二乙烯三胺

水性环氧树脂两种乳化方式的比较分析

时间:2018-08-29 / 分类:固化剂新闻 / 评论:评论关闭 / 浏览:

水性环氧树脂是常用的热固性树脂之一,结构中含有环氧基、羟基、醚键等极性基团,性能优异,在涂料和胶黏剂领域有着广泛的应用。涂料领域常作为底漆使用,附着力高,防腐性能好。胶黏剂领域常作为结构胶黏剂,粘接强度高,耐老化性能好。目前市场上环氧树脂涂料、胶黏剂仍以溶剂型为主,常用溶剂有芳香烃类、酯类、酮类等,VOC含量高。随着人们对环境问题的日益重视以及环保法规的日趋严格,低VOC或零VOC的水性环氧树脂乳液逐渐成为研究的重点。

水性环氧树脂乳液是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的介质中而获得的稳定分散体系。由于环氧树脂是亲油性聚合物,所以制备水性环氧树脂乳液时必须在体系中加入乳化剂或在其分子链中引入亲水基团使其具有自乳化能力。

方法对比

1、可操作性

相反转法操作较自乳化法复杂,需要考虑的因素多。选择合适的乳化剂,控制好乳化剂用量、乳化温度、搅拌速度、加水速度等因素,就能够方便的制备出粒径小、稳定性好的水性环氧树脂乳液。

自乳化法涉及多步合成改性环氧树脂,成本较高,但制备出的改性环氧树脂乳化过程更为简单,一般只需加水搅拌即可方便地制备粒子更小、稳定性更好的水性环氧树脂乳液。

2、稳定性

采用离心机离心测试是否分层可衡量乳液机械稳定性,静置检查是否分层可衡量乳液贮存稳定性。相反转法制备的水性环氧树脂乳液机械稳定性与贮存稳定性与乳化剂用量有关,在一定用量范围内,随着乳化剂用量增多,机械稳定性与贮存稳定性明显改善。一般说来,自乳化法制备的水性环氧树脂乳液机械稳定性与贮存稳定性比相反转法要好,但当添加适量的乳化剂时,相反转法也可制备出稳定性与自乳化法水性环氧树脂相当的乳液,这是因为较多的乳化剂能够在分散相粒子表面形成牢固的保护层,防止乳胶粒子相互碰撞发生沉降导致分层或破乳,保证乳液稳定性。

3、分散相粒径及粒径分布

水性环氧树脂乳液分散相粒径可用激光粒度仪来测量。对于相反转法来说,在一定乳化剂用量范围内,乳化剂用量越大,分散相粒径越小,一般在1 μm左右,这是因为当乳化剂用量较大时,相反转前,乳化剂分子能及时扩散到新形成的水滴表面,保证水滴具有恒定大小并维持较小尺寸;相反转后,乳化剂分子能及时包覆乳胶粒子使之不能聚集变大,因而能得到分散相微粒尺寸较小的水包油型乳液。自乳化法制备的水性环氧树脂乳液粒径一般在纳米级别,而且粒径分布更窄。

以Span-80 和十二烷基硫酸钠(SDS)为复合乳化剂,通过对复合乳化剂HLB值、浓度以及反应温度的筛选,得出了制备水性环氧树脂乳液的最优条件,即当复合乳化剂HLB 值为16.2,质量分数为9%,温度为50oC时,得到的水性环氧树脂乳液稳定性最好,分散相粒径约150 nm左右,且粒径分布较窄。

利用甲苯二异氰酸酯易于羟基反应的特点,将亲水基团聚乙二醇-1000接枝到环氧树脂链段中,制备出非离子型自乳化水性环氧树脂乳液。该乳液稳定性好,平均粒径在30 nm左右,且粒径分布范围窄。制备的涂膜附着力为2级,耐水性及耐酸碱性均良好。

4、涂膜性能

相较于自乳化法,相反转法制备的水性环氧树脂乳液由于有较多的乳化剂残留,成膜后涂膜的光泽、硬度、耐水性、耐溶剂性等会受到一定影响,但是只要固化剂比例合适,固化过程控制得当,2种方法可以得到性能相近的涂膜。研究表明,对于水性环氧树脂,固化过程控制是影响涂膜性能的关键因素,干膜厚度、干燥温度、膜层微结构等对涂膜性能的影响比乳化剂带来的影响要大得多。

水性环氧树脂经过几十年的发展,制备工艺及涂膜性能都有了巨大提升,有的已经接近甚至达到溶剂型环氧树脂的性能。目前在轨道交通领域,地铁水性化涂装体系已全面推广,高铁水性化涂装体系研究正在推进。随着对水性环氧树脂研究的不断深入,相信性能更佳的产品将不断涌现,并将逐步替代传统溶剂型环氧树脂,实现绿色涂装。

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