分散体类型
乳化剂种类
固含量（%） 黏度(cP)
E-51分散体 Disponil LS 500*a 2%
65
8000±1000
E-51分散体 Disponil LS 500 3%
65
6000±1000
E-51分散体 Tergitol 15-S-40*b 4%
65
6000±1000
E-51分散体 Tergitol 15-S-40 6%
South China University of Technology
2
一、环氧树脂化学
South China University of Technology
3
■ 环氧树脂的结构
环氧化合物与环氧树脂：
环氧化合物：分子结构中含有环氧基团的化合物。 环氧树脂：分子结构中含有两个或两个以上环氧基团、在适当化学助剂下能形成三维网状结构的化
65
5000±1000
外观
稳定性
乳白色 >3 months 乳白色 >6 months 乳白色 >3 months 乳白色 >6 months
配漆性能 较好 较好 较好 较好
*a Disponil LS 500：BASF； *b Tergitol 15-S-40 ：DOW
South China University of Technology
一）反应性乳化剂合成
合成方法 环氧树脂与聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDGE）按摩尔比1:1（1:2、1:3）加入，加入少量溶剂调节 粘度，缓慢滴加乙醇胺（—NH2：环氧基=1:4），反应完后用冰醋酸中和，减压蒸馏脱除溶剂。
反应性乳化剂性能 外观：黄色透明 粘度：粘度与环氧树脂和PEGDGE的摩尔比，PEGDGE的环氧值以及环氧树脂分子量相关， PEGDGE用量越多，环氧值越小，环氧树脂的分子量越小，合成乳化剂的粘度越小
South China University of Technology
29
自乳化法制备水性环氧分散体
二）反应性乳化剂合成——HLB值 反应性乳化剂的基本特征
图 油相与乳化剂混合静置后分层情况
乳化剂HLB值在16附近，可作为O/W型分散体的乳化剂。
South China University of Technology
20
典型的水性环氧分散体产品
水性环氧分散体代表性公司： 陶氏 亨斯迈
瀚森
South China University of Technology
21
典型的水性环氧分散体产品
水性环氧分散体代表性产品特点： 1.分散粒径大多在微米级别，外观为白色乳状液 2.固含在50-70 wt% 3.分散体品种相对固化剂种类较少
0
W avenumber/cm-1
South China University of Technology
固化剂乳化法
自由基接枝 其他方法
South China University of Technology
18
水性环氧分散体的制备
普通双酚A型环氧树脂在化学改性法当中可反应位点： 自由基接枝
环氧开环加成
酯化 或 氨基甲酸酯化
South China University of Technology
19
24
外乳化法制备水性环氧分散体
South China University of Technology
25
乳化法制备水性环氧分散体
一）反应性乳化剂合成
聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)
双酚A型环氧树脂 乙醇胺
South China University of Technology
26
自乳化法制备水性环氧分散体
South China University of Technology
11
水性环氧分散体定义
水性环氧分散体的优缺点： 优点
1.对比无溶剂体系和粉末体系，能够降黏或分散。 2.相比溶剂型体系，更环保和安全 3.对无机填料和无机颜料有优良的分散性 4.可应用于一些特殊领域如：电镀漆
缺点
1.由于成膜机理导致性能部分衰减 2.失去部分良好特性如：电绝缘性 3.干燥较慢，施工要求高 4.存在冻融稳定性问题，储存和使用受天气限制
4
苯环
1.662 6.32
13.08
19.15
-CHCH2O- 0.15
3
2
-OH
1.9
5.32
3
-O-
1.3
9.64
6
-N
9.4
1
1
乳化剂理论HLB
13.08 × 2 +19.15
HLB =
= 15.1
3
E20和PEGDGE按摩尔比1:2投料时，理论情况下得到的乳化剂是结构1与结构2按2:1存在的混合物。
软 化 点
水在25℃时的粘度： 0.8949X10-3 Pa·s
环氧树脂的牌号越高，环氧树脂的分子量越小。 根据环氧值估算其分子量的大小，是环氧树脂固化剂计算的依据。
平均分子量
363 392 454 454
? ? ?
