新型改性水性环氧树脂的制备及性能研究.pdf

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