自乳化環氧乳液的特點

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

關鍵詞：自乳化 乳化劑  乳膠粒子 反應交聯度 多氨基分子結構的固化劑

近年來，隨著國家環保政策的進一步收緊，將環氧樹脂水性化用于地坪、防腐涂料、復合砂漿、堵漏防水、復合材料、建筑修補等領域已成為行業發展的共識，在很多領域已經得到的廣泛的應用！

我國環氧樹脂產能不斷擴大，配套材料包括固化劑不斷功能化，必將推動環氧樹脂進一步融入到國民經濟發現的各個領域。其中，環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氧乳液，實際上性能千差萬別。歸納有以下幾種通用的實現方式：

一是通過自乳化的水性固化劑乳化液體低分子雙酚A環氧樹脂。

二是通過外加外乳化劑（不含環氧結構）乳化液體雙酚A環氧樹脂（如128）。

三是通過環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氧乳化劑乳化雙酚A環氧樹脂（如128或E20、E12乳液).

五是通過環氧樹脂和乙醇胺的加成反應產物，添加單元酸（如乙酸）形成離子型乳化劑乳化環氧樹脂。以上都需要通過相反轉實現從油包水到水包油的轉化！水為連續相，環氧樹脂粒子為分散相。

理論上因為操作性要求我們需要水性環氧乳化性能好（親水性強），而固化物則要接近油性環氧樹脂的性能水平，憎水性強、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、環氧的乳化原理

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

1-2、乳化劑不同的影響

1-2-1、自乳化環氧固化劑乳化環氧樹脂的方式，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，固化物具有較強親水性，耐化性和耐久性較差。一般應用于地坪行業，在金屬防腐領域和有耐久性要求的環氧砂漿領域場合基本達不到要求。

1-2-1-2因乳化是手動攪拌器(一般300-400轉)在較短時間內（1-5分鐘）完成，剪切效率較低，形成的乳液乳膠粒子偏大，交聯密度、機械強度和耐化性相對較低。

1-2-1-3有機酸添加類型的離子型乳液則因酸的存在，相當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（不含環氧基）的添加缺陷很多，因乳化劑跟環氧相容性不好，穩定性比較差，乳膠粒子偏大，乳化劑基本不參與反應，機械強度和防腐性能都比較差；

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

1-2-4、自乳化環氧乳化劑則不同，一方面跟環氧樹脂的相容性很好（一分子中有兩分子環氧樹脂結構），另一方面參與反應的程度高（雙環氧和雙羥基），這樣親水基帶來的影響相對小，機械強度和耐久性、耐鹽霧性相對高，乳膠粒子更小，可以達到納米級，穩定性更好，一般128類型的乳液正常放置1年左右不會出現分層！即使出現分層返粗，經過繼續的高速剪切后仍能在較長時間繼續使用。還有跟環氧樹脂相容性好的油性固化劑都很容易被自乳化環氧乳液乳化，方便環氧乳液和水性固化劑的相互混溶和乳化，從而提高交聯度，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域適應，因離子的存在加速了腐蝕電池的形成，會加速腐蝕進程。

第二、乳化工藝的影響

2-1、剪切速度和剪切時間

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

涂料用分散機一般最高1500轉，國內的乳化機一般3000轉，國外的較為先進的乳化機器轉速可以達到6000轉以上，甚至12000轉。

 較長的剪切時間能將油性環氧粒子進一步細化顆粒，乳液穩定性更加好。

2-2、乳化溫度

  固體環氧常溫下為晶體結構，必須在加溫條件下融化后加入乳化劑混合，需在較高溫度下實現乳化，所以必須要加入熱水，防止冷水加入導致粒子外殼因冷卻變硬而難以進一步細化顆粒。

2-3、溶劑的影響

固體環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、水性固化劑跟環氧乳液的相容性是關鍵影響因素之一。二者的相容性可以加速二者的相互纏繞和混溶，有利于提高交聯密度和機械強度。

3-2、固化劑乳膠粒子的大小同樣影響反應交聯度。

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，一般場合應用價值不大。

3-2-2一般將固化劑做成表面活性劑分子結構，固化劑分子以細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密度，粒子越小，物理化學性能越好。這種類型的固化劑相對來水憎水性、耐久性相對更優；破乳較慢，表干較慢，活化期大幅度延長。

3-3、配套多氨基分子結構的水性固化劑，反應交聯度高，單分子結構環氧乳化劑的影響相對降低。

3-4、跟雙酚a環氧相容性較好的油性胺類固化劑都能被自乳化環氧乳液乳化，方便實現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到。

3-5、固化劑的分子結構影響著固化物的憎水性、硬度、抗壓強度、附著力、耐化性等等，也影響著反應的活性。所以功能性的水性固化劑更適合水性環氧功能化、精細化的要求。

第四、水性環氧固化物的憎水性和耐久性

固化物的交聯度和憎水性（同時跟固化劑分子結構有關）是影響固化物耐久性的主要因素，這取決于環氧和固化劑的分子結構以及參與反應的程度。可見，自乳化環氧乳液一方面參與反應的程度高，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。如果配合多官能團的水性固化劑，則固化交聯度提高，能體現出更佳的效果。

第五、自乳化環氧乳化劑應用舉例

5-1、液體雙酚A環氧樹脂的乳化劑MH720(如128)

參考配方：

128         90

MH720      9-12

水         98-101

合計       200份

乳化工藝：

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

2、滴加去離子水，啟動乳化機，轉速在3000轉以上。

3、觀察乳液經過變稠后再變稀的狀態后（約加到50-60%的水則實現相反轉），繼續快速加入剩下的去離子水。

4、調節乳化機轉速到500-800轉混合30分鐘。

5、過濾、檢測、分裝。

5-2、固體雙酚A環氧樹脂的乳化劑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             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，啟動攪拌。加入XC,混合攪拌60分鐘,釜內溫度保持在75-80°C。

2、滴加經過了加熱的80°C左右的去離子水，啟動乳化機，轉速在3000轉以上。

3、觀察乳液經過變稠后再變稀的狀態后（約加到50-60%的水則實現相反轉），繼續快速加入剩下的去離子水。

4、開冷卻水降低釜內溫度到45°C。調節乳化機轉速到500-800轉混合30分鐘。

5、過濾、檢測、分裝。

縱觀整個水性環氧的固化物性能，環氧乳液和水性固化劑的乳膠粒子大小和二者的相容性、交聯度是最關鍵的影響因素。自乳化環氧乳液從性能上具有優勢，但相對成本較高。隨著原材料的國產化進程，其性價比優勢將越來越明顯。

百家爭鳴，百花齊放。經過市場的洗禮和工程師們對性能的進一步驗證，大家會越來越發現，自乳化類型的乳液必將是未來環氧水性化的最佳途徑！