双酚A环氧树脂的聚合度与分子量：
CH2 CH CH2 O
O
CH3 C CH3
O CH2 CH CH2 O OH
二、水性环氧分散体及其制备方法
South China University of Technology
9
水性环氧分散体定义
1、水性环氧树脂：水性环氧树脂是以环氧树脂为分散质，水为主要分散介质的一类分散体。
2、水性环氧分散体：水性环氧分散体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 得的稳定分散体系。
CH2 CH CH2CL ＋ HO
O
CH3
C
OH
CH3
CH2 CH CH2 O O
CH3 C CH3
O CH2 CH CH2 O OH
n
CH3 C CH3
双酚F环氧树脂：二酚基甲烷与环氧氯丙烷反应产物
O CH2 CH CH2 O
C H 2 C H C H2 O
CH2
O CH2 CH CH2 O
CH2
填缝胶
植筋胶
结构加固胶
South China University of Technology
14
水性环氧分散体的应用
水性环氧分散体的应用集中于涂料、胶黏剂和结构材料领域 结构材料领域
环氧-水泥复合材料
环氧-沥青复合材料
环氧-玻纤复合材料
South China University of Technology
South China University of Technology
22
三、水性环氧分散体的制备
South China University of Technology
23
外乳化法制备水性环氧分散体
通过市售乳化剂：Disponil LS 500 或 TERGITOL 15-S-40进行外乳化。
South China University of Technology
28
自乳化法制备水性环氧分散体
二）反应性乳化剂合成——HLB值 反应性乳化剂的基本特征
疏水基 亲水基
基团基数 结构1 结构1HLB 结构2 结构2HLB
-CH3
0.475 6.64
-CH2
0.475 18.64
18
-CH
0.475 6.32
非离子型 羟基-OH,酰胺基-CONH,聚氧乙烯基-(CH2O)n-,……
South China University of Technology
17
水性环氧分散体的制备
水性环氧分散体有多种制备手段，从工艺或化学改性路线上分：
直接乳化法
环氧开环加成
羟基酯化
外乳化法
相反转法Biblioteka 化学改性法羟基氨基甲酸酯化
South China University of Technology
27
自乳化法制备水性环氧分散体
一）反应性乳化剂合成——HLB值 乳化剂中含有的可能结构：
1、
2、 O O
O
O
N
O
OH
OH
O
O O
OH
3、
结构3中，分子两端都是长链的环氧树脂结构，E20空间位阻大，乙醇胺中的氨氢全部与E20开环 的可能性较小，因此乳化剂中还是以1和2的结构为主。
30
自乳化法制备水性环氧分散体
一）反应性乳化剂合成——红外分析
a
3400 916
b
3400cm-1处是羟基特征吸收峰，916cm-1处是 环氧基特征吸收峰。反应完后，环氧基的峰 明显减弱，羟基的峰增强，是由于乙醇胺与 环氧基开环消耗掉环氧基，生成羟基。
3400
916
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
水性环氧分散体的制备
各反应位点的反应： 环氧基开环加成：与羟基加成醚化，与羧基加成酯化，与氨基加成，与巯基加成，…… 自由基接枝：使用氧化剂产生自由基，UV吸收产生自由基，…… 羟基酯化：羧酸酯化，磷酸酯化，…… 羟基氨基甲酸酯化：异氰酸酯类物质
South China University of Technology
1990-2000s 以Dow，Shell，Huntsman，AirProduct为代表的企业开发出多种、 不同功能的水性环氧树脂和水性 环氧固化剂。
Now
16
水性环氧分散体的制备
水性环氧分散体从稳定方式可以分为：
阴离子型 羧酸根-COO-,磺酸根-SO32-,磷酸酯-H2PO4,……