自乳化環(huán)氧乳液的特點(diǎn)

前言：采用自乳化環(huán)氧乳化劑制備的自乳化環(huán)氧乳液，具有與環(huán)氧相容性好，粒徑小，穩(wěn)定性好，交聯(lián)度高，憎水性強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度和耐化性能好等特點(diǎn)，還能乳化跟環(huán)氧樹脂相容性好的油性固化劑，同水性固化劑能產(chǎn)生相互乳化的效果。相比其他乳化劑的方式具有更好的綜合性能，必將是未來環(huán)氧水性化的最佳方式。

關(guān)鍵詞：自乳化 乳化劑  乳膠粒子 反應(yīng)交聯(lián)度 多氨基分子結(jié)構(gòu)的固化劑

近年來，隨著國家環(huán)保政策的進(jìn)一步收緊，將環(huán)氧樹脂水性化用于地坪、防腐涂料、復(fù)合砂漿、堵漏防水、復(fù)合材料、建筑修補(bǔ)等領(lǐng)域已成為行業(yè)發(fā)展的共識(shí)，在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到的廣泛的應(yīng)用！

我國環(huán)氧樹脂產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，配套材料包括固化劑不斷功能化，必將推動(dòng)環(huán)氧樹脂進(jìn)一步融入到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)現(xiàn)的各個(gè)領(lǐng)域。其中，環(huán)氧樹脂的水性化是必由之路！

目前，市場上表觀看起來都差不多的環(huán)氧乳液，實(shí)際上性能千差萬別。歸納有以下幾種通用的實(shí)現(xiàn)方式：

一是通過自乳化的水性固化劑乳化液體低分子雙酚A環(huán)氧樹脂。

二是通過外加外乳化劑（不含環(huán)氧結(jié)構(gòu)）乳化液體雙酚A環(huán)氧樹脂（如128）。

三是通過環(huán)氧樹脂和聚醚醚化類型的乳化劑來乳化128或E20、

四是通過自乳化的環(huán)氧乳化劑乳化雙酚A環(huán)氧樹脂（如128或E20、E12乳液).

五是通過環(huán)氧樹脂和乙醇胺的加成反應(yīng)產(chǎn)物，添加單元酸（如乙酸）形成離子型乳化劑乳化環(huán)氧樹脂。以上都需要通過相反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)從油包水到水包油的轉(zhuǎn)化！水為連續(xù)相，環(huán)氧樹脂粒子為分散相。

理論上因?yàn)椴僮餍砸笪覀冃枰原h(huán)氧乳化性能好（親水性強(qiáng)），而固化物則要接近油性環(huán)氧樹脂的性能水平，憎水性強(qiáng)、耐久性好，矛盾的解決需要合理的選擇乳化劑和固化劑。

第一、環(huán)氧的乳化原理

1-1、水性環(huán)氧乳液不同于油性環(huán)氧，油性環(huán)氧是連續(xù)相，環(huán)氧樹脂和固化劑的相容性較好，接觸緊密，分子相互纏繞，一定條件下的反應(yīng)交聯(lián)度高，耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度、耐化性能均較好。而水性環(huán)氧是分散相，樹脂和固化劑以粒子的形式分散懸浮在水中。二者的反應(yīng)交聯(lián)度取決于乳膠粒子的大小、相容性、一定溫度條件下的反應(yīng)活性和破乳的速度等等。而反應(yīng)交聯(lián)度對水性環(huán)氧的機(jī)械性能和耐化性能的影響非常關(guān)鍵，必須作為關(guān)注的重點(diǎn)。 

1-2、乳化劑不同的影響

1-2-1、自乳化環(huán)氧固化劑乳化環(huán)氧樹脂的方式，簡單粗暴，表面成本低，固含量高。

1-2-1-1因固化劑本身即為乳化劑，加量大，親水性強(qiáng)，固化物具有較強(qiáng)親水性，耐化性和耐久性較差。一般應(yīng)用于地坪行業(yè)，在金屬防腐領(lǐng)域和有耐久性要求的環(huán)氧砂漿領(lǐng)域場合基本達(dá)不到要求。

1-2-1-2因乳化是手動(dòng)攪拌器(一般300-400轉(zhuǎn))在較短時(shí)間內(nèi)（1-5分鐘）完成，剪切效率較低，形成的乳液乳膠粒子偏大，交聯(lián)密度、機(jī)械強(qiáng)度和耐化性相對較低。

