傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂難溶于水，可溶于芳烴、酮以及醇類等溶劑中。在制造環(huán)氧樹脂涂料時(shí)需要有機(jī)溶劑充當(dāng)分散介質(zhì)稀釋成一定黏度的樹脂溶液才能使用。溶劑型環(huán)氧樹脂因含有易揮發(fā)的稀釋劑，在生產(chǎn)和使用的過程中不僅成本高，還因VOC過高對(duì)人體和環(huán)境造成危害，因而開發(fā)綠色環(huán)保的水性環(huán)氧樹脂已成為涂料及樹脂行業(yè)的研究熱點(diǎn)。雙組分環(huán)氧樹脂涂料因其優(yōu)異的防腐與耐化性能，應(yīng)用范圍較廣。如常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)、金屬底漆、設(shè)備防銹漆、工程機(jī)械防銹領(lǐng)域等均有涉及。水性雙組份體系中環(huán)氧乳液的制備方法大致分為外乳化法和內(nèi)乳化法兩種。外乳化法即以水作為分散介質(zhì)，外加乳化劑對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行乳化從而得到環(huán)氧乳液。外乳化法又分為機(jī)械法和相反轉(zhuǎn)法：機(jī)械法適用于低相對(duì)分子質(zhì)量的液體環(huán)氧樹脂，加入乳化劑直接機(jī)械乳化；相反轉(zhuǎn)法適用于大多數(shù)類型的環(huán)氧樹脂，乳化劑一般是根據(jù)需要乳化的環(huán)氧樹脂進(jìn)行自制并且乳化溫度是相反轉(zhuǎn)的重要因素。內(nèi)乳化法是利用化學(xué)改性的方法如酯化、醚化、接枝等改變環(huán)氧樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使其實(shí)現(xiàn)水性化。本研究通過合成乳化劑、利用相反轉(zhuǎn)的方法在一定溫度下制備環(huán)氧乳液，并對(duì)其性能進(jìn)行初步的研究

一、實(shí)驗(yàn)部分

乳化劑的合成

將一定量的PEG-4000與苯酐加入到帶有回流冷凝管、機(jī)械攪拌器、恒壓滴液漏斗和溫度計(jì)的四口燒瓶中，升溫并開動(dòng)攪拌使原料混合均勻。可加入少量MIBK稀釋，攪拌均勻后升溫至110~120℃，保溫反應(yīng)2.5~3h；保溫結(jié)束后加入一定量的E20和三苯基膦，繼續(xù)在110~120℃保溫3~4h；取樣檢測(cè)酸值，其值＜3mgKOH/g時(shí)，即可停止反應(yīng)。該乳化劑的合成反應(yīng)分為兩步：第一步為酯化反應(yīng)，即聚乙二醇的羥基與酸酐的半酯化，生產(chǎn)中間產(chǎn)物A；第二步為開環(huán)反應(yīng)，即產(chǎn)物A中剩余的羧基與環(huán)氧基的開環(huán)加成，生成最終的目標(biāo)產(chǎn)物乳化劑。該分步反應(yīng)的原理，避免了常規(guī)方法合成乳化劑時(shí)羥基與環(huán)氧基在催化劑的作用下反應(yīng)劇烈不易控制的缺陷，使整個(gè)反應(yīng)過程平穩(wěn)易控且反應(yīng)徹底，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

環(huán)氧乳液的制備

將計(jì)量的固體E20與上述乳化劑進(jìn)行加熱熔融，溫度控制在80℃左右；待熔融完全后，轉(zhuǎn)速在1400~1600r/min下進(jìn)行物理分散混合，分散時(shí)間大約20min；將去離子水預(yù)加熱至80℃，待樹脂與乳化劑熔融完全后緩慢滴加去離子水，滴加至相反轉(zhuǎn)階段停止滴加，分散90min,其中滴加至相反轉(zhuǎn)所用時(shí)間在10~15min、滴水量占總水量的20%~25%、轉(zhuǎn)速保持1800~2000 r/min；繼續(xù)滴加去離子水，此時(shí)可將滴加速度適當(dāng)加快，滴加結(jié)束后在900~1000r/min下再分散15min，過濾出料。

