環(huán)氧樹脂：環(huán)氧水分散體的合成研究

 

       目前比較多采用的環(huán)氧樹脂水性化方法主要有直接乳化法、相反轉(zhuǎn)化法、化學接枝法、固化劑法等，前兩種方法通常水性環(huán)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(huán)氧樹脂則有較前幾種方法更優(yōu)異的性能，因為其和環(huán)氧樹脂具有非常好的結(jié)構(gòu)相似性，可以有效阻礙乳化劑脫離環(huán)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(wěn)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(huán)氧乳化劑，再用擴鏈劑雙酚A將環(huán)氧128擴鏈，接著在擴鏈后的環(huán)氧128中依次加入少量雙端羧基聚乙二醇和反應型環(huán)氧乳化劑;最后利用相反轉(zhuǎn)化法將上述反應物制成環(huán)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(huán)氧128(工業(yè)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(huán)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(huán)氧乳化劑。在另一反應釜中加入配方量的環(huán)氧樹脂128，在160℃條件下采用雙酚A擴鏈環(huán)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(huán)氧樹脂128生成一種具有自乳化能力的環(huán)氧樹脂;接著再加入反應型環(huán)氧乳化劑，使擴鏈后的環(huán)氧128反應使其生成另一種具有自乳化能力的環(huán)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(jié)果討論

 

    2.1.聚乙二醇和環(huán)氧128摩爾比對乳化劑的影響

 

    在制取環(huán)氧水分散體時，必須先通過環(huán)氧128和聚乙二醇反應生成反應型環(huán)氧乳化劑。其中，聚乙二醇參在反應后，在體系中形成了不規(guī)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(huán)氧128的摩爾比對乳化劑的性能影響如表1所示。    

環(huán)氧水分散體的合成研究 

 

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

 

    2.2.反應型乳化劑對水分散體的影響

 

    環(huán)氧樹脂經(jīng)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(huán)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(huán)氧128全部生成具有自乳化能力的環(huán)氧樹脂。表2是反應型環(huán)氧乳化劑用量對最終環(huán)氧水分散體的粒徑、穩(wěn)定性的影響情況。     

環(huán)氧水分散體的合成研究 

 

    從表2的結(jié)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(wěn)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(huán)氧樹脂

 

    2.3.雙端羧基聚乙二醇對水分散體的影響

 

    在環(huán)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(huán)氧128反應生成一種陰離子型－反應型的環(huán)氧乳化劑，接著再和擴鏈后的環(huán)氧128反應生成一種具有自乳化能力的環(huán)氧樹脂，接著再讓絕大部分未反應完的擴鏈后的環(huán)氧128和非離子－反應型環(huán)氧乳化劑生成另一種具有自乳化能力的環(huán)氧樹脂。這樣兩種環(huán)氧乳化劑不僅和環(huán)氧樹脂有相似的結(jié)構(gòu)，又發(fā)揮了兩者的共同優(yōu)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(wěn)定性［9－10］。表3是雙端羧基聚乙二醇用量對環(huán)氧水分散體的粒徑、穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(jié)論

 

    采用PEG4000和環(huán)氧1281.25∶1反應制備非離子型反應環(huán)氧乳化劑具有優(yōu)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(wěn)定性強。當雙端羧基聚乙二醇用量等于0.44%時，不僅穩(wěn)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(huán)氧乳化劑的方式可以獲得粒徑小、穩(wěn)定性高的環(huán)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(huán)氧樹脂涂料用于金屬防腐蝕及地坪涂料等。