外,加入润湿流平剂、消泡剂以及固化促进剂等助剂后,漆膜的实际干燥时间缩短了一个小时,硬度和附着力得到了显著提高,同时改善了漆膜的耐热性和耐碱性。水性环氧涂料的固化成膜过程是一个同时包含物理和化学反应的复杂过程,其具体过程大致可概括为四个步骤:(1)水分挥发,固化剂与乳胶粒子表面发生固化交联反应;(2)水分进一步挥发,乳胶粒子相互靠近,逐渐形成规则的三维网状结构;(3)体系中的小分子助剂和残留水分扩散至膜表面挥发掉,乳胶粒子紧挨在一起,同时固化剂分子向乳胶粒子内部扩散,发生进一步固化交联反应;(4)乳胶粒子逐渐改变原有形态,凝结成紧密的六边形结构,形成固化完全、均一连续的漆膜。
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