二、水性雙組份環(huán)氧涂料的制備

按照配方將顏填料、助劑及去離子水高速研磨攪拌配成色漿，再將制備好的色漿加入到自制環(huán)氧乳液中高速分散制成甲組份，最后將甲組份與固化劑進(jìn)行混合，攪拌均勻后制板以備檢測(cè)性能。

三、結(jié)果與討論

（1）原料物質(zhì)的量比對(duì)合成乳化劑轉(zhuǎn)化率的影響

乳化劑合成時(shí)設(shè)置溫度為110~120℃，酯化反應(yīng)時(shí)間為2.5~3h，開環(huán)反應(yīng)時(shí)間為3~4h，考察PEG—4000、苯酐和E51物質(zhì)的量的比例對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響。結(jié)果表明，當(dāng)n(PEG-4000):n(苯酐)：n(E51)= 1.2:2:1.8時(shí)，生成物的狀態(tài)為淡黃色膏狀物質(zhì)，轉(zhuǎn)化率為98.0%。隨著PEG-4000加入量的減少以及體系中存在較多的E51，產(chǎn)物為非乳化劑的液體狀態(tài)，反應(yīng)較為完全，主要原因可能是聚乙二醇提供的羥基的物質(zhì)的量不足，和足量的苯酐完全反應(yīng)。而當(dāng)PEG-4000加入量過多且體系中存在較多的E51時(shí)，生成物會(huì)出現(xiàn)凝膠的現(xiàn)象。主要原因是過多的羥基和苯酐反應(yīng)完全后還有剩余，剩余的羥基在催化劑的作用下直接和環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，且反應(yīng)較為劇烈，最終導(dǎo)致凝膠。綜上所述，實(shí)驗(yàn)確定乳化劑的合成反應(yīng)時(shí)，n(PEG-4000):n(苯酐)：n(E51)= 1.2:2:1.8較為合適。

（2）反應(yīng)溫度對(duì)合成乳化劑轉(zhuǎn)化率的影響

確定n(PEG-4000):n(苯酐)：n(E51)= 1.2:2:1.8，酯化反應(yīng)時(shí)間為2.5~3h,開環(huán)反應(yīng)時(shí)間為3~4h，考察乳化劑合成時(shí)的反應(yīng)溫度對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響。結(jié)果表明，當(dāng)合成反應(yīng)溫度＜110℃時(shí)，物料中反應(yīng)基團(tuán)的轉(zhuǎn)化率低，隨著反應(yīng)溫度的提高，轉(zhuǎn)化率也隨之上升。當(dāng)溫度超過120℃時(shí)，即使再升溫也不能提高轉(zhuǎn)化率，且過高的溫度可能導(dǎo)致副反應(yīng)或微量凝膠的發(fā)生，反而影響轉(zhuǎn)化率。因而確定乳化劑合成時(shí)的反應(yīng)溫度在110~120℃之間。

（3）反應(yīng)時(shí)間對(duì)合成乳化劑轉(zhuǎn)化率的影響

確定n(PEG-4000):n(苯酐)：n(E51)= 1.2:2:1.8，反應(yīng)溫度為110~120℃,考察合成乳化劑時(shí)分別在酯化和開環(huán)兩步反應(yīng)的時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響。結(jié)果表明，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，第一階段的酯化反應(yīng)在2.5h后趨于穩(wěn)定，3h以后其轉(zhuǎn)化率幾乎不再變化，因而確定酯化反應(yīng)的時(shí)間為2.5~3h。第二階段的開環(huán)反應(yīng)進(jìn)行到3h以后大致趨于穩(wěn)定，反應(yīng)還在緩慢繼續(xù)，但也快接近尾聲，轉(zhuǎn)化率增加幅度較小，4h后不再變化，因此開環(huán)反應(yīng)的時(shí)間控制在3~4h較為合適。酯化反應(yīng)的時(shí)間要比開環(huán)反應(yīng)的時(shí)間少0.5~1h左右，分析其原因，可能是由于酯化反應(yīng)是羥基與酸酐的開酐半酯化反應(yīng)，該反應(yīng)所需活化能較低，因而相對(duì)較易進(jìn)行；而開環(huán)反應(yīng)是環(huán)氧基與羧基的加成反應(yīng)，雖加入了催化劑，但由于該反應(yīng)不易進(jìn)行其反應(yīng)所需活化能較高，因而相較酯化反應(yīng)來說略為困難一些。

