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水性環(huán)氧樹脂的制備方法

    水性環(huán)氧樹脂通常是指環(huán)氧樹脂以微粒、液滴或膠體形式分散于水相中所形成的乳液、水分散體或水溶液，三者之間的區(qū)別在于環(huán)氧樹脂分散相的粒徑不同。根據(jù)制備方法的不同，環(huán)氧樹脂水性化有以下四種方法：機(jī)械法、化學(xué)改性法、相反轉(zhuǎn)法和固化劑乳化法等。
    1）機(jī)械法
    機(jī)械法即直接乳化法，可用球磨機(jī)、膠體磨、均氏器等將固體環(huán)氧樹脂預(yù)先磨成微米級(jí)的環(huán)氧樹脂粉末，然后加入乳化劑水溶液，再通過機(jī)械攪拌將粒子分散于水中;或?qū)h(huán)氧樹脂和乳化劑混合，加熱到適當(dāng)?shù)臏囟�，在激烈的攪拌下逐漸加入水而形成乳液。用機(jī)械法制備水性環(huán)氧樹脂乳液的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，所需乳化劑用量較少，但乳液中環(huán)氧樹脂分散相微粒尺寸較大，粒子形狀不規(guī)則且尺寸分布較寬，所配得的乳液穩(wěn)定性差，粒子之間容易相互碰撞而發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，并且該乳液的成膜性能也欠佳。當(dāng)然提高攪拌分散時(shí)的溫度可以促進(jìn)乳化劑分子在環(huán)氧樹脂微粒表面更為有效地吸附，使得環(huán)氧樹脂微粒能較為穩(wěn)定地分散在水相中。
    2）化學(xué)改性法
    化學(xué)改性法又稱自乳化法，即將一些親水性的基團(tuán)引入到環(huán)氧樹脂分子鏈上，或嵌段或接枝，使環(huán)氧樹脂獲得自乳化的性質(zhì)， 當(dāng)這種改性聚合物加水進(jìn)行乳化時(shí)，疏水性高聚物分子鏈就會(huì)聚集成微粒，離子基團(tuán)或極性基團(tuán)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(dòng)力學(xué)條件，就可形成穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液，這是化學(xué)改性法制備水性環(huán)氧樹脂的基本原理。根據(jù)引入的具有表面活性作用的親水基團(tuán)性質(zhì)的不同，化學(xué)改性法制備的水性環(huán)氧樹脂乳液可分為陰離子型、陽離子型和非離子型三種。
    a、陰離子型
    通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ诃h(huán)氧樹脂分子鏈中引入羧酸、磺酸等功能性基團(tuán)，中和成鹽后的環(huán)氧樹脂就具備了水可分散的性質(zhì)。常用的改性方法有功能性單體擴(kuò)鏈法和自由基接枝改性法。功能性單體擴(kuò)鏈法是利用環(huán)氧基與一些低分子擴(kuò)鏈劑如氨基酸、氨基苯甲酸、氨基苯磺酸等化合物上的胺基反應(yīng)，在環(huán)氧樹脂分子鏈中引入羧酸、磺酸基團(tuán)，中和成鹽后就可分散在水相中。自由基接枝改性法是利用雙酚A環(huán)氧樹脂分子鏈中的亞甲基活性較大，在過氧化物作用下易于形成自由基，能與乙烯基單體共聚，可將丙烯酸、馬來酸酐等單體接枝到環(huán)氧樹脂分子鏈中，再中和成鹽后就可制得能自乳化的環(huán)氧樹脂。
    b、陽離子型
    含胺基的化合物與環(huán)氧樹脂反應(yīng)生成含叔胺或季胺堿的環(huán)氧樹脂，再加入揮發(fā)性有機(jī)一元弱酸如醋酸中和得到陽離子型的水性環(huán)氧樹脂。這類改性后的環(huán)氧樹脂在實(shí)際中應(yīng)用較少，這是因?yàn)樗原h(huán)氧固化劑通常是含有胺基的堿性化合物，兩個(gè)組分混合后，體系容易出現(xiàn)破乳和分層現(xiàn)象而影響該體系的使用性能。