1-2-1-3有機(jī)酸添加類型的離子型乳液則因酸的存在，相當(dāng)于增塑劑的添加和離子的存在，耐水性、耐化性能相對更欠缺。

1-2-2、外乳化劑（不含環(huán)氧基）的添加缺陷很多，因乳化劑跟環(huán)氧相容性不好，穩(wěn)定性比較差，乳膠粒子偏大，乳化劑基本不參與反應(yīng)，機(jī)械強(qiáng)度和防腐性能都比較差；

1-2-3、單官能團(tuán)的環(huán)氧聚醚乳化劑因相容性的改善，則性能有所提升，包括穩(wěn)定性和機(jī)械性能。但是，單官能團(tuán)乳化劑參與反應(yīng)的程度相對較低，乳化劑中殘留部分無機(jī)酸催化劑，耐水性和機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性均受到較大影響，存儲(chǔ)期較短，尤其是乳液開始變稠返粗后基本只能報(bào)廢處理。目前市場上這種類型的環(huán)氧乳液比較多。

1-2-4、自乳化環(huán)氧乳化劑則不同，一方面跟環(huán)氧樹脂的相容性很好（一分子中有兩分子環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)），另一方面參與反應(yīng)的程度高（雙環(huán)氧和雙羥基），這樣親水基帶來的影響相對小，機(jī)械強(qiáng)度和耐久性、耐鹽霧性相對高，乳膠粒子更小，可以達(dá)到納米級(jí)，穩(wěn)定性更好，一般128類型的乳液正常放置1年左右不會(huì)出現(xiàn)分層！即使出現(xiàn)分層返粗，經(jīng)過繼續(xù)的高速剪切后仍能在較長時(shí)間繼續(xù)使用。還有跟環(huán)氧樹脂相容性好的油性固化劑都很容易被自乳化環(huán)氧乳液乳化，方便環(huán)氧乳液和水性固化劑的相互混溶和乳化，從而提高交聯(lián)度，這是上面其余幾種乳化劑不具有的性能。

1-2-5、離子型乳化劑不適合在防腐領(lǐng)域適應(yīng)，因離子的存在加速了腐蝕電池的形成，會(huì)加速腐蝕進(jìn)程。

第二、乳化工藝的影響

2-1、剪切速度和剪切時(shí)間

剪切速度和剪切時(shí)間是提高乳化效率的關(guān)鍵因素。一般高剪切速度的乳化設(shè)備才能有效的將油性環(huán)氧樹脂破碎成微細(xì)的粒子，然后乳化劑能加速滲透到粒子表面進(jìn)行包裹，使粒子能均勻懸浮在水中。乳化劑親水性越強(qiáng)，越容易乳化，需要的剪切速度越低、時(shí)間越短（如自乳化環(huán)氧固化劑）。

涂料用分散機(jī)一般最高1500轉(zhuǎn)，國內(nèi)的乳化機(jī)一般3000轉(zhuǎn)，國外的較為先進(jìn)的乳化機(jī)器轉(zhuǎn)速可以達(dá)到6000轉(zhuǎn)以上，甚至12000轉(zhuǎn)。

 較長的剪切時(shí)間能將油性環(huán)氧粒子進(jìn)一步細(xì)化顆粒，乳液穩(wěn)定性更加好。

2-2、乳化溫度

  固體環(huán)氧常溫下為晶體結(jié)構(gòu)，必須在加溫條件下融化后加入乳化劑混合，需在較高溫度下實(shí)現(xiàn)乳化，所以必須要加入熱水，防止冷水加入導(dǎo)致粒子外殼因冷卻變硬而難以進(jìn)一步細(xì)化顆粒。

2-3、溶劑的影響

固體環(huán)氧中加入一定的溶劑的必須的，一方面可以降低乳液的最低成膜溫度，另一方面降低乳化的溫度。

第三、水性固化劑的影響

3-1、水性固化劑跟環(huán)氧乳液的相容性是關(guān)鍵影響因素之一。二者的相容性可以加速二者的相互纏繞和混溶，有利于提高交聯(lián)密度和機(jī)械強(qiáng)度。

3-2、固化劑乳膠粒子的大小同樣影響反應(yīng)交聯(lián)度。

3-2-1固化劑如果完全水溶，則固化物耐水性、耐久性比較差，一般場合應(yīng)用價(jià)值不大。

3-2-2一般將固化劑做成表面活性劑分子結(jié)構(gòu)，固化劑分子以細(xì)微粒子形式存在在水中，肉眼為半透明狀液體。相比水溶性固化劑，憎水性提高；目前市售的水性固化劑，這種類型最多，破乳速度相對較快，表干速度快，硬度上升快，但活化期相對縮短。

