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                        水性環氧樹脂塗料的四種研究方法
                        [2014/6/28]

                             水性環氧樹脂第一代産品是直接用乳化劑進行乳化,第二代水性環氧體系是采用水溶性固化劑乳化油溶性環氧樹脂;第三代水性環氧體系是由美國殼牌公司多年研究開發成功的,這一體系的環氧樹脂和固化劑都接上了非離子型表面活性劑,由其配制的塗料塗膜可達到或超過溶劑型塗料的塗膜性能指標。此前國內推出的多種水性環氧體系技術仍停留在第二代的水平上,由其配制的塗料産品在使用上遠遠不能達到溶劑型環氧塗料的水平,到2004年國內才公開報道合成出第三代水性環氧體系,且技術達到了美國殼牌公司同類産品水平。

                            水性環氧樹脂乳液

                            水性環氧樹脂是指環氧樹脂以微粒或液滴的形式分散在以水爲連續相的分散介質中而配制的穩定分散體系。由于環氧樹脂本身不溶于水,不能直接加水進行乳化,因而要制得水性環氧樹脂乳液,必須設法在其分子鏈中引入有親水作用的分子鏈段或者加入親水組分。根據制備方法的不同,環氧樹脂水性化主要有以下2 種方法:外加乳化劑法、自乳化法。

                            外加乳化劑法

                            這是一種利用外加乳化劑使環氧樹脂乳化而形成水包油型(O/W)乳液的方法,主要實施方法有機械法、相反轉法和改性固化劑乳化法。

                           機械法是將固體環氧樹脂預先磨成微米級的環氧樹脂粉末,在加熱條件下加入乳化劑水溶液,通過激烈的機械攪拌即可制得水性環氧樹脂乳液。所采用的乳化劑較多是聚氧乙烯烷基醚(HLB值爲10.8~16.5)、聚氧乙烯烷基酯(HLB 值爲9.0~16.5)及聚氧乙烯烷芳基醚(HLB 值爲10.9~19.5)等。該法優點是工藝簡單,所需乳化劑的用量少,但乳液中環氧樹脂分散相微粒的粒徑較大,約50 μm,粒子形狀不規則,粒度分布較寬,乳液穩定性及成膜性差。

                            相反轉法

                            相反轉法是一種制備高分子樹脂乳液較爲有效的方法,幾乎可將所有的高分子樹脂借助于外加乳化劑作用並通過物理乳化的方法制得相應的乳液。相反轉指多組分體系中的連續相在一定條件下相互轉化的過程,如在油/水/乳化劑體系中,其連續相由水相向油相(或從油相向水相)的轉變,在連續相轉變區,體系的界面張力最低,因而分散相的尺寸最小。

                            通過相反轉法將高分子樹脂乳化爲乳液,其分散相的平均粒徑一般爲1~2μm,穩定性相對較好。該乳化過程可在室溫環境下進行,對高分子質量固體環氧樹脂,則需要加少量有機溶劑並加熱以降低其本體黏度,繼而再進行轉換和乳化。國內外對相反轉法研究都比較多,如楊振忠等用雙酚A環氧樹脂與聚乙二醇(PEG)等反應,合成多嵌段共聚物PEG-(EP-PEG)3-EP-PEG,用它作爲乳化劑采用相反轉法制得環氧樹脂乳液,並對相反轉機理和相反轉技術進行了深入研究;陳永等用端甲氧基聚乙二醇- 馬來酸酐-E-44 多元共聚物合成非離子型水性環氧樹脂乳化劑,並以相反轉技術乳化環氧樹脂E-44,得到環氧樹脂乳液。

                            改性固化劑乳化法

                            改性固化劑乳化法是將多元胺固化劑進行擴鏈、接枝、成鹽而制得,非極性及具有表面活性的基團和鏈段的引入,不僅改善了其與環氧樹脂的相容性,而且對低分子質量液體樹脂有良好的乳化作用,因而同時兼有乳化及交聯固化功能。如將多乙烯多胺與單環氧化物加成使大部分伯胺氫封閉,再用雙酚A環氧樹脂與之加成,提高與環氧樹脂的相容性,然後用乙酸中和成鹽,制成水性環氧固化劑,此固化劑可分散于水中,向其水溶液中直接加入環氧樹脂可形成穩定的水乳化環氧體系。此方法制備的水性環氧塗料的優勢是在使用前將兩組分混合乳化,不需要考慮環氧乳液的存儲穩定性,缺點是配制的乳液適用期短。

                            自乳化法

                            自乳化法又稱化學改性法,是通過對環氧樹脂分子進行改性,將離子基團或極性基團引入到環氧樹脂分子的非極性鏈上,使它成爲親水親油的兩親性聚合物,從而具有表面活性劑的作用。當這類改性聚合物加水進行乳化時,疏水性高聚物分子鏈就會聚集成微粒,離子基團或極性基團分布在這些微粒的表面,由于帶有同種電荷而相互排斥,只要滿足一定的動力學條件,就可形成穩定的水性環氧樹脂乳液。用化學改性法制備的水性環氧樹脂乳液中分散相粒子的尺寸很小,約爲幾十到幾百個納米,乳液穩定性好,具有更高的研究和開發價值。

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