CO2的侵蝕下酸酐固化環(huán)氧樹(shù)脂的固化.docx

CO2侵蝕下環(huán)氧樹(shù)脂玻璃鋼的腐蝕（酸酐固化）姓名：袁瑾 學(xué)號(hào)：1081900204 班級(jí)：0819103專(zhuān)業(yè)：材料科學(xué)與工程 日期：2011.4.27CO2侵蝕下環(huán)氧樹(shù)脂玻璃鋼的腐蝕（酸酐固化）一、環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，除個(gè)別外，它們的相對(duì)分子質(zhì)量都不高。環(huán)氧樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)為其特征，環(huán)氧基團(tuán)可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，使它們可與多種類(lèi)型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。根據(jù)合成路線分分為兩類(lèi)：1、由多元酚或多元胺基與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)而得的環(huán)氧樹(shù)脂；2、由分子內(nèi)碳碳雙鍵氧化而得的環(huán)氧樹(shù)脂。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹(shù)脂大體上可分為五大類(lèi)：1、 縮水甘油醚類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂；2、 縮水甘油酯類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂；3、 縮水甘油胺類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂；4、 線型脂肪族類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂；5、 脂環(huán)族類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂具有六個(gè)顯著的特點(diǎn)：1、適應(yīng)性廣，由于樹(shù)脂基體的品種繁多，固化劑的種類(lèi)也很多，從而配方多，可滿足許多工藝要求，并應(yīng)用于很多方面；2、工藝性好，通過(guò)樹(shù)脂配方優(yōu)化，采用各種方法凝固等，可滿足各種工藝要求；3、收縮性小，成形精度高；4、粘附性強(qiáng)，環(huán)氧樹(shù)脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對(duì)各種物質(zhì)具有很高的粘附力；5、穩(wěn)定性好，由于醚鍵位置空間位阻較大，不以反應(yīng)，故化學(xué)穩(wěn)定性好；6、電性能好，在較高的溫度范圍內(nèi)，環(huán)氧樹(shù)脂的電性能變化不大。二、環(huán)氧樹(shù)脂固化劑常用環(huán)氧樹(shù)脂固化劑有脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、樹(shù)脂類(lèi)、叔胺，另外在光引發(fā)劑的作用下紫外線或光也能使環(huán)氧樹(shù)脂固化。常溫或低溫固化一般選用胺類(lèi)固化劑，加溫固化則常用酸酐、芳香類(lèi)固化劑。其中參與固化反應(yīng)的固化劑是結(jié)合型固化劑，如多元胺、多元羧酸、聚酰胺、酸酐、酚醛樹(shù)脂等都是結(jié)合型固化劑。固化劑對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的性能影響較大，一般按下列幾點(diǎn)選擇：1、從性能要求上選擇：有的要求耐高溫，有的要求柔性好，有的要求耐腐蝕性好，則根據(jù)不同要求選用適當(dāng)?shù)墓袒瘎?、從固化方法上選擇：有的制品不能加熱，則不能選用熱固化的固化劑。3、從適用期上選擇：所謂適用期，就是指環(huán)氧樹(shù)脂加入固化劑時(shí)起至不能使用時(shí)止的時(shí)間。要適用期長(zhǎng)的，一般選用酸酐類(lèi)或潛伏性固化劑。4、從安全上選擇：一般要求毒性小的為好，便于安全生產(chǎn)。5、從成本上選擇。三、酸酐固化環(huán)氧樹(shù)脂酸酐與環(huán)氧樹(shù)脂在不加催化劑的情況下，反應(yīng)速度很緩慢，即使溫度達(dá)到200攝氏度也很慢。催化劑可大大的加速酸酐與環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)，常用的固化劑有芐基二甲胺、二甲氨甲基酚、三乙醇胺、2-乙基-4-甲基咪唑等。酸酐與環(huán)氧樹(shù)脂固化反應(yīng)的過(guò)程分為三步：1、 首先開(kāi)始的是引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)中酸酐與醇發(fā)生酯化反應(yīng)，化學(xué)表達(dá)式下：2、 接著進(jìn)行酯化反應(yīng)，第一步得到的產(chǎn)物的羧基與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生開(kāi)環(huán)酯化反應(yīng)，化學(xué)表達(dá)式如下：3、 最后進(jìn)行醚化反應(yīng)，第二步中得到產(chǎn)物上所含的羥基繼續(xù)與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生開(kāi)環(huán)醚化反應(yīng)，化學(xué)表達(dá)式如下：有機(jī)酸酐類(lèi)固化劑在固化反應(yīng)是一般要經(jīng)過(guò)高溫，其優(yōu)點(diǎn)是黏度低、揮發(fā)性低、毒性小、試用期長(zhǎng)等。其缺點(diǎn)是脆性較大，抗沖擊相較差，且需高溫固化。常用的有鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐等，其中鄰苯二甲酸酐最常用。