新型改性水性环氧树脂的制备及性能研究

新型改性水性环氧树脂的制备及性能研
究
摘要：
环氧树脂是一种化学性质优异的材料，其中包含环氧基、羟基和醚键等多种活性反应基团，因此在各种领域得到广泛应用。

然而，传统的溶剂型环氧树脂由于其高挥发性有机化合物（VOC）含量已经无法满足现代绿色环保的需求，因此研究环氧树脂水性化技术及其改性化方法就显得非常重要。

通过采用自制反应型表面活性剂作为亲水基团，并加入低分子量环氧树脂等原料进行制备，可以得到环氧当量在800g/eq左右的水性化环氧树脂。

与市售的水性环氧树脂相比，这种材料具有优异的打磨性能和耐水性能，而且干燥性能也更加出色，适合于“湿碰湿”体系。

此外，由于它能添加更少的固化剂，因此也具有更好的性价比。

鉴于此，本文将讨论新型改性水性环氧树脂的植被以及改性后的性能，旨在推广和应用水性化环氧树脂技术，促进经济可持续发展和环保事业的发展。

关键词：水性环氧树脂；制备；性能
前言：
环氧树脂是一种常用于涂料、粘结剂等产品的树脂基体，由于其具有优异的附着力强、力学性能高、耐化学品性和电绝缘能力等特性，在建筑结构工程、机械零件加工以及航空工业制造等领域得到了广泛应用。

然而，传统的溶剂型环氧树脂存在致毒、挥发性强等问题，因此研究环保、安全而有效的水性环氧树脂已成为专家学者的关注重点。

本研究合成的新型水性环氧树脂具有更大的分子量以及更好的乳化效果，同时与常规水性环氧树脂相比稳定性更佳、早期打磨性能更好、耐水性能更优秀，解决了目前水性环氧树脂存在的一系列问题。

此外，本研究中合成的水性环氧树脂还具有优异的成膜性能，涂层表面光滑、均匀，具有良好的外观效果。

一、水性环氧树脂改性研究进展
（一）聚氨酯改性水性环氧树脂
聚氨酯具有良好的韧性、耐冲击性和耐腐蚀性等优点，对环氧树脂进行改性可以有效改善其本身的质脆、耐冲击性不足的缺点，提高涂膜的综合性能。

改性方法可以采用物理共混合共聚改性法。

通过将不同粒径的水性聚氨酯与市售水性环氧乳液进行物理共混，当水性聚氨酯粒径为55nm且比例为5%时，可明显增强环氧树脂的韧性，并提高拉伸性能和涂膜的耐冲击性和柔韧性等[1]。

共聚改性法则是通过引入含有氨基甲酸酯基团的水性聚氨酯链段和亲水链段来实现改性。

另外，也可以制备聚氨酯型反应性乳化剂，并与环氧树脂混合，再加入改性后的单封端四乙烯五胺进行反应，制备聚氨酯/KH560改性的非离子型水性环氧固化剂，该固化剂可显著提高涂膜的拉伸性能和耐冲击性。

（二）有机硅改性水性环氧树脂
有机硅树脂是以Si-O-Si键为独特结构的材料，具有优异的耐氧化稳定性、疏水性和低温柔韧性等特点[2]。

作为环氧树脂的一种有效改性剂，有机硅树脂可以提高环氧树脂的耐高温性和韧性，并在环氧树脂中起到降低内应力的作用。

有机硅改性水性环氧树脂可以通过物理共混合化学改性法来实现[3]。

二、新型改性水性环氧树脂的制备方法
（一）实验原料
表1主要原材料
本项目实验原料如表1所示，其中还会使用到其他助剂，如分散剂6208（湛新）可促进颜料分散，提高涂料质量；消泡剂可以防止涂料产生气泡；高色素炭
黑和钛白粉是常用的涂料颜料；滑石粉（1250目）、沉淀硫酸钡（1250目）是
减轻涂料重量的填料；缔合型增稠剂可使涂料粘度得到控制，保证涂料涂覆性能
的稳定性。

（二）仪器设备
这些实验设备包括燃烧锅、搅拌器、温度计、热能装置、冷凝器、高速分散机、旋转粘度计、电热干燥箱、马尔文3000粒径计、电子秤。

（三）树脂制造工艺
1．新型水性环氧树脂的合成
首先准备好一个装有滴液漏斗、回流冷凝管、机械搅拌器和温度计的四口瓶。

其次在四口瓶中，先加入反应型乳化剂、环氧树脂128和双酚A，然后加热
到100℃。

随后，向反映瓶中加入四丁基溴化铵，然后升温至160℃，保温3小时。

最后，使用盐酸丙酮法来测量环氧当量，当环氧当量达到750-850g/eq时，
反应结束。

2．水性环氧树脂乳液的制备
倒入合成好的环氧树脂到分散釜中，设定温度为50℃，启动搅拌，并慢慢加
入水，持续5小时直到滴加完毕。

滴加结束后测试固含量和黏度，达到质量指标
后进行包装和出料。

3．水性环氧涂料的制备
首先将环氧树脂、润湿分散剂、消泡剂、炭黑、钛白粉、滑石粉、硫酸钡、
防锈颜料以及部分水加入混合容器中，混合均匀后高速分散使其达到≤40细度，最后放置待用。