（4）環(huán)氧乳液的性能分析

乳化劑用量對(duì)環(huán)氧乳液性能的影響

在制備環(huán)氧乳液時(shí)通過控制乳化劑的不同添加量，分別考察環(huán)氧乳液的穩(wěn)定性和涂料的耐水性能，結(jié)果表明，隨著乳化劑用量的增加，環(huán)氧乳液的穩(wěn)定性不斷提升。但涂膜的耐水性先提升后下降。其原因可能是當(dāng)乳化劑用量較少時(shí)，一方面乳化劑的量不足以將體系中的水滴完全覆蓋，造成粒子界面之間的強(qiáng)度降低而使水粒間的排斥力減弱；另一方面，沒有被包裹的水粒在剪切力的作用下由于氫鍵的締合而相互形成較大的水滴，其作為連續(xù)相在分散的過程中提前發(fā)生相反轉(zhuǎn)。而分散相內(nèi)的水粒因?yàn)閬聿患昂瓦B續(xù)相中的水滴結(jié)合而被固定在乳化劑的包覆之中，由此整個(gè)體系就形成了水/油/水的結(jié)構(gòu)，乳化劑中包覆的水粒較大造成了環(huán)氧乳液的穩(wěn)定性下降。隨著乳化劑用量的增加，體系中形成的乳膠束較均勻，使得乳液在制備時(shí)能夠順利的由水/油變成油/水的狀態(tài)，乳液的穩(wěn)定性隨之提高。同樣，乳化劑用量較少時(shí)，乳化時(shí)相反轉(zhuǎn)過程不能完全，乳液中存在未發(fā)生相反轉(zhuǎn)的樹脂而導(dǎo)致粒徑變大，在與固化劑固化的過程中不能形成致密的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，造成耐水性較差；隨著乳化劑用量的增加，到一定量時(shí)能達(dá)到環(huán)氧樹脂和水之間的平衡，使得乳液的穩(wěn)定性和涂膜的耐水性都較好；但由于乳化劑屬于兩親性物質(zhì)，有較好的親水性，隨著其用量的增加，最終涂膜的耐水性能會(huì)下降。實(shí)驗(yàn)表明，乳化劑的用量在15%左右時(shí)穩(wěn)定性和耐水性達(dá)到最優(yōu)平衡。

滴加溫度對(duì)環(huán)氧乳液穩(wěn)定性的影響

乳液制備時(shí)，在相反轉(zhuǎn)的規(guī)程中，通過控制不同的滴加溫度分別考察最終乳液的穩(wěn)定性，結(jié)果表明，隨著滴加溫度的提升，最終乳液的穩(wěn)定性也隨之提升，然后再下降。分析原因，是由于溫度的升高使得環(huán)氧樹脂溶解后黏度下降，能充分地與乳化劑分散均勻；另一方面，乳化劑本身的活性會(huì)隨著溫度的升高而增加，兩者的作用使得滴加溫度升高后乳液的穩(wěn)定性提升。但當(dāng)?shù)渭訙囟冗^高時(shí)，會(huì)造成乳化劑與水之間形成的鍵能（主要是氫鍵）減弱，乳化劑與水不能形成均勻穩(wěn)定的體系，導(dǎo)致乳液的穩(wěn)定性變差。本實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)相反轉(zhuǎn)時(shí)滴加溫度在80℃時(shí)最終乳液的穩(wěn)定性較佳。

