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环氧树脂的水性化

文章来源:环氧树脂   作者:环氧树脂   发布时间:2019-04-15 10:21   浏览次数:

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目前,制备水性环氧树脂体系的方法主要有4种:直接乳化法、相反转乳化法、自乳化法以及固化剂乳化法。

环氧树脂

1、直接乳化法

直接乳化法又称机械法,通过球磨机、胶体磨、超声波震荡、高速搅拌、均质机乳化等手段将环氧树脂磨碎或分散均匀,在乳化剂水溶液的作用下,再通过机械搅拌将粒子分散于水中;或将环氧树脂和乳化剂混合,加热到适当的温度,在激烈搅拌下逐渐加入水而形成乳液。可采用的乳化剂有聚氧乙烯烷芳基醚、聚氧乙烯烷基酯等O/W型的乳化剂。自乳化法的优点是工艺简单,乳化剂的用量较少,但乳液中环氧树脂分散相微粒的尺寸较大,约50 μm左右,粒子形状不规则且粒径分布较宽,所以配制的乳液稳定性差,时间一长乳液就会分层,并且乳液的成膜性能也不是很好。

2、相反转乳化法

相反转法是在高速剪切作用下,先在不加水的条件下将外加乳化剂和环氧树脂混合均匀,随后在一定的剪切条件下缓慢地向体系中加入蒸馏水,随着加水量的增加,整个体系逐步由W/O向O/W转变,形成均匀稳定的水可稀释体系。在此过程中水性环氧树脂乳液的许多性质会发生突变,如体系的粘度、导电性和表面张力等,通过测定体系乳化过程中的电导率和粘度的变化即可判断相反转是否完全。该乳化过程可在室温环境下进行,对于固体环氧树脂,则需要借助于少量有机溶剂或加热来降低环氧树脂的本体粘度,然后再进行乳化。相反转乳化法的机理为在较高的乳化剂用量下,将乳化剂(E相)与油相(O相)混溶获得的可溶化油,在加水过程中先转变成层状液晶结构,再转变成乳化剂连续相所包裹的油滴凝胶状乳状液(O/E)结构,之后才转变成O/W型乳状液。一方面,乳化过程的中间状态是O/E结构,其连续相E相是乳化剂,它把油滴分散溶解使之不能聚集变大,因此能够获得乳胶颗粒粒径比较小的乳状液。另一方面,在相反转点附近,相界面的表面张力非常低,降低了使连续相破碎成分散相所需能量,在机械功作用下就可以使连续相(O相)转变为分散相。相反转法的特点是制备方法简便、易实施,获得的分散相的平均粒径为1~2 μm,所以稳定性依然较差,且含有较多的乳化剂,对涂膜的耐水性、硬度以及耐溶剂性均有不良影响。

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3、自乳化法

自乳化法又称化学改性法,通过对环氧树脂分子进行改性,将极性基团引入到环氧树脂分子的非极性链上,使它成为亲水亲油的两亲聚合物,这类改性后的高聚物又称离聚体。当加水进行乳化时,离聚体的疏水链端聚集,极性基团则分布在微粒的表面,所以这些微粒之间存在电荷斥力,只要满足一定的动力学条件,就可形成稳定的水性环氧树脂乳液。

在环氧树脂中,环氧基的存在使其具有较好的反应活性,因为环氧基为三元环,张力大,C、O电负性的不同使该三元环具有极性,容易受到亲核试剂或亲电试剂进攻而发生开环反应;分子骨架上所悬挂的羟基虽然具有一定反应活性,但由于空间位阻,其反应活性较差。在环氧树脂中引入具有亲水性的极性基团,如离子型磺酸基、羧酸基和胺基,非离子型的聚醚等,极性基团的浓度、亲水性能、环氧树脂的分子量及链结构等均影响乳液的状态。用化学改性法制备的水性环氧树脂乳液中分散相粒子的尺寸较小,约为几十到几百纳米。但化学改性法的制备步骤不易控制,产品的成本也较高。根据反应类型的不同,现有的自乳化方法可分为醚化反应型、酯化反应型和接枝型。

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4、环氧树脂固化剂乳化法

这类体系中的环氧树脂一般预先不乳化,而由水性环氧固化剂在使用前混合乳化,因而这类固化剂要既是交联剂又是乳化剂。水性环氧固化剂是以多胺为基础,对多胺固化剂进行加成、接枝、扩链和封端,在其分子中引入具有表面活性作用的非离子型表面活性链段,对低分子量的液体环氧树脂具有良好的乳化作用。用固化剂乳化法制备水性环氧树脂体系的优势是在使用前由固化剂直接乳化环氧树脂,不需考虑环氧树脂乳液的储存稳定性和冻融稳定性;缺点是配得的乳液适用期短。

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