目前比較多采用的環氧樹脂水性化方法主要有直接乳化法、相反轉化法、化學接枝法、固化劑法等，前兩種方法通常水性環氧乳液粒徑太大，而接枝法通常會導致最終涂料涂膜的耐水性能下降［1－3］。而自乳化環氧樹脂則有較前幾種方法更優異的性能，因為其和環氧樹脂具有非常好的結構相似性，可以有效阻礙乳化劑脫離環氧樹脂，這樣即可增加乳化效率，降低樹脂分散體的粒徑，提高其穩定性，施工前無需在乳化，使用非常方便［4－6］。

 

       本文首先制成非離子反應型環氧乳化劑，再用擴鏈劑雙酚A將環氧128擴鏈，接著在擴鏈后的環氧128中依次加入少量雙端羧基聚乙二醇和反應型環氧乳化劑;最后利用相反轉化法將上述反應物制成環氧水分散體。

 

    1·實驗部分

 

    1.1.試驗原料及配方

 

    聚乙二醇4000(分析純)，天津市羅密歐化學試劑廠;環氧128(工業品);路易斯酸，自制;乙二醇單丁醚(分析純)，天津市大茂化學試劑廠，湖南大學化學與化工學院;雙酚A(分析純)，長沙歐化科技有限公司;三苯基磷(分析純)，長沙市湘科精細化工廠;雙端羧基聚乙二醇(分子量1700，分析純)，安徽恒遠化工有限公司。

 

    1.2.實驗過程

 

    在90℃溫度下，將配方量的PEG4000和環氧樹脂128加入到反應釜中，加入催化劑，反應1h后升溫到120℃，保溫4h后制得淡黃色反應型環氧乳化劑。在另一反應釜中加入配方量的環氧樹脂128，在160℃條件下采用雙酚A擴鏈環氧128，然后加入少量雙端羧基聚乙二醇保持反應進行20min，使擴鏈后的環氧樹脂128生成一種具有自乳化能力的環氧樹脂;接著再加入反應型環氧乳化劑，使擴鏈后的環氧128反應使其生成另一種具有自乳化能力的環氧樹脂;當上述乳化系體的EEW=510～530后，加入助溶劑乙二醇單丁醚，總量32.0%的去離子水，降溫至60℃;接著提高攪拌速度為3000r/min，以5min/mL的速度滴加剩余的去離子水，保持20min后，在分散機上以4000r/min的速度分散約30min，再用冰水混合物冷卻至室溫即可。

 

    2·結果討論

 

    2.1.聚乙二醇和環氧128摩爾比對乳化劑的影響

 

    在制取環氧水分散體時，必須先通過環氧128和聚乙二醇反應生成反應型環氧乳化劑。其中，聚乙二醇參在反應后，在體系中形成了不規則的嵌段聚合物，充當乳化劑的作用，其中聚醚鏈段是親水基團，有親水作用;而雙酚A縮水甘油醚鏈段是親油基團，溶于油相中［7－8］。

 

    如果聚乙二醇的分用量過高，聚醚鏈段分子鏈就會加長，使乳化劑的親水性就會增強，親油性能就會降低;反之乳化劑親油性增強，親水性能降低;故只有當聚醚鏈段的分子量和親油基團的分子量達到某一平衡值時，才能起到良好的乳化作用，聚乙二醇和環氧128的摩爾比對乳化劑的性能影響如表1所示。    

環氧水分散體的合成研究 

 

    從表1可以看出，當聚乙二醇和環氧128配比為1.25∶1制得的乳化劑穩定性較好，乳化能力強，制得的環氧水分散體粒徑很小，而且性能也很穩定。

 

    2.2.反應型乳化劑對水分散體的影響

 

    環氧樹脂經過擴鏈以后，其本身沒有自乳化功能還不能分散在水中，只有通過連接反應型環氧乳化劑后才能使其本身具有自乳化分散性能。但當乳化劑用量過多時，會造成原料的浪費;當乳化劑用量太少時，無法使擴鏈后的環氧128全部生成具有自乳化能力的環氧樹脂。表2是反應型環氧乳化劑用量對最終環氧水分散體的粒徑、穩定性的影響情況。     

環氧水分散體的合成研究 

 

    從表2的結果可以看出，當乳化劑用量在分散體總量中大于22.0%時，所得分散體的粒徑有所變大，達到2.85μm，而且穩定性也變得很差;當乳化劑用量在分散體總量中小于22.0%時，所得分散體的粒徑有所變大，甚至能達到了10m左右;只有當乳化劑用量在分散體總量中等于22.0%時，所得分散體的粒徑最小，可以達到1.18μm，具體粒徑分布如圖1所示。   

環氧樹脂

 

    2.3.雙端羧基聚乙二醇對水分散體的影響

 

    在環氧128擴鏈后，先加入少量雙端羧基聚乙二醇使其和擴鏈后的環氧128反應生成一種陰離子型－反應型的環氧乳化劑，接著再和擴鏈后的環氧128反應生成一種具有自乳化能力的環氧樹脂，接著再讓絕大部分未反應完的擴鏈后的環氧128和非離子－反應型環氧乳化劑生成另一種具有自乳化能力的環氧樹脂。這樣兩種環氧乳化劑不僅和環氧樹脂有相似的結構，又發揮了兩者的共同優勢，從而有利于進一步降低分散體的粒徑，又有利于提高分散體的穩定性［9－10］。表3是雙端羧基聚乙二醇用量對環氧水分散體的粒徑、穩定性的影響情況。    

 

雙端羧基聚乙二醇用量影響

 

雙端羧基聚乙二醇用量影響

 

    從表3可以看出，當雙端羧基聚乙二醇用量大于或小于0.44%時，分散體粒徑變大，穩定性降低。實驗證明，只有當雙端羧基聚乙二醇用量等于0.44%時，所制得的水分散體不僅穩定性能強，而且粒徑較小，達到0.58μm，其粒徑分布具體如圖2所示。

 

    3·結論

 

    采用PEG4000和環氧1281.25∶1反應制備非離子型反應環氧乳化劑具有優良的乳化效果;當反應型乳化劑用量和分散體總量相比等于22.0%時，所得分散體的粒徑最小，可以達到1.18μm，而且穩定性強。當雙端羧基聚乙二醇用量等于0.44%時，不僅穩定性能強，而且分散體粒徑最小，可以達到0.58μm。用先加雙端羧基聚乙二醇再加反應型環氧乳化劑的方式可以獲得粒徑小、穩定性高的環氧水分散體，其固含量為52.2%，粒徑只有0.58μm，3000rpm在0.5h不分層，可直接和水性固化劑混合使用，無需高速分散。該分散體可用于制備高性能水性環氧樹脂涂料用于金屬防腐蝕及地坪涂料等。