相反轉(zhuǎn)階段的轉(zhuǎn)速和分散時(shí)間對(duì)環(huán)氧乳液穩(wěn)定性的影響

在相反轉(zhuǎn)階段，通過控制不同的轉(zhuǎn)速和分散時(shí)間，考察其對(duì)最終乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明，隨著轉(zhuǎn)速的升高，乳液的穩(wěn)定性也不斷升高，但轉(zhuǎn)速太高時(shí)穩(wěn)定性又會(huì)有所下降。主要原因是，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，使得原本不易被剪切的大水滴變成了小水滴，更容易被乳化劑所包覆，從而使最終乳液的穩(wěn)定性提升；但轉(zhuǎn)速太快容易破壞界面之間的作用力，使得各同項(xiàng)粒子相互凝聚成團(tuán)，也會(huì)降低乳液的穩(wěn)定性，綜上，實(shí)驗(yàn)確定當(dāng)轉(zhuǎn)速為2000 r/min左右時(shí)乳液穩(wěn)定性最佳。隨著相反轉(zhuǎn)階段分散時(shí)間的延長(zhǎng)，乳液的穩(wěn)定性也越來越穩(wěn)定，考慮到生產(chǎn)效率，實(shí)驗(yàn)確定相反轉(zhuǎn)階段的分散時(shí)間大約為90min為宜。

（5）環(huán)氧乳液的涂膜性能分析

實(shí)驗(yàn)選用本公司產(chǎn)品740B作為水性環(huán)氧固化劑，對(duì)比了行業(yè)中某競(jìng)品環(huán)氧乳液和自制的環(huán)氧乳液所制得涂料涂膜的性能，結(jié)果表明，自制環(huán)氧乳液在干性、耐水、硬度以及光澤等方面都優(yōu)于競(jìng)品乳液，分析其原因，主要是因?yàn)槿榛瘎┲械谋江h(huán)、長(zhǎng)鏈多元醇等結(jié)構(gòu)提高了硬度、干性和光澤等；另外在制備環(huán)氧乳液的過程中，合適的乳化劑的量、制備溫度等對(duì)最終涂膜的耐水、干性都有較大幫助；最后是制備環(huán)氧乳液時(shí)選用的環(huán)氧樹脂對(duì)最終涂膜的光澤、耐水以及硬度也有一定的影響。鹽霧測(cè)試結(jié)果表明，500h后，競(jìng)品乳液所制得的涂膜已經(jīng)脫落，而自制環(huán)氧乳液所制得的涂膜除少量銹跡外，并未出現(xiàn)起泡、嚴(yán)重失光甚至漆膜脫落的情況，也沒有明顯的擴(kuò)蝕現(xiàn)象，這說明自制環(huán)氧乳液在耐鹽霧性能方面優(yōu)于競(jìng)品環(huán)氧乳液。

四、結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)通過控制n(PEG-4000):n(苯酐)：n(E51)= 1.2:2:1.8，酯化反應(yīng)時(shí)間為2.5~3h、開環(huán)反應(yīng)時(shí)間為3~4h，反應(yīng)溫度為110~120℃的條件下，制備了環(huán)氧乳化劑。通過一定量的E20環(huán)氧樹脂和15%的上述制備的環(huán)氧乳化劑，制得了環(huán)氧乳液。本實(shí)驗(yàn)制備的環(huán)氧乳液與水性環(huán)氧固化劑所制得的雙組份環(huán)氧涂料能夠較好的成膜，并且與同行業(yè)競(jìng)品環(huán)氧乳液相比，涂膜具有較好的干性、硬度、光澤、耐水性和優(yōu)異的耐鹽霧性能，可廣泛用于各類輕、中、重工業(yè)防腐領(lǐng)域。

五、夢(mèng)能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

如果您對(duì)我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請(qǐng)樣品試用，請(qǐng)與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。

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用于日常修補(bǔ)：提供少量樣品用于修補(bǔ)破損處。

申請(qǐng)用量：在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門。

2、免費(fèi)打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實(shí)際應(yīng)用、外觀、性能測(cè)試，請(qǐng)與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢(mèng)能科技營(yíng)銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團(tuán)隊(duì)

夢(mèng)能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢(mèng)能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購(gòu)買通道

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