ow型環(huán)氧樹脂性能研究

0乳化劑的選擇及用量及用量范圍采用原位聚合物法或界面聚合物法制備環(huán)氧樹脂微膠囊時(shí)，通過乳化作用將環(huán)氧樹脂芯材以小液滴注的形式分散在溶液中，形成一定的穩(wěn)定性溶液分散體系。本文選取常用乳化劑,研究分析乳化劑乳化機(jī)理,一定反應(yīng)條件下,通過改變?nèi)榛瘎┓N類及用量乳化環(huán)氧樹脂,對比分析結(jié)果,確定滿足功能要求的乳化劑。1實(shí)驗(yàn)1.1化學(xué)試劑及試劑環(huán)氧樹脂E51,藍(lán)星新材料無錫樹脂廠;磷酸三丁酯,分析純,廣東光華科技有限公司;SDBS,化學(xué)純,天津市登峰化學(xué)試劑廠;SDS,分析純,天津市科盟化工工貿(mào)有限公司;OP-10,化學(xué)純,天津市富宇精細(xì)化工有限公司;Tween80,化學(xué)純,天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司;PSMS,自制。普通玻璃儀器;數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī),FJ200-S型;增力電動(dòng)攪拌器,DJ1C-60W型;光學(xué)顯微鏡,XAJ-2030B型;粒度分析儀,LS13320型;電子天秤。1.2均質(zhì)機(jī)均質(zhì)強(qiáng)化乳化實(shí)驗(yàn)兩步法制備環(huán)氧樹脂微膠囊時(shí),首先要乳化環(huán)氧樹脂形成乳液,然后加入壁材進(jìn)行機(jī)械攪拌,一定反應(yīng)條件下生成微膠囊。本文主要進(jìn)行均質(zhì)機(jī)均質(zhì)及機(jī)械攪拌兩階段實(shí)驗(yàn)。均質(zhì)機(jī)均質(zhì)階段,均質(zhì)機(jī)高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的剪切作用將環(huán)氧樹脂打散成小液滴,選取不同濃度的乳化劑進(jìn)行乳化。均質(zhì)機(jī)均質(zhì)時(shí)間為15min,每5min取樣,在光學(xué)顯微鏡下觀察乳化劑乳化效果。機(jī)械攪拌階段,主要觀察芯材液滴不斷合并時(shí)粒徑的變化,考慮滴酸時(shí)壁材預(yù)聚物交聯(lián)成膜過程,將芯材乳液放入溫度調(diào)整為60℃水浴鍋中加熱,時(shí)間定為15min,每5min取樣,在光學(xué)顯微鏡下觀察乳化劑乳化效果。2結(jié)果與分析2.1乳化劑的確定溶液中油相、水相及生成乳液的類型決定了乳化劑的選擇,最常用方法是HLB(hydrophilic-lipophilebalance)法。HLB值即親水親油值平衡值,實(shí)驗(yàn)中要生成O/W型乳液,則HLB值一般選擇范圍為8~18。HLB值具有加和性,公式為其中,H(AB)為表面活性劑A和B的混合親水親油平衡值,H(A)、H(B)分別為表面活性劑A和B的HLB值,m(A)、m(B)分別為混合表面活性劑中A和B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。實(shí)驗(yàn)用到乳化劑HLB值如表1所示。根據(jù)HLB理論,表中乳化劑HLB值均大于8,都能乳化環(huán)氧樹脂形成穩(wěn)定的O/W型乳液。實(shí)驗(yàn)過程中,溫度控制在60℃,水溶液100mL,環(huán)氧樹脂10g,均質(zhì)及機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速均保持不變,通過改變?nèi)榛瘎┓N類及用量,觀察分析乳液制備情況,最終確定乳化效果最好的乳化劑。乳化劑在不同液相之間的表面吸附是乳液形成的最重要因素,主要作用機(jī)理有:(1)降低液相界面間的張力,降低了乳液體系因界面面積增加而引起的熱力學(xué)不穩(wěn)定性;(2)表面活性劑吸附于液相表面而形成機(jī)械或電性隔離,延緩分散相液滴集結(jié)速度。2.2評價(jià)陰離子乳化效果的途徑陰離子型乳化劑在水中離解生成離子帶負(fù)電荷,最常用的有烷基苯磺酸鹽和硫酸脂鹽,選取各自最具代表的一種乳化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并分析結(jié)果。2.2.1乳化劑的乳化結(jié)果烷基苯磺酸鹽在陰離子表面活性劑中應(yīng)用最為廣泛,其結(jié)構(gòu)中烷基碳原子數(shù)、苯環(huán)位置、磺酸基位置及數(shù)目、烷基鏈支化程度等均對乳化性能產(chǎn)生影響,結(jié)構(gòu)通式為式中,R為烷基,其中碳原子個(gè)數(shù)在12個(gè)左右。