3-2-2固化劑為乳液狀。同樣乳膠粒子的大小影響到交聯(lián)密度，粒子越小，物理化學(xué)性能越好。這種類型的固化劑相對來水憎水性、耐久性相對更優(yōu)；破乳較慢，表干較慢，活化期大幅度延長。

3-3、配套多氨基分子結(jié)構(gòu)的水性固化劑，反應(yīng)交聯(lián)度高，單分子結(jié)構(gòu)環(huán)氧乳化劑的影響相對降低。

3-4、跟雙酚a環(huán)氧相容性較好的油性胺類固化劑都能被自乳化環(huán)氧乳液乳化，方便實(shí)現(xiàn)乳液和水性固化劑的相互乳化和混溶，以提高固化物的綜合性能，而其他乳化劑類型乳液難以達(dá)到。

3-5、固化劑的分子結(jié)構(gòu)影響著固化物的憎水性、硬度、抗壓強(qiáng)度、附著力、耐化性等等，也影響著反應(yīng)的活性。所以功能性的水性固化劑更適合水性環(huán)氧功能化、精細(xì)化的要求。

第四、水性環(huán)氧固化物的憎水性和耐久性

固化物的交聯(lián)度和憎水性（同時(shí)跟固化劑分子結(jié)構(gòu)有關(guān)）是影響固化物耐久性的主要因素，這取決于環(huán)氧和固化劑的分子結(jié)構(gòu)以及參與反應(yīng)的程度?？梢?，自乳化環(huán)氧乳液一方面參與反應(yīng)的程度高，另一方面親水基的含量相對較小，因此具有更好的憎水性和更長的耐久性。如果配合多官能團(tuán)的水性固化劑，則固化交聯(lián)度提高，能體現(xiàn)出更佳的效果。

第五、自乳化環(huán)氧乳化劑應(yīng)用舉例

5-1、液體雙酚A環(huán)氧樹脂的乳化劑MH720(如128)

參考配方：

128         90

MH720      9-12

水         98-101

合計(jì)       200份

乳化工藝：

1、將128樹脂和MH720加入攪拌釜，常溫啟動(dòng)攪拌45-60分鐘。保證釜內(nèi)溫度《45°C。

2、滴加去離子水，啟動(dòng)乳化機(jī)，轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)以上。

3、觀察乳液經(jīng)過變稠后再變稀的狀態(tài)后（約加到50-60%的水則實(shí)現(xiàn)相反轉(zhuǎn)），繼續(xù)快速加入剩下的去離子水。

4、調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速到500-800轉(zhuǎn)混合30分鐘。

5、過濾、檢測、分裝。

5-2、固體雙酚A環(huán)氧樹脂的乳化劑MH3192(如E-20)

參考配方：

E20              72.6

丙二醇甲醚       10-15

MH3192           7.5-9.9

去離子水         67.5-74.9

合計(jì)             165份

乳化工藝：

1、將E20和MH3192加入攪拌釜，攪拌釜升溫到90-95°C。直至E20完全融化，啟動(dòng)攪拌。加入XC,混合攪拌60分鐘,釜內(nèi)溫度保持在75-80°C。

2、滴加經(jīng)過了加熱的80°C左右的去離子水，啟動(dòng)乳化機(jī)，轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)以上。

3、觀察乳液經(jīng)過變稠后再變稀的狀態(tài)后（約加到50-60%的水則實(shí)現(xiàn)相反轉(zhuǎn)），繼續(xù)快速加入剩下的去離子水。

4、開冷卻水降低釜內(nèi)溫度到45°C。調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速到500-800轉(zhuǎn)混合30分鐘。

5、過濾、檢測、分裝。

縱觀整個(gè)水性環(huán)氧的固化物性能，環(huán)氧乳液和水性固化劑的乳膠粒子大小和二者的相容性、交聯(lián)度是最關(guān)鍵的影響因素。自乳化環(huán)氧乳液從性能上具有優(yōu)勢，但相對成本較高。隨著原材料的國產(chǎn)化進(jìn)程，其性價(jià)比優(yōu)勢將越來越明顯。

百家爭鳴，百花齊放。經(jīng)過市場的洗禮和工程師們對性能的進(jìn)一步驗(yàn)證，大家會(huì)越來越發(fā)現(xiàn)，自乳化類型的乳液必將是未來環(huán)氧水性化的最佳途徑！