探究环氧树脂的相反转乳化与水性环氧树脂防腐涂料的研究

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1、华南理工大学博士学位论文环氧树脂的相反转乳化与水性环氧树脂防腐涂料的研究姓名：周立新申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：杨卓如20040401摘要摘要环氧树脂涂料附着力高、耐腐蚀性能优良，其优异的性能不仅在溶剂型防腐涂料中得到了充分体现，在国外，水性环氧防腐涂料也成为发展最快的水性防腐涂料品种。然而水性环氧防腐涂料的研究开发在我国相对滞后，目前市场上还难以见到自主开发的比较成熟的水性环氧树脂商品，其主要原因一方面是水性防腐涂料的研究在我国起步晚，另一方面则由于在水性环氧树脂的制备技术上比较欠缺，难以

2、获得稳定性优良的环氧树脂水基体系。环氧树脂的水性化技术是水性环氧防腐涂料的关键技术，相反转乳化法是制备高分子聚合物水基体系的有效方法，本论文采用相反转乳化法制备环氧树脂水基乳状液，研究环氧树脂相反转的机理，研制水性环氧防腐涂料产品。采用Span60与Tween20的复合乳化剂，研究环氧树脂E-44的相反转临界含水量Rf值随乳化温度、乳化剂HLB值、乳化剂含量与搅拌强度的变化规律并结合乳状液的稳定性，探讨环氧树脂的相反转机理。结果表明:乳化温度、乳化剂HLB值、乳化剂含量以及搅拌强度等对环氧树脂E-44相反

3、转的Rf值皆有影响，在不同的实验条件下，Rf值在0.27-0.93范围内变化，由此可见环氧树脂E-44的相反转是一个非常复杂的过程。研究表明环氧树脂相反转的发生与乳化剂在油/水界面上的吸附成膜及其与油、水相之间作用力的平衡密切相关，有利于乳化剂在油/水界面上的吸附并有利于增大乳化剂与水相之间作用力的因素将使环氧树脂从w/o型向o/w型的相反转容易发生，表现为Rf较小。在不利的情况下，通过增加水的相体积分数，相反转能够发生，但所得到的乳状液的稳定性较差。乳化剂是制备环氧树脂乳状液的关键。实验结果表明，采用S

4、pan60与Tween20的复合乳化剂难以得到稳定的环氧树脂乳状液体系。根据乳化作用的结构相似性原理，利用环氧树脂的环氧基与聚乙二醇的端轻基之间的亲核加成反应，合成了分子结构中亲油端与被乳化的环氧树脂成分完全相同的环氧树脂专用乳化剂。乳化剂的结构对环氧树脂乳状液的性能影响很大，尤其是亲油基团对环氧树脂的乳化影响最大，当亲油基与被乳化的环氧树脂组分完全相同时乳化效果较好，同时亲水基对环氧树脂的乳化也有影响，刘于不同类型的环氧树脂要具体选择合适的乳化剂。采用正交实验方法，利用合成的乳化剂，以乳胶粒粒径和乳状液

5、的稳定性为指标深入研究了环氧树脂相反转乳化的工艺技术基础并对工艺参数进行优化。在优化工艺条件下，制得了平均粒径分别为174.2nm和215.4nm的稳定性好的I型华南理工大学博士学位论文和11型水性环氧树脂水基乳状液，其中11型水性环氧乳状液的性能指标达到了国外同类产品的技术水平。本论文从双组分水性环氧涂料的成膜机理及乳化剂的基础性能研究了乳化剂对涂膜性能的影响。实验结果表明，乳化剂对涂膜的硬度、光泽、抗冲击性与抗弯曲性能等皆有影响，对涂膜的附着力影响不明显。乳化剂对涂膜物理机械性能的作用主要来自于两个方

6、面:一是其在固化成膜后残存于涂膜中所起到的增塑作用;另一方面则来自于乳化剂对乳胶粒粒径的影响并进一步影响到涂料的固化成膜过程。乳化剂对涂膜吸水率的影响则主要由于乳化剂的亲水性，表现为乳化剂浓度越高，涂膜的吸水率越大。乳化剂含量对涂膜的耐水性与耐盐水性有一定影响，乳化剂浓度在15%和5%时，其耐水性与耐盐水性降低，高浓度乳化剂时可能是由于涂膜的亲水作用增加，低浓度乳化剂则可能与乳状液性能下降导致成膜较差有关。在相同的环氧树脂(环氧树脂E-44)与固化剂(NX-2003)下，比较研究了水性和溶剂型环氧涂膜的性

7、能。水性环氧涂膜的硬度和光泽度有所下降，柔韧性、附着力、抗冲击性与溶剂型环氧涂膜差异不明显，即水性环氧涂膜保留了溶剂型环氧涂膜的这些优异性能，前者下降的根本原因在于两种涂料成膜方式的差异以及残存于涂膜中的乳化剂对涂膜所起的增塑作用。在耐化学品方面，水性与溶剂型环氧涂膜的耐无机酸性能都较差，耐碱性一般。溶剂型环氧涂膜的耐水与耐3%盐水性能较水性环氧涂膜好，但水性环氧涂膜的耐水与耐盐水性能也在20天以上。两种涂膜的耐溶剂性能差异很大，溶剂型环氧涂膜耐极性有机溶剂95%乙醇与耐非极性有机溶剂二甲苯性能均较好，但

8、水性环氧涂膜的耐溶剂性能则较差。以自制的环氧树脂乳状液作为成膜基料，以无毒的磷酸锌作为活性防锈颜料研究水性环氧防腐涂料的性能、研制水性环氧树脂防腐涂料产品。研究表明颜填料用量、固化剂及其与环氧树脂的用量比等对涂膜的性能有着重要影响。无毒的磷酸锌与含铅的碱式硅铬酸铅两种活性颜料的防锈性能比较，在本涂料体系中以磷酸锌为活性颜料的涂膜，其防锈性能优于以硅铬酸铅为活性颜料的涂膜。关键词:环氧树脂:相反转乳化;水性防腐涂料Abstrac