水性环氧树脂乳液的研究与制备

    摘 要：采用环氧树脂和非离子型表面活性剂反应合成了反应型水性环氧乳化剂，将具有表面活性的分子链段引入到环氧树脂分子链中，用相反转技术制备水性环氧树脂乳液。研究了乳化剂合成时表面活性剂（BMJ）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的影响。

    关键词：反应型环氧树脂乳化剂；相反转；水性环氧树脂乳液；离心稳定性；分散相粒径

    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[1-2]。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，环氧树脂水性化有以下三种方法：机械法、化学改性法和相反转法。

    用机械法[1，3]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，并且乳液的成膜性能也不是很好。

    用化学改性法[1,3,4]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[3，5-9]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，因而分散相的尺寸最小。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[10]。

    为了克服外加低分子量乳化剂乳化环氧树脂的缺点[11-12]，我们开发出新型的具有反应性的水性环氧乳化剂[13]。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。同时对影响水性环氧树脂乳液稳定性和乳液中分散相粒径的因素进行了较为系统的讨论，为确定水性环氧树脂乳液的生产工艺提供了合理的理论依据。

    1 实验部分

    1.1 原料

    双酚A型环氧树脂E-51（环氧当量为190），上海树脂厂产品；双酚A型环氧树脂E-20（环氧当量为500），湖南岳阳石油化工总厂产品；乙二醇单乙醚（EGMEE），化学纯，上海试剂三厂产品；表面活性剂（BMJ 1000，BMJ 4000，BMJ 6000），化学纯，上海化学试剂公司产品；过硫酸钾，分析纯，上海化学试剂公司产品。

    1.2反应型环氧树脂乳化剂的合成

    按一定比例将环氧树脂和表面活性剂（BMJ）加入到装有搅拌器和温度计的250mL的三颈瓶中，加热至150℃左右，待BMJ和环氧树脂完全溶解后停止加热，搅拌均匀后滴加过硫酸钾的水溶液（催化剂）。控制反应温度在120℃左右，维持若干小时，反应结束后，加蒸馏水稀释，得淡黄色透明的乳化剂溶液。

    本文所使用的乳化剂的分类说明和代号如下：L（low）型乳化剂是以低分子量环氧树脂E-51和BMJ为原料合成的乳化剂；H（high）型乳化剂是以高分子量环氧树脂E-20和BMJ为原料合成的乳化剂。L4124 - L代表合成时所用的是低分子量环氧树脂E-51，4代表BMJ分子量为4000， 12代表环氧基和羟基当量比为1:2，4代表反应时间为4h。

    1.3 水性环氧树脂乳液的配制

    双酚A型环氧树脂E51的乙二醇单乙醚溶液和反应型环氧树脂乳化剂按一定比例搅拌混合均匀，然后滴加蒸馏水直到体系的粘度突然下降，此时体系的连续相由环氧树脂溶液相转变为水相，发生了相反转，继续高速搅拌一段时间后加入适量蒸馏水稀释到一定的浓度，制得水性环氧树脂乳液。

    1.4 水性环氧树脂乳液的表征

    水性环氧树脂乳液的稳定性用80-2B型低速台式离心机进行评定, 上海安亭科学仪器厂制造；乳液分散相粒子的尺寸与粒度分布用激光粒度分析仪LS-230测定, 德国Bachman Coulter公司制造。