SDBS在烷基苯磺酸鹽中應(yīng)用最多,作乳化劑進(jìn)行乳化時(shí),保持其它條件不變,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為環(huán)氧樹脂E51的1%,5%,10%分別進(jìn)行乳化并統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,獲得分散相液滴的平均粒徑。如圖1~3所示。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果得出,粒徑分布均接近正態(tài)分布,1%乳化劑均質(zhì)5min時(shí)分散環(huán)氧樹脂液滴平均粒徑為5.68μm,均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為7.58μm;5%乳化劑均質(zhì)5min時(shí)分散液滴平均粒徑為8.01μm,均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為9.69μm;10%乳化劑均質(zhì)5min時(shí)分散液滴平均粒徑為8.42μm,均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為7.19μm。不同濃度,均質(zhì)效果相差不大。均質(zhì)15min后停機(jī)觀察,發(fā)現(xiàn)燒杯底部均有環(huán)氧樹脂團(tuán)聚物,表明SDBS作為乳化劑在本實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件下不適合乳化環(huán)氧樹脂。2.2.2乳化劑用量及用量對粒徑大小的影響硫酸脂鹽又稱硫酸鹽,廣泛應(yīng)用于潤濕、乳化、去污等方面,易水解,酸性條件下水解反應(yīng)式為該反應(yīng)會(huì)不斷促進(jìn)水解及pH值的下降。碳鏈長度不同,性質(zhì)有所差別,碳鏈越長,水中溶解度相對會(huì)降低。SDS在硫酸脂鹽中應(yīng)用較多,作為乳化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),用量分別為環(huán)氧樹脂E51質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.5%,1%,5%進(jìn)行乳化,觀察分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如圖4~6所示。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果得出,粒徑分布均接近正態(tài)分布,0.5%乳化劑用量均質(zhì)5min時(shí)分散液滴平均粒徑為6.57μm,均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為8.17μm;1%乳化劑用量均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為8.21μm,機(jī)械攪拌15min時(shí)分散液滴平均粒徑為9.28μm;5%乳化劑用量均質(zhì)5min時(shí)分散液滴平均粒徑為16.98μm。乳化劑用量不同,乳化效果不同,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí),機(jī)均5及15min粒徑大小變化不大,但燒杯底部仍有部分環(huán)氧樹脂未被乳化;質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),均質(zhì)15min后,溶液中粒徑分布基本穩(wěn)定,但乳液上層泡沫較多且難以消除,機(jī)械攪拌15min后,環(huán)氧樹脂液滴粒徑分布不均,燒杯底部無沉淀;質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí),均質(zhì)5min在顯微鏡下觀察,大量環(huán)氧液滴粘連嚴(yán)重,均質(zhì)15min,效果沒有明顯改觀。從乳化效果看出,乳化劑濃度不能太高或太低,均不利于乳狀液的生成。2.3非離子乳化效果分析最常用的非離子型乳化劑主要有Tween80、OP-10及PSMS。2.3.1粒徑分布情況Tween80具有良好的表面活性,可溶于水,無毒,應(yīng)用范圍廣。實(shí)驗(yàn)中,選取相對環(huán)氧樹脂E51質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%,5%,10%的Tween80進(jìn)行乳化并觀察分析,結(jié)果如圖7~9所示。