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          應(yīng)用技術(shù)論壇

          自乳化環(huán)氧乳液的特點(diǎn)

          發(fā)布時(shí)間:2024-02-26 瀏覽量: 來源: 本站 作者: 盧工

          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(chǎng)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(duì)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(jiǎn)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(chǎng)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(duì)小,機(jī)械強(qiáng)度和耐久性、耐鹽霧性相對(duì)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(chǎng)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(duì)較快,表干速度快,硬度上升快,但活化期相對(duì)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(duì)來水憎水性、耐久性相對(duì)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(duì)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(duì)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

                  98-101

          合計(jì)       200

          乳化工藝:

          1、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(cè)、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、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(cè)、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(shì),但相對(duì)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(shì)將越來越明顯。

          百家爭(zhēng)鳴,百花齊放經(jīng)過市場(chǎng)的洗禮和工程師們對(duì)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!

           


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