水性環(huán)氧樹脂是常用的熱固性樹脂之一，結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基、羥基、醚鍵等極性基團(tuán)，性能優(yōu)異，在涂料和膠黏劑領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。涂料領(lǐng)域常作為底漆使用，附著力高，防腐性能好。膠黏劑領(lǐng)域常作為結(jié)構(gòu)膠黏劑，粘接強(qiáng)度高，耐老化性能好。目前市場上環(huán)氧樹脂涂料、膠黏劑仍以溶劑型為主，常用溶劑有芳香烴類、酯類、酮類等，VOC含量高。隨著人們對環(huán)境問題的日益重視以及環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格，低VOC或零VOC的水性環(huán)氧樹脂乳液逐漸成為研究的重點。

　　水性環(huán)氧樹脂乳液是指環(huán)氧樹脂以微?；蛞旱蔚男问椒稚⒃谝运疄檫B續(xù)相的介質(zhì)中而獲得的穩(wěn)定分散體系。由于環(huán)氧樹脂是親油性聚合物，所以制備水性環(huán)氧樹脂乳液時必須在體系中加入乳化劑或在其分子鏈中引入親水基團(tuán)使其具有自乳化能力。

　　方法對比

　　1、可操作性

　　相反轉(zhuǎn)法操作較自乳化法復(fù)雜，需要考慮的因素多。選擇合適的乳化劑，控制好乳化劑用量、乳化溫度、攪拌速度、加水速度等因素，就能夠方便的制備出粒徑小、穩(wěn)定性好的水性環(huán)氧樹脂乳液。

　　自乳化法涉及多步合成改性環(huán)氧樹脂，成本較高，但制備出的改性環(huán)氧樹脂乳化過程更為簡單，一般只需加水?dāng)嚢杓纯煞奖愕刂苽淞Ｗ痈?、穩(wěn)定性更好的水性環(huán)氧樹脂乳液。

　　2、穩(wěn)定性

　　采用離心機(jī)離心測試是否分層可衡量乳液機(jī)械穩(wěn)定性，靜置檢查是否分層可衡量乳液貯存穩(wěn)定性。相反轉(zhuǎn)法制備的水性環(huán)氧樹脂乳液機(jī)械穩(wěn)定性與貯存穩(wěn)定性與乳化劑用量有關(guān)，在一定用量范圍內(nèi)，隨著乳化劑用量增多，機(jī)械穩(wěn)定性與貯存穩(wěn)定性明顯改善。一般說來，自乳化法制備的水性環(huán)氧樹脂乳液機(jī)械穩(wěn)定性與貯存穩(wěn)定性比相反轉(zhuǎn)法要好，但當(dāng)添加適量的乳化劑時，相反轉(zhuǎn)法也可制備出穩(wěn)定性與自乳化法水性環(huán)氧樹脂相當(dāng)?shù)娜橐?，這是因為較多的乳化劑能夠在分散相粒子表面形成牢固的保護(hù)層，防止乳膠粒子相互碰撞發(fā)生沉降導(dǎo)致分層或破乳，保證乳液穩(wěn)定性。

　　采用環(huán)氧樹脂E51與聚乙二醇制備出一種環(huán)氧樹脂乳化劑，并比較了相反轉(zhuǎn)法與乳化劑化學(xué)改性環(huán)氧樹脂的自乳化法水性環(huán)氧樹脂乳液的優(yōu)劣，結(jié)果表明，當(dāng)乳化劑用量均為10%時，自乳化法水性環(huán)氧樹脂乳液機(jī)械穩(wěn)定性與貯存穩(wěn)定性均優(yōu)于相反轉(zhuǎn)法水性環(huán)氧樹脂乳液，當(dāng)相反轉(zhuǎn)法乳化劑用量增加至16%時，才可制備出穩(wěn)定性相當(dāng)?shù)娜橐骸?/p>

　　3、分散相粒徑及粒徑分布

　　水性環(huán)氧樹脂乳液分散相粒徑可用激光粒度儀來測量。對于相反轉(zhuǎn)法來說，在一定乳化劑用量范圍內(nèi)，乳化劑用量越大，分散相粒徑越小，一般在1 μm左右，這是因為當(dāng)乳化劑用量較大時，相反轉(zhuǎn)前，乳化劑分子能及時擴(kuò)散到新形成的水滴表面，保證水滴具有恒定大小并維持較小尺寸;相反轉(zhuǎn)后，乳化劑分子能及時包覆乳膠粒子使之不能聚集變大，因而能得到分散相微粒尺寸較小的水包油型乳液。自乳化法制備的水性環(huán)氧樹脂乳液粒徑一般在納米級別，而且粒徑分布更窄。

　　以Span-80 和十二烷基硫酸鈉(SDS)為復(fù)合乳化劑，通過對復(fù)合乳化劑HLB值、濃度以及反應(yīng)溫度的篩選，得出了制備水性環(huán)氧樹脂乳液的優(yōu)條件，即當(dāng)復(fù)合乳化劑HLB 值為16.2，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，溫度為50oC時，得到的水性環(huán)氧樹脂乳液穩(wěn)定性好，分散相粒徑約150 nm左右，且粒徑分布較窄。

　　利用甲苯二異氰酸酯易于羥基反應(yīng)的特點，將親水基團(tuán)聚乙二醇-1000接枝到環(huán)氧樹脂鏈段中，制備出非離子型自乳化水性環(huán)氧樹脂乳液。該乳液穩(wěn)定性好，平均粒徑在30 nm左右，且粒徑分布范圍窄。制備的涂膜附著力為2級，耐水性及耐酸堿性均良好。

　　4、涂膜性能

　　相較于自乳化法，相反轉(zhuǎn)法制備的水性環(huán)氧樹脂乳液由于有較多的乳化劑殘留，成膜后涂膜的光澤、硬度、耐水性、耐溶劑性等會受到一定影響，但是只要固化劑比例合適，固化過程控制得當(dāng)，2種方法可以得到性能相近的涂膜。研究表明，對于水性環(huán)氧樹脂，固化過程控制是影響涂膜性能的關(guān)鍵因素，干膜厚度、干燥溫度、膜層微結(jié)構(gòu)等對涂膜性能的影響比乳化劑帶來的影響要大得多。

　　采用環(huán)氧樹脂E44與親水基團(tuán)聚乙二醇(PEG)反應(yīng)，合成了一種水性環(huán)氧樹脂乳化劑，并與環(huán)氧樹脂E44按一定比例混合，使用相反轉(zhuǎn)法制備了水性環(huán)氧樹脂乳液。研究結(jié)果表明：當(dāng)聚乙二醇相對分子質(zhì)量為6 000，羥基與環(huán)氧基物質(zhì)的量比為l.00∶1.25，并于130oC左右反應(yīng)時，合成的乳化劑具有好的乳化效果。當(dāng)乳化劑用量為12%時，制得的涂膜具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性，附著力為2級，硬度為3H。

　　水性環(huán)氧樹脂經(jīng)過幾十年的發(fā)展，制備工藝及涂膜性能都有了巨大提升，有的已經(jīng)接近甚至達(dá)到溶劑型環(huán)氧樹脂的性能。目前在軌道交通領(lǐng)域，地鐵水性化涂裝體系已全面推廣，高鐵水性化涂裝體系研究正在推進(jìn)。隨著對水性環(huán)氧樹脂研究的不斷深入，相信性能更佳的產(chǎn)品將不斷涌現(xiàn)，并將逐步替代傳統(tǒng)溶劑型環(huán)氧樹脂，實現(xiàn)綠色涂裝。

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