自乳化环氧乳液的特点

前言：采用自乳化环氧乳化剂制备的自乳化环氧乳液，具有与环氧相容性好，粒径小，稳定性好，交联度高，憎水性强，机械强度和耐化性能好等特点，还能乳化跟环氧树脂相容性好的油性固化剂，同水性固化剂能产生相互乳化的效果。相比其他乳化剂的方式具有更好的综合性能，必将是未来环氧水性化的最佳方式。

关键词：自乳化 乳化剂  乳胶粒子 反应交联度 多氨基分子结构的固化剂

近年来，随着国家环保政策的进一步收紧，将环氧树脂水性化用于地坪、防腐涂料、复合砂浆、堵漏防水、复合材料、建筑修补等领域已成为行业发展的共识，在很多领域已经得到的广泛的应用！

我国环氧树脂产能不断扩大，配套材料包括固化剂不断功能化，必将推动环氧树脂进一步融入到国民经济发现的各个领域。其中，环氧树脂的水性化是必由之路！

目前，市场上表观看起来都差不多的环氧乳液，实际上性能千差万别。归纳有以下几种通用的实现方式：

一是通过自乳化的水性固化剂乳化液体低分子双酚A环氧树脂。

二是通过外加外乳化剂（不含环氧结构）乳化液体双酚A环氧树脂（如128）。

三是通过环氧树脂和聚醚醚化类型的乳化剂来乳化128或E20、

四是通过自乳化的环氧乳化剂乳化双酚A环氧树脂（如128或E20、E12乳液).

五是通过环氧树脂和乙醇胺的加成反应产物，添加单元酸（如乙酸）形成离子型乳化剂乳化环氧树脂。以上都需要通过相反转实现从油包水到水包油的转化！水为连续相，环氧树脂粒子为分散相。

理论上因为操作性要求我们需要水性环氧乳化性能好（亲水性强），而固化物则要接近油性环氧树脂的性能水平，憎水性强、耐久性好，矛盾的解决需要合理的选择乳化剂和固化剂。

第一、环氧的乳化原理

1-1、水性环氧乳液不同于油性环氧，油性环氧是连续相，环氧树脂和固化剂的相容性较好，接触紧密，分子相互缠绕，一定条件下的反应交联度高，耐热性和机械强度、耐化性能均较好。而水性环氧是分散相，树脂和固化剂以粒子的形式分散悬浮在水中。二者的反应交联度取决于乳胶粒子的大小、相容性、一定温度条件下的反应活性和破乳的速度等等。而反应交联度对水性环氧的机械性能和耐化性能的影响非常关键，必须作为关注的重点。 

1-2、乳化剂不同的影响

1-2-1、自乳化环氧固化剂乳化环氧树脂的方式，简单粗暴，表面成本低，固含量高。

1-2-1-1因固化剂本身即为乳化剂，加量大，亲水性强，固化物具有较强亲水性，耐化性和耐久性较差。一般应用于地坪行业，在金属防腐领域和有耐久性要求的环氧砂浆领域场合基本达不到要求。

1-2-1-2因乳化是手动搅拌器(一般300-400转)在较短时间内（1-5分钟）完成，剪切效率较低，形成的乳液乳胶粒子偏大，交联密度、机械强度和耐化性相对较低。

1-2-1-3有机酸添加类型的离子型乳液则因酸的存在，相当于增塑剂的添加和离子的存在，耐水性、耐化性能相对更欠缺。

1-2-2、外乳化剂（不含环氧基）的添加缺陷很多，因乳化剂跟环氧相容性不好，稳定性比较差，乳胶粒子偏大，乳化剂基本不参与反应，机械强度和防腐性能都比较差；

1-2-3、单官能团的环氧聚醚乳化剂因相容性的改善，则性能有所提升，包括稳定性和机械性能。但是，单官能团乳化剂参与反应的程度相对较低，乳化剂中残留部分无机酸催化剂，耐水性和机械强度、耐腐蚀性均受到较大影响，存储期较短，尤其是乳液开始变稠返粗后基本只能报废处理。目前市场上这种类型的环氧乳液比较多。

1-2-4、自乳化环氧乳化剂则不同，一方面跟环氧树脂的相容性很好（一分子中有两分子环氧树脂结构），另一方面参与反应的程度高（双环氧和双羟基），这样亲水基带来的影响相对小，机械强度和耐久性、耐盐雾性相对高，乳胶粒子更小，可以达到纳米级，稳定性更好，一般128类型的乳液正常放置1年左右不会出现分层！即使出现分层返粗，经过继续的高速剪切后仍能在较长时间继续使用。还有跟环氧树脂相容性好的油性固化剂都很容易被自乳化环氧乳液乳化，方便环氧乳液和水性固化剂的相互混溶和乳化，从而提高交联度，这是上面其余几种乳化剂不具有的性能。