    c、非離子型
    一般多在環(huán)氧樹脂鏈上引入親水性聚氧乙烯基團(tuán)，同時(shí)保證每個(gè)改性環(huán)氧樹脂分子中有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基，所得的改性環(huán)氧樹脂不用外加乳化劑即能自分散于水中形成乳液。如用分子量為4000～20000的雙環(huán)氧端基乳化劑與環(huán)氧當(dāng)量為190的雙酚Ａ環(huán)氧樹脂和雙酚Ａ混合，以三苯基膦化氫為催化劑進(jìn)行反應(yīng)，可制得含親水性聚氧乙烯、聚氧丙烯鏈端的環(huán)氧樹脂，該樹脂不用外加乳化劑便可溶于水，且耐水性增強(qiáng)。另外，這種方法制得的粒子較細(xì)，通常為納米級(jí)，前面兩種方法制得的粒子較大，通常為微米級(jí)。從此意義上講，化學(xué)法雖然制備步驟多，成本高，但在某些方面具有實(shí)際意義。
    在環(huán)氧樹脂鏈上引入親水性聚氧乙烯基團(tuán)，同時(shí)保證每個(gè)改性環(huán)氧樹脂分子上有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基，所得的改性環(huán)氧樹脂不用外加乳化劑即能自分散于水中形成乳液。如先用聚氧乙烯二醇、聚氧丙烯二醇和環(huán)氧樹脂反應(yīng)，形成端基為環(huán)氧基的加成物，利用此加成物和環(huán)氧當(dāng)量為190的雙酚A環(huán)氧樹脂和雙酚A混合，以三苯基磷為催化劑進(jìn)行反應(yīng)，可得到含有親水性聚氧乙烯、聚氧丙烯鏈段的環(huán)氧樹脂。這種環(huán)氧樹脂不用外加乳化劑即可溶于水中，且由于親水鏈段包含在環(huán)氧樹脂分子中，因而增強(qiáng)了涂膜的耐水性。并且在引入聚氧化乙烯、氧化丙烯鏈段后，交聯(lián)固化的網(wǎng)鏈分子量有所提高，交聯(lián)密度下降，形成的涂膜有一定的增韌作用。
    3)相反轉(zhuǎn)法
    相反轉(zhuǎn)是一種制備高分子量環(huán)氧樹脂乳液較為有效的方法，II型水性環(huán)氧樹脂涂料體系所用的乳液通常采用相反轉(zhuǎn)方法制備。相反轉(zhuǎn)原指多組分體系（如油/水/乳化劑）中的連續(xù)相在一定條件下相互轉(zhuǎn)化的過程，如在油/水/乳化劑體系中，其連續(xù)相由水相向油相（或從油相向水相）的轉(zhuǎn)變，在連續(xù)相轉(zhuǎn)變區(qū)，體系的界面張力最低，因而分散相的尺寸最小。通常的制備方法是在高剪切力條件下先將乳化劑與環(huán)氧樹脂均勻混合，隨后在一定的剪切條件下緩慢地向體系中加入水，隨著加水量的增加，整個(gè)體系逐步由油包水型轉(zhuǎn)變?yōu)樗托�，形成均勻穩(wěn)定的水可稀釋體系。乳化過程通常在常溫下進(jìn)行，對(duì)于固態(tài)環(huán)氧樹脂，往往需要借助于少量溶劑和加熱使環(huán)氧樹脂粘度降低后再進(jìn)行乳化。
    4)固化劑乳化法
    I型水性環(huán)氧樹脂體系通常采用固化劑乳化法來制備水性環(huán)氧樹脂乳液。這類體系中的環(huán)氧樹脂一般預(yù)先不乳化，而由水性環(huán)氧固化劑在使用前混合乳化，因而這類固化劑必須既是交聯(lián)劑又是乳化劑。水性環(huán)氧固化劑是以多胺為基礎(chǔ)，對(duì)多胺固化劑進(jìn)行加成、接枝、擴(kuò)鏈和封端，在其分子中引入具有表面活性作用的非離子型表面活性鏈段，對(duì)低分子量的液體環(huán)氧樹脂具有良好的乳化作用。用固化劑乳化法制備水性環(huán)氧樹脂體系的優(yōu)勢(shì)是在使用前由固化劑直接乳化環(huán)氧樹脂，不需考慮環(huán)氧樹脂乳液的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性；缺點(diǎn)是配得的乳液適用期短。

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