环氧固化剂乳液的制备研究

李钒

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

环氧固化剂乳液的制备研究

李钒

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

本研究采用一种两亲性物质合成预聚物，使改性多胺固化剂分散在水中，形成稳定的乳液。研究了预聚物合成的最佳催化剂用量为6‰，最佳反应温度为75℃。使用此固化剂乳液固化的环氧树脂清漆漆膜具有良好的外观和力学性能。

环氧固化剂；水性；乳化；增韧

作为水性环氧涂料体系的重要组成部分,环氧固化剂对涂膜的化学性能和物理性能都发挥着重要的作用。科研人员一直在探索一种与水性环氧树脂具有良好相容性的水性固化剂，最终的目标是得到性能优良，应用广泛的水性环氧涂料[1,2]。

比较成熟的水性环氧固化剂主要有三种，第一种，单脂肪酸与多元胺反应得到的酰胺类的多胺；第二种，二聚酸与多元胺反应制得的聚酰胺；第三种，由环氧树脂与多元胺反应制得的环氧-多胺加成物[3]。本研究制成的固体剂属于第三种固化剂，并且利用一种环氧预聚物将固化剂乳化得到稳定的固化剂水分散体。此种固化剂乳液与环氧树脂乳液具有良好的相容性，固化清漆漆膜物化性能优良[4]。

1 实验部分

1.1 实验原料及设备

1.1.1 实验原料

环氧树脂E-44，工业品，中国石化巴陵石化分公司；环氧树脂128，工业品，中国石化巴陵石化分公司；环氧树脂501，工业品，中国石化巴陵石化分公司；催化剂A，分析纯，天津风船化学试剂科技有限公司；双亲性物质B，分析纯，天津风船化学试剂科技有限公司；二乙烯三胺，分析纯，天津科威化学品有限公司。

1.1.2 实验设备

恒温水浴锅；电热鼓风干燥箱；傅立叶红外光谱仪；高速分散机；电动漆膜附着力试验仪；漆膜弹性试验仪。

1.2 实验步骤

1.2.1 预聚物的合成

在装有电加热、搅拌器、温度计的四口烧瓶中加入双亲性物质B，并加入一定量的催化剂A，搅拌加热均匀，逐滴加入环氧树脂E-44，在一定温度下反应4h，取出放在广口瓶中储存。

1.2.2 固化剂乳液合成

在装有电加热、搅拌器、温度计的四口烧瓶中加入二乙烯三胺，搅拌下滴加环氧树脂501，在60℃下反应2h，继续滴加环氧树脂128，并反应2h得到产物，最后加入10%的预聚物，并加入一定比例的去离子水，高速分散下得到环氧固化剂分散体。

1.2.3 环氧树脂清漆涂膜测试

将环氧树脂固化剂分乳液与环氧树脂乳液按照胺氢与环氧基物质的量比1:1的比例均匀混合，涂抹在马口铁表面，室温下精制48h，得到清漆漆膜。

按照GB/T6739-2006，以漆膜不被画出痕迹的铅笔硬度，表示被测漆膜的硬度，级别由6H～6B。

使用电动漆膜附着力试验仪，按照GB/T1720-79，测试漆膜附着力

使用漆膜弹性试验仪，按照GB/T6742-2007，测试漆膜的韧性。

2 结果与讨论

2.1 催化剂用量对预聚物的影响

图1催化剂用量对预聚物环氧值的影响

图1 是添加不同比例催化剂，体系中环氧值随时间的变化情况。从图中可以看出，添加了催化剂的体系中，环氧值都随着反应的进行，逐渐降低，并且降低的速率都是先缓慢，后变快，最后再缓慢。这是因为，随着反应的进行，催化剂解离出的H+逐渐增多，反应速率逐渐加快，反应继续进行，虽然H+总量并没有减少，但是反应基团消耗殆尽，因此反应速率下降，反应趋于平稳。

对于催化剂的用量，添加比例5‰，环氧值变化不明显，反应进行十分缓慢，还有大量的环氧基残留；添加比例7‰和8‰，由于此反应是放热反应，催化剂量大，反应过于剧烈，容易产生凝胶，导致实验失败；添加比例6‰，反应平稳，并且在一定时间内反应基团基本反应完全，所得产物具有良好的稳定性。

2.2 反应温度对预聚物的影响

图2反应温度对环氧转化率的影响

图2 是体系在添加6‰催化剂，不同反应温度下反应4h后的环氧基团转化率，从图中可以看出，温度太低体系反应活性偏低，环氧基团转化率偏低，反应温度过高，反应剧烈，环氧基团全部参与反应，并且还会产生凝胶，因此反应温度确定为75℃最适宜。

2.3 环氧树脂清漆涂膜的性能

表1 清漆漆膜性能对比

表1是本研究合成的固化剂乳液与市场固化剂产品制出的清漆漆膜性能对比。通过对比可以看到，两种产品都体现了环氧涂料的优异性能，有很高的硬度，都达到了2H，并且对于基材有良好的附着力，分别达到了0级和1级，其中本研究的固化剂制得的漆膜提高了产品的附着力和韧性。这是由于固化剂组分中引入了柔性链段，改善了环氧树脂脆的缺点。

3 结论

本研究创新性地合成了一种环氧固化剂乳液。通过实验确定了合成预聚物需要添加的催化剂用量为6‰，最佳反应温度为75℃，通过引入两亲性物质，将改性固化剂在水中分散得到水乳液。使用此固化剂乳液固化的清漆漆膜，外观透明，性能水平达到市面上销售的固化剂产品性能，其中在韧性和附着力上还具有一定优势。并且由于不使用任何有机溶剂，仅仅利用水进行分散，可以做到VOC零排放，是一种环保高性能的环氧固化剂。

［1］李楚新，吴超富，熊远钦，等.水性环氧树脂固化剂研究进展[J].热固性树脂，2006-21(增刊)：9-11.

［2］周继亮，涂伟萍.室温固化柔韧性水性环氧固化剂的合成与性能[J].高分子材料科学与工程，2006，22(1):52-55.

［3］陈净.国内环氧树脂行业现状及未来发展趋势[J].中国涂料，2012(7)：25-27.

［4］Gerlitz，Martin，Fischer，et al.Water dilutable amine curing agents for aqueous two component epoxy resin systems[P].USP：6653369，2003-11-25.

·信息·

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（吴红富）

Study on preparation of epoxy curing agent of emulsion

LI Fan
(School of Tianjin Bohai Vocational Technical College,Tianjin 300402)

This research adopts a kind of synthesis of amphiphilic substances pre-polymer,made of modified amine curing agent dispersed in the water,forming stable emulsion.Studies the best pre-polymer synthesis catalyst for 6‰,the best reaction temperature is 75℃.With this curing agent emulsion cured epoxy resin varnish coating have good appearance and mechanics performance.

epoxy curing agent;water-based;emulsion;toughening

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.06.005

TE???

A

1008-1267（2016）06-0012-03

2016-08-05