1-2-5、离子型乳化剂不适合在防腐领域适应，因离子的存在加速了腐蚀电池的形成，会加速腐蚀进程。

第二、乳化工艺的影响

2-1、剪切速度和剪切时间

剪切速度和剪切时间是提高乳化效率的关键因素。一般高剪切速度的乳化设备才能有效的将油性环氧树脂破碎成微细的粒子，然后乳化剂能加速渗透到粒子表面进行包裹，使粒子能均匀悬浮在水中。乳化剂亲水性越强，越容易乳化，需要的剪切速度越低、时间越短（如自乳化环氧固化剂）。

涂料用分散机一般最高1500转，国内的乳化机一般3000转，国外的较为先进的乳化机器转速可以达到6000转以上，甚至12000转。

 较长的剪切时间能将油性环氧粒子进一步细化颗粒，乳液稳定性更加好。

2-2、乳化温度

  固体环氧常温下为晶体结构，必须在加温条件下融化后加入乳化剂混合，需在较高温度下实现乳化，所以必须要加入热水，防止冷水加入导致粒子外壳因冷却变硬而难以进一步细化颗粒。

2-3、溶剂的影响

固体环氧中加入一定的溶剂的必须的，一方面可以降低乳液的最低成膜温度，另一方面降低乳化的温度。

第三、水性固化剂的影响

3-1、水性固化剂跟环氧乳液的相容性是关键影响因素之一。二者的相容性可以加速二者的相互缠绕和混溶，有利于提高交联密度和机械强度。

3-2、固化剂乳胶粒子的大小同样影响反应交联度。

3-2-1固化剂如果完全水溶，则固化物耐水性、耐久性比较差，一般场合应用价值不大。

3-2-2一般将固化剂做成表面活性剂分子结构，固化剂分子以细微粒子形式存在在水中，肉眼为半透明状液体。相比水溶性固化剂，憎水性提高；目前市售的水性固化剂，这种类型最多，破乳速度相对较快，表干速度快，硬度上升快，但活化期相对缩短。

3-2-2固化剂为乳液状。同样乳胶粒子的大小影响到交联密度，粒子越小，物理化学性能越好。这种类型的固化剂相对来水憎水性、耐久性相对更优；破乳较慢，表干较慢，活化期大幅度延长。

3-3、配套多氨基分子结构的水性固化剂，反应交联度高，单分子结构环氧乳化剂的影响相对降低。

3-4、跟双酚a环氧相容性较好的油性胺类固化剂都能被自乳化环氧乳液乳化，方便实现乳液和水性固化剂的相互乳化和混溶，以提高固化物的综合性能，而其他乳化剂类型乳液难以达到。

3-5、固化剂的分子结构影响着固化物的憎水性、硬度、抗压强度、附着力、耐化性等等，也影响着反应的活性。所以功能性的水性固化剂更适合水性环氧功能化、精细化的要求。

第四、水性环氧固化物的憎水性和耐久性

固化物的交联度和憎水性（同时跟固化剂分子结构有关）是影响固化物耐久性的主要因素，这取决于环氧和固化剂的分子结构以及参与反应的程度。可见，自乳化环氧乳液一方面参与反应的程度高，另一方面亲水基的含量相对较小，因此具有更好的憎水性和更长的耐久性。如果配合多官能团的水性固化剂，则固化交联度提高，能体现出更佳的效果。

第五、自乳化环氧乳化剂应用举例

5-1、液体双酚A环氧树脂的乳化剂MH720(如128)

参考配方：

128         90

MH720      9-12

水         98-101

合计       200份

乳化工艺：

1、将128树脂和MH720加入搅拌釜，常温启动搅拌45-60分钟。保证釜内温度《45°C。

2、滴加去离子水，启动乳化机，转速在3000转以上。

3、观察乳液经过变稠后再变稀的状态后（约加到50-60%的水则实现相反转），继续快速加入剩下的去离子水。

4、调节乳化机转速到500-800转混合30分钟。

5、过滤、检测、分装。

5-2、固体双酚A环氧树脂的乳化剂MH3192(如E-20)

参考配方：

E20              72.6

丙二醇甲醚       10-15

MH3192           7.5-9.9

去离子水         67.5-74.9

合计             165份

乳化工艺：

1、将E20和MH3192加入搅拌釜，搅拌釜升温到90-95°C。直至E20完全融化，启动搅拌。加入XC,混合搅拌60分钟,釜内温度保持在75-80°C。

2、滴加经过了加热的80°C左右的去离子水，启动乳化机，转速在3000转以上。

3、观察乳液经过变稠后再变稀的状态后（约加到50-60%的水则实现相反转），继续快速加入剩下的去离子水。

4、开冷却水降低釜内温度到45°C。调节乳化机转速到500-800转混合30分钟。

5、过滤、检测、分装。

纵观整个水性环氧的固化物性能，环氧乳液和水性固化剂的乳胶粒子大小和二者的相容性、交联度是最关键的影响因素。自乳化环氧乳液从性能上具有优势，但相对成本较高。随着原材料的国产化进程，其性价比优势将越来越明显。

百家争鸣，百花齐放。经过市场的洗礼和工程师们对性能的进一步验证，大家会越来越发现，自乳化类型的乳液必将是未来环氧水性化的最佳途径！