四、環(huán)氧樹(shù)脂玻璃鋼填料的作用是改善制品的一些性能，并改善樹(shù)脂固化時(shí)的散熱條件，用了填料也可以減少環(huán)氧樹(shù)脂的用量，降低成本。因用途不同可選用不同的填料。用玻璃纖維更強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂，可以提高其韌性、耐沖擊性，制成的產(chǎn)品也稱(chēng)為環(huán)氧玻璃鋼，是玻璃鋼中的一種。質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機(jī)械強(qiáng)度高，回收利用少，耐腐蝕?？梢源驿摬闹圃鞕C(jī)器零件和汽車(chē)、船舶外殼等。用環(huán)氧玻璃鋼制成的管道或壓力容器，由于環(huán)氧樹(shù)脂中含有穩(wěn)定的醚鍵，因此具有良好的耐腐蝕性能，常溫下耐鹽酸、中等濃度的硫酸、稀硝酸、大多數(shù)鹽類(lèi)介質(zhì)和有機(jī)萃取劑等，并且由于環(huán)氧樹(shù)脂的脂肪性基不與堿起作用，所以它在眾多的樹(shù)脂材料中具有良好的耐堿性能。在經(jīng)過(guò)纖維增強(qiáng)后，其強(qiáng)度、韌性、耐沖擊性大大提高。從防水方面考慮，由于環(huán)氧樹(shù)脂含有較多羥基，其粘接緊密，分子內(nèi)與分子間的縫隙小，防水效果好。并且環(huán)氧樹(shù)脂有很好的耐霉菌性能。五、環(huán)氧玻璃鋼的腐蝕與防護(hù)從原理上分析, 高聚物腐蝕的主要原因是周?chē)噭┫虿牧蟽?nèi)部滲透擴(kuò)散而引起高聚物分子結(jié)構(gòu)的破壞。高聚物腐蝕的主要形式有化學(xué)裂解、溶脹與溶解、應(yīng)力開(kāi)裂、滲透破壞三類(lèi)。它們共同的特點(diǎn)就是介質(zhì)滲透后與高分子鏈作用而產(chǎn)生破壞。在宏觀表現(xiàn)上大體可以分為三種類(lèi)：表面反應(yīng)腐蝕,即表面首先被腐蝕掉, 然后介質(zhì)接觸試件再繼續(xù)一層一層地腐蝕；形成腐蝕層腐蝕, 腐蝕在一個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行, 其腐蝕深度與時(shí)間成一定關(guān)系；全面浸人型腐蝕, 即樹(shù)脂在短時(shí)間內(nèi)被介質(zhì)全面浸漬腐蝕。盡管環(huán)氧玻璃鋼有很好的耐腐蝕性能，但是在一些特定的環(huán)境下，還是會(huì)出現(xiàn)老化、被腐蝕的現(xiàn)象。下面說(shuō)一下在CO2的侵蝕下，酸酐固化環(huán)氧樹(shù)脂所制的環(huán)氧玻璃鋼。環(huán)氧玻璃鋼中的纖維成分玻璃纖維，很穩(wěn)定，一般參與反應(yīng)。被二氧化碳侵蝕的主要是環(huán)氧樹(shù)脂部分。二氧化碳活潑性不強(qiáng)，不能直接與環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)，只有在某些特定條件下才會(huì)與之反應(yīng)，并且不會(huì)劇烈。其反應(yīng)原理大致為，二氧化碳可溶于水，溶有二氧化碳的溶液會(huì)顯酸性。但是二氧化碳溶于水后酸性很弱，并不足以腐蝕環(huán)氧玻璃鋼，只有在特定環(huán)境下才能起作用。例如在長(zhǎng)時(shí)間的有氧環(huán)境下，由于溶液顯酸性，氧的氧化性會(huì)增強(qiáng)，便很有可能將環(huán)氧玻璃鋼中的環(huán)氧樹(shù)脂氧化，被腐蝕：再有紫外線的存在，會(huì)使溶液的酸性表現(xiàn)出來(lái)，將環(huán)氧樹(shù)脂中的醚鍵水解，從而產(chǎn)生腐蝕。玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂的過(guò)程中，環(huán)氧樹(shù)脂固化體積回收縮變形，而玻璃纖維變形量微小，這就會(huì)不可避免的引起環(huán)氧玻璃鋼內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，并導(dǎo)致微裂紋的存在。這些微裂紋的存在會(huì)使氧氣和氫離子等進(jìn)入到材料內(nèi)部，加速腐蝕。被腐蝕后，環(huán)氧玻璃鋼中的環(huán)氧樹(shù)脂的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)別破壞，使分子排列疏松，從而會(huì)加速腐蝕。腐蝕過(guò)程主要針對(duì)的是醚鍵，故環(huán)氧樹(shù)脂的醚鍵含量的差異會(huì)直接引起腐蝕難易程度的不同。酸酐固化環(huán)氧樹(shù)脂，相同環(huán)氧基團(tuán)數(shù)目，比胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)生的醚鍵數(shù)目要多，故兩者比較而言，相同條件下，酸酐固化環(huán)氧樹(shù)脂更易被二氧化碳腐蝕。腐蝕防護(hù)的方法多種多樣, 較為普遍的有陰極保護(hù)法、犧牲陽(yáng)極法、鍍層、涂層、玻璃鋼防腐層、塑料、橡膠、耐蝕硅酸鹽材料等, 它們?cè)诓煌沫h(huán)境條件下有其各自的實(shí)用價(jià)值, 其中涂層防護(hù)和玻璃鋼襯里防護(hù)的應(yīng)用較為普遍, 在化工腐蝕防護(hù)領(lǐng)域尤其如此。環(huán)氧樹(shù)脂作為防腐蝕材料不但具有密實(shí)、抗水、抗?jié)B漏好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，同時(shí)具有附著力強(qiáng)、常溫操作、施工簡(jiǎn)便等良好的工藝性，而且價(jià)格適中。六、產(chǎn)物的檢測(cè)與分析酸酐固化環(huán)氧樹(shù)脂被腐蝕后的產(chǎn)物具體是什么，現(xiàn)在已有的研究資料還未說(shuō)明，有待我們?cè)诮窈蟮膶?shí)驗(yàn)中去發(fā)現(xiàn)。從而不可避免的需要聚合物結(jié)構(gòu)探測(cè)手段。現(xiàn)代儀器分析技術(shù)在高聚物結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要包括：振動(dòng)光譜、電子光譜、