15
稳定
1. 28
20
稳定
1. 13
2. 2 反应温度对乳液粒径及稳定性的影响
反应温度对乳液粒径及稳定性的影响见表 2。
表 2 乳化温度对乳液稳定性的影响 Table 2 Effect of temperature on emulsion stability
乳化温度 / ℃ 粒径大小 / μm
离心稳定性
Study on preparation of Waterborne epoxy resin emulsion by phase inversion technique
HUANG Si-ping
（ School of Chemistry and Chemical Engineering，Xianyang Normal University，Xianyang 712000，China）
外光谱仪；DF-101S 集热式恒温加热磁力 搅 拌 器； XZ-6G 实验室离心机；Malvern 激光粒度仪。 1. 2 实验方法 1. 2. 1 非离子型水性环氧树脂乳化剂的制备 将 环氧树脂 E-44 和表面活性剂 OP-10、聚乙二醇按不 同的比例混合，装入 250 mL 三口瓶中，加热至一定 温度，待环氧树脂溶解完全后停止加热。保温搅拌， 溶液均匀后滴加适量的三乙醇胺催化剂，升至一定 温度后再恒温，回流反应 3 h。加蒸馏水稀释制得非 离子水溶性乳化剂溶液。 1. 2. 2 非溶性环氧树脂水乳液的相反转法制备 将溶有环氧树脂的乙二醇溶液与非离子水性乳化剂 溶液按照一定比例混合，搅拌均匀后，边搅拌边不断 滴加蒸馏水，并检测体系粘度；当体系粘度突然下降 后，加快搅拌速度，一段时间后加适量蒸馏水稀释， 测定乳液固含量，就得到水性环氧树脂乳液。 1. 3 性能测定 1. 3. 1 离心稳定性的测定 精确称取环氧树脂乳 液 1 g，投入已恒重的带刻度的 10 mL 离心试管中， 用 蒸 馏 水 稀 释 到 刻 度，放 入 离 心 机 中，以 转 速 3 000 r / min，离心 30 min。观察离心管中水层的高 度。 1. 3. 2 环氧树脂乳液粒子的大小及形态 将环氧 树脂乳液稀释到一定的倍数，滴在载玻片上，立即用 显微镜观察并拍照，测定并计算粒子的粒径。 1. 3. 3 红外光谱测定 水性环氧树脂减压蒸去溶 剂、干燥，E-44 树脂干燥。分别将试样涂于 KBr 晶 体载片上，在红外光谱仪 FTIR 上制作谱图。
水性环氧树脂通常是指环氧树脂在强烈的机械 搅拌及乳化剂的作用下，以微粒、液滴或胶体形式分 散于水相中所形成的乳液、水分散体或水溶液。水 性环氧树脂作为一种 VOC 低排放的绿色环保材料 基料，具有节省资源、低污染、力学性能优异、耐热性 好、耐候性等性能，广泛应用于建筑涂料、粘合剂及 复合材料等现代工业领域［1-2］。水性环氧树脂优势 突出表现在：一方面混合体系可在室温或潮湿的环 境下固化；另一方面表现在固化时间适中，并保证有 较高的力学强度。因此，环氧树脂的水性化是当前 环氧树脂在应用领域里的发展趋势，也是当前研究 的热点之一，具有重要的开发意义和实用价值［3］。
Abstract：The waterborne epoxy resin emulsion is preparation by phase inversion technique. One of its raw materials was water emulsifier which was synthesis of epoxy resin（ E-44），surfactan（t OP-10）and catalyst. The effect of emulsifier，reaction temperature，etc. on waterborne epoxy resin particle size and structure were discussed. The results showed that the optimum technology condition of preparation to waterborne epoxy resin emulsion were as follows：triethanolamine as catalyst，and the emulsifier amount of 20% ，the temperature of 60 ℃ ，and the time of 6 h. Key Words：waterborne epoxy resin；phase inversion technique；waterborne epoxy resin emulsifier
反应时间对乳液稳定性的影响见图 1。
图 2 水性环氧树脂红外光谱 Fig. 2 IR of the waterborne epoxy resin
由图 2 可知，3 490 cm - 1 为羟基 OH—的伸缩振 动峰；3 056，1 608，1 590，1 564 cm - 1 等吸收峰的存 在，说明苯环的存在；1 460，2 960 cm - 1 等的存在，说 明了甲基 CH3 —的存在；2 930 cm - 1 等说明亚甲基 —CH2 —的存在；环氧基的不对称伸缩振动和对称 伸缩振 动 吸 收 峰 在 838，1 250 cm - 1 处 依 然 存 在； 1 108 cm - 1 的吸收峰为烷基醚键 C—O—C 的伸缩 振动［7］。说明苯环氧树脂分子结构基本不变，仍然 保持原来的分子结构。
