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乳化剂对水性环氧乳液影响研究有进展
   采用环氧树脂和非离子型表面活性剂反应合成反应型水性环氧地坪乳化剂,并将具有表面活性的分子链段引入到环氧树脂分子链中,再用相反转技术制备水性环氧树脂乳液,是当前环氧树脂水性的最重要途径。最近研究发现,乳化剂合成时表面活性剂分子量、环氧树脂分子量,乳化剂构型、乳化剂浓度和乳化剂合成的反应时间对乳液稳定性都有相当影响。
    水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配制的稳定分散体系。由于环氧树脂本身不溶于水,不能直接加水进行乳化,因而要制得水性环氧树脂乳液,必须设法在其分子链中引入有亲水作用的分子链段或者加入亲水组分。根据制备方法的不同,环氧树脂水性化有机械法、化学改性法和相反转法。用机械法制备水性环氧树脂乳液的优点是工艺简单,所需乳化剂用量较少,但乳液中环氧树脂分散相微粒尺寸较大(约50μm 左右),粒子形状不规则且尺寸分布较宽,所配得的乳液稳定性差且乳液的成膜性能也不是很好。用化学改性法制备的水性环氧树脂乳液中分散相粒子的尺寸很小(约为几十到几百个纳米),但化学改性法的制备步骤不易控制,产品的成本也较高。相反转法是一种制备高分子树脂乳液较为有效的方法,几乎可将所有的高分子树脂借助于外加乳化剂的作用并通过物理乳化的方法制得相应的乳液。

    相反转原指多组分体系中的连续相在一定条件下相互转化的过程,如在油/水/乳化剂体系中,其连续相由水相向油相或从油相向水相的转变,在连续相转变区体系的界面张力最低、分散相的尺寸最小。通过相反转法将高分子树脂乳化为乳液,其分散相的平均粒径一般为1~2μm。为了克服外加低分子量乳化剂乳化环氧树脂的缺点,国内已开发出新型的具有反应性的水性环氧乳化剂,通过将具有表面活性作用的分子链段引入到环氧树脂分子链中,大大改善了乳化剂与环氧树脂的相容性。然后用该乳化剂并借助于相反转技术制备水性环氧树脂乳液。用相反转技术制备水性环氧树脂乳液时,影响乳液稳定性和分散相粒径的因素很多。主要是:乳化剂的化学结构及其浓度,乳化剂合成时所用环氧树脂和表面活性剂的分子量,乳化剂合成时反应时间等,其中乳化剂浓度对环氧树脂乳液的稳定性和分散相粒径影响最为显著。

    关于乳化剂化学结构对乳液稳定性的影响,研究表明:在合成乳化剂的时候,当环氧基和羟基的当量比是1:1时,乳化剂一端为亲油性的环氧基,另一端为亲水性的羟基,乳化剂的分子链很长,乳化剂的分子量很高,能将环氧树脂微粒充分包覆,对环氧树脂微粒的乳化能力较强,因此制得的乳液的稳定性也就相对较好。当环氧基和羟基的当量比为1:2时,乳化剂分子链两端为羟基,亲水性过强而亲油性过弱,绝大部分乳化剂分子以胶束形式停留在水相中,对环氧树脂的乳化作用不强,因而配得的乳液的稳定性很差。同理,当环氧基和羟基的当量比为2:1时,乳化剂分子链的两端为环氧基,乳化剂亲油性过强而亲水性过弱,乳化剂分子中的羟基与水相之间的氢键作用不是很强,乳化效果也不是很好。

    乳化剂浓度对乳液稳定性也有影响。乳化剂含量达到13%时,所制备的乳液稳定性较好,离心机3000rpm转30min也不会出现分层和破乳现象,并且乳液分散相微粒的平均粒径较小,一般在1μm左右;反之,当乳化剂含量很低(如5%)时,乳液的稳定性很差,室温环境下放置1d后就出现分层现象,分散相微粒的粒径也很大。乳化剂含量对乳液分散相微粒的粒径影响十分显著。当乳化剂含量低于临界胶束浓度时,乳液中分散相微粒的粒径随乳化剂含量的增加快速下降。但当乳化剂含量达到临界胶束浓度后,乳液的分散相微粒的粒径有所减小,但变化的比较缓慢,并且乳液的稳定性也没有很大提高,这可能是由于在临界胶束浓度以后,体系已发生完全相反转,多余的乳化剂分子只停留在水相中,不能对已乳化的分散相微粒进行再乳化,因而对环氧树脂的微粒贡献不大,乳液稳定性也没有明显提高。

    合成乳化剂时的表面活性剂分子量对乳液稳定性和环氧树脂平均粒径的影响研究则表明,乳化剂随着表面活性剂分子量的增加有亲水性增强的趋势,导致这一变化的原因是乳化剂分子中的亲水链段与水相之间的氢键作用力随表面活性剂分子量的增加而增大。合成乳化剂时的表面活性剂分子量较大时,乳化剂分子链中亲水链段较长,亲水性较好,这样的乳化剂对环氧树脂的乳化效果较好,因而形成的乳液分散相尺寸较小,不会因为分散相粒子之间的相互碰撞而发生凝结现象。

    研究还发现合成乳化剂的环氧树脂分子量对乳液稳定性的影响。通过用高分子量环氧树脂和表面活性剂反应来合成乳化剂可改善乳化剂与环氧树脂的相容性,当然也有可能是因为高分子量环氧树脂分子链中含有多个羟基,合成乳化剂后,这些羟基与水相之间形成较强的氢键作用,提高了乳化剂与水相之间的相互作用力,因而配制的乳液的稳定性较好。

    合成乳化剂的反应时间对乳液稳定性的影响此前业界研究较多。最新研究认为,合成乳化剂时的反应时间对乳液稳定性有很大的影响,一般控制反应时间在4~8小时为宜。这是因为合成乳化剂的反应时间过短,则加成反应进行的不是很充分,有一部分表面活性剂和环氧树脂以游离状态存在,并且生成的乳化剂分子的链段相对较短,乳化效果不是很好,所制得的乳液中分散相尺寸较大,稳定性较差。反之,若合成乳化剂的反应时间过长,则又可能会引起可逆反应或其它副反应,使得所合成的乳化剂的乳化效果不理想,乳液稳定性反而变差。天津董世新材料科技辽宁福彩网为您持续报道!

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