分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果,粒徑分布均接近正態(tài)分布,1%乳化劑用量,均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為15.68μm,機(jī)械攪拌15min時(shí)分散液滴平均粒徑為22.63μm;5%乳化劑用量,均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為10μm,機(jī)械攪拌15min時(shí)分散液滴平均粒徑為10.44μm;10%乳化劑用量,均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為9.91μm,機(jī)械攪拌15min時(shí)分散液滴平均粒徑為11.29μm。停止攪拌觀察,不同濃度乳化劑制備的乳液中均未出現(xiàn)沉淀。停止攪拌,各濃度乳液均比較穩(wěn)定,說明Tween80可以作為環(huán)氧樹脂的乳化劑。2.3.2作乳化劑乳化結(jié)果OP-10稱為辛烷基苯酚聚氧乙烯醚,在水中的解度隨溫度升高而降低,作乳化劑使用時(shí)溫度需控制在一定范圍。實(shí)驗(yàn)中分別用相對環(huán)氧樹脂E51質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,5%,10%的OP-10作乳化劑進(jìn)行乳化并觀察分析,結(jié)果如圖10~12所示。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果得出,粒徑分布均接近正態(tài)分布,1%乳化劑均質(zhì)5min時(shí)分散液滴平均粒徑為13.98μm,均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為9.85μm;5%乳化劑均質(zhì)5min時(shí)分散液滴平均粒徑為12.43μm,均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為9.82μm;10%乳化劑均質(zhì)5min時(shí)分散液滴平均粒徑為7.96μm,均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為8.81μm。均質(zhì)15min后,發(fā)現(xiàn)燒杯底部均有沉淀,OP-10作為乳化劑,在實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件下并不適合作乳化劑乳化環(huán)氧樹脂。2.3.3乳化劑的均質(zhì)及粒徑PSMS一般為交替共聚物,不同結(jié)構(gòu)對應(yīng)不同性質(zhì),如在熱穩(wěn)定性方面,分子鏈上MA比例越高熱穩(wěn)定性越低。實(shí)驗(yàn)中分別用相對環(huán)氧樹脂E51質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%,5%,10%的苯乙烯-馬來酸鈉進(jìn)行乳化并觀察分析,結(jié)果如圖13~15所示。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果得出,粒徑分布均接近正態(tài)分布,1%乳化劑均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為8.81μm;5%乳化劑均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為12.27μm,機(jī)械攪拌15min時(shí)分散液滴平均粒徑為11.95μm;10%乳化劑均質(zhì)15min時(shí)分散液滴平均粒徑為11.72μm,機(jī)械攪拌15min時(shí)分散液滴平均粒徑為13.25μm。乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%時(shí),均質(zhì)15min后發(fā)現(xiàn)有大量環(huán)氧樹脂粘連在了均質(zhì)機(jī)壁上,分析為乳化劑濃度偏低所致;質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí),機(jī)械攪拌15min后粒徑相對均質(zhì)15min時(shí)有所變大,燒杯底部無沉淀;質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí),乳液相對穩(wěn)定,粒徑分布均勻且前后變化不大。停止攪拌,各濃度乳液均比較穩(wěn)定,說明PSMS也可以作為環(huán)氧樹脂E51的乳化劑。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,Tween80和PSMS在實(shí)驗(yàn)條件下作乳化劑更為合適,此結(jié)果與一些文獻(xiàn)中的描述有所差異,因此,針對具體乳化對象和實(shí)驗(yàn)條件,充分對比分析不同乳化劑的乳化效果,最終才能確