其次在混合容器中加入底材润湿剂和少量丙二醇甲醚，经中低速搅拌均匀后，继续使用缔合型增稠剂和去离子水来调整黏度以达到出厂标准。

（四）分析与测试
表2性能评价方法及所用仪器
1．树脂贮存稳定性测试
将制好的水性树脂放入50℃的烘箱中，静置30天后取出观察是否有沉淀和析出颗粒，并检查粒径是否有变粗的情况。

2．样板的制备与喷涂
为了测试环氧涂料在喷砂钢板上的性能，我们采用大小为
102mm×152mm×16mm的喷砂钢板，其粗糙度在25～40之间。

我们以（40±4）的膜厚进行喷涂处理，并将其在50℃的烘烤箱中烤10分钟，然后在80℃的烘烤箱中烤40分钟。

最后，我们将样品放置在常温下放置7天后进行性能测试。

三、结果与讨论
（一）水性环氧树脂配方及性能
如表3和表4所示，环氧树脂配方中所添加的乳化剂含量不同，且不同含量的乳化剂对树脂的基础性能指标产生了影响。

表3不同乳化剂含量的环氧树脂配方
表4树脂基础性能指标
（二）水性环氧树脂粒径分析
根据图1中的4组粒径分布数据可以得出如下结论：配方1的粒径分布呈现
双峰现象，较粗，其中绝大多数的环氧粒子偏大，约为10左右；配方2的粒
径分布虽然未出现双峰现象，但其粒径的大多数集中在10左右；而配方3和4
的粒径分布中，绝大多数环氧粒子的大小都约为1左右，明显优于配方1和2。

此外，随着反应型乳化剂的添加量增加，制备出的树脂粒径也会进一步减小。

值
得一提的是，根据经验，水性环氧树脂的粒径大于2时，会出现乳液不稳定和
防腐蚀性能较差的问题。

（a）配方1的树脂粒径（b）配方2的水性树脂粒径
（c）配方3的水性树脂粒径（d）配方4的水性树脂粒径
图1不同乳化剂配方的粒径分布
（三）水性环氧涂料的状态及机械性能测试对比
首先，使用手工制作的水性环氧树脂以及制作工艺相同的450g/eq左右环氧当量的通用品种水性环氧树脂，作为对比制备颜漆。

此处颜漆配方列在表5中，为本性能测试所采用的配方。

该表中的数组配方具有相同的颜基比例和颜填料组成及比例。

具体的机械性能详见表6。

制备色漆时，色漆1到色漆4的区别在于所使用的新型水性环氧树脂配方不同。

在进行色漆性能测试时，色漆1和色漆2的贮存稳定性不佳，表现为油水分离，而色漆4的黏度过大，导致喷涂时需要大幅度调整。

因此，基于稳定性和施工性能的考虑，色漆3是更适合涂料应用的配方。

因此，后续的性能测试都使用色漆3进行。

表 5水性环氧防腐蚀涂料配方
结束语：
随着新技术和新工艺的不断涌现，水性环氧树脂系统已成为当前领域研究的热门之一，其具备VOC含量低、气味轻、性能卓越且稳定的特点。

不同的水性环氧树脂制备方法各具特点，因此在具体的场所和特殊领域中，可以有目的地采用最适合的生产技术，以获得更高性能的产品。

为了进一步推广水性环氧的应用，研发水性环氧的生产技术时，不仅需要符合环保要求，而且需要对水性环氧树脂进行改性，将其功能化和多元化，以推进其发展。

（1）使用双酚A和自制反应型乳化剂作为扩链剂，将环氧树脂128的环氧当量扩大到750-850 g/eq，使其具有比市场上常见的450-550 g/eq水性环氧树脂更大的分子量和初始硬度，但需要更高的制备和乳化工艺要求。

（2）增加树脂中的乳化剂含量可以提高树脂的稳定性和粒径，但会增加黏
度和亲水性，影响制漆的难度和防腐蚀性能，特别是盐雾性。

（3）新型水性环氧树脂的化学品耐受性与市场上常规水性环氧树脂相同，
但耐水性有所提高。

（4）新型水性环氧树脂在耐盐雾性能方面略有下降，主要是交联密度不够，涂膜网状密度不足。

（5）新型水性环氧树脂具有更好的施工性能，特别是在底漆打磨方面，因
为其分子量和硬度更高，固化剂添加量较少，在干燥初期已具备适度硬度，适于
打磨。

因此，需要更好施工性能的工程机械等行业可以尝试使用更大分子量的水
性环氧树脂制漆。

参考文献：。