第 43 卷第 6 期 2014 年 6 月
应用化工 Applied Chemical Industry
Vol. 43 No. 6 Jun. 2014
相反转法合成一种水性环氧树脂 乳液的研究
黄四平
（ 咸阳师范学院 化学与化工学院，陕西 咸阳 712000）
摘 要：用环氧树脂 E-44 和表面活性剂 OP-10 合成水性环氧树脂乳化剂，然后在表面活性剂的作用下，采用相反 转法，将油包水状态环氧树脂转化成水包油状态的水性环氧树脂。探讨了乳化剂用量、反应温度等对水性环氧树 脂粒径和结构的影响。结果表明，合成水性环氧树脂的最佳工艺条件是：以三乙醇胺为催化剂，乳化剂用量为 20% 时，反应温度为 60 ℃ ，反应时间为 6 h。 关键词：水性环氧树脂；相反转法；水性环氧树脂乳化剂 中图分类号：TQ 314. 255 文献标识码：A 文章编号：1671 - 3206（2014）06 - 1061 - 03
形成的水滴表面，形成具有一定张力的亲油性界面
膜，小水滴之间的距离变大，根据吸引能
EA
＝
-
a rm
和排斥能 ER ＝ rbn（ 式中 a、b、m、n 为常数，r 为微粒
间距离），使 得 水 滴 间 的 排 斥 能 大 于 水 滴 间 的 吸 引
能，形成具有恒定大小的小水滴。此时，缓慢加入蒸
馏水，小水滴间的距离变小，吸引能急速增大。当体
3 结论
（1）采用非离子水性环氧树脂乳化剂较容易的 对环氧树脂水性化，获得较为稳定的环氧树脂乳液。
（2）当乳化剂的用量为环氧树脂用量的 1 / 4 以 上时，可以获得粒径较小和能长时间稳定水性环氧 树脂乳液。当乳化剂的用量 > 20% 时，环氧树脂乳 液最为稳定。
当乳化剂用量低于 CMC 时，乳化剂分子不能完全包 覆小水滴，在强烈剪切力的作用下，小水滴相互碰撞
形成大水滴，小水滴没有足够的浓度融合成连续相，
发生相反转，就被环氧树脂固定在分散相中，最终形
成油包水型乳液，这种状况下形成的乳液稳定性不
好，分散相粒子的平均粒度也较大。因此，乳液分散
相粒子的粒度随乳化剂用量增大而快速下降，稳定
本文利用自制的一种非离子型水性乳化剂与环 氧树脂相互作用，通过相反转，将环氧树脂从油包水 状态转变成水包油状态，制得非水溶性环氧树脂水
收稿日期：2014-03-07 修改稿日期：2014-03-18 基金项目：陕西省教育厅项目（2013JK0918）；咸阳师范学院专项科研基金项目（11XSYK106） 作者简介：黄四平（1971 - ），男，陕西泾阳人，咸阳师范学院讲师，博士，从事有机化工方面研究。电话：13152337898，
30
21. 45
1 000 r / min，10 min，分层
50
2. 46
2 000 r / min，20 min，不分层
60
1. 36
3 000 r / min，30 min，不分层
80
12. 24
2 000 r / min，10 min，分层

第6 期
黄四平：相反转法合成一种水性环氧树脂乳液的研究
E - mail：huangsiping1971@ 163. com
1062
应用化工
第 43 卷
乳液。期望获得微粒粒径小、尺寸分布窄的稳定的 环氧树脂水乳液。
1 实验部分
1. 1 试剂与仪器 E-44 环 氧 树 脂、三 乙 醇 胺、乙 二 醇、聚 乙 二 醇
PEG-4000、OP-10 乳化剂均为化学纯；乙醚，分析纯。 CP124S 电 子 天 平；FTIR-8400S 傅 里 叶 变 换 红
当前环氧树脂水性化主要有 3 种方法：借助机
械作用使非水溶性环氧树脂水乳化的相反转法、借 助在环氧树脂链上引入强亲水基的化学改性法和借 助分子设 计 与 工 艺 设 计 的 化 学 合 成 法［4］。 其 中 相 反转法是制备高分子水性乳液较为普遍的一种方 法，它的原理是在外加乳化剂的作用下，通过物理乳 化的方法，使环氧树脂连续相从油包水相转变为水 包油相，得到对应的稳定且均匀的水性可稀释环氧 树脂乳液体系。特点是制备的乳液分散相粒子粒径 小、制备方法简单、容易实施，但是乳液稳定性差，且 固化后有较多的表面活性剂残留［5］。
1063
由表 2 可知，当反应温度由 30 ℃ 升高到 60 ℃ 左右时，环氧树脂的平均粒径从 21. 45 μm 减小到 1. 36 μm，呈现出减小趋势，这是因为当温度从室温 开始升高时，乳 化 剂 活 性 增 强，环 氧 树 脂 的 黏 度 下 降，这有利 于 提 高 乳 化 速 度，同 时 可 使 乳 胶 粒 子 变 小；当温度由 60 ℃ 升高到 80 ℃ 时，环氧树脂的平均 粒径又由 1. 36 μm 增大到 12. 24 μm，呈增大趋势， 这是因为若乳化反应温度过高，水分挥发速度过快， 局部温度达到甚至超过表面活性剂的浊点，使乳化 反应效果变 差，乳 液 容 易 分 层，且 使 得 平 均 粒 径 增 大。总体看，环氧树脂的平均粒径随反应温度的升 高而先变小，然后再增大。当温度在 60 ℃ 左右时， 得到的环氧树脂平均粒径是最小的。也就是说，温 度过高，温度降低则使乳胶粒子变大，但都可能导致 乳液体系不稳定，产生凝聚或絮凝。乳液中含水量 过少时，导 致 乳 液 体 系 粘 度 过 大，易 产 生 凝 聚 或 絮 凝，造成乳液稳定性变差。 2. 3 反应时间对乳液稳定性的影响