相反转法合成一种水性环氧树脂乳液的研究

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新型水性环氧涂料的制备与实验分析方法

新型水性环氧涂料的制备与实验分析方法一、引言二、新型水性环氧涂料的制备（一）原材料的选择1、环氧树脂选择合适的环氧树脂是制备水性环氧涂料的关键。

常用的环氧树脂有双酚 A 型环氧树脂、双酚 F 型环氧树脂等。

这些环氧树脂具有良好的附着力、耐化学腐蚀性和机械性能。

2、固化剂水性环氧涂料的固化剂通常采用水性胺类固化剂，如改性脂肪胺、聚酰胺等。

固化剂的选择应根据环氧树脂的类型和性能要求进行。

3、助剂为了提高涂料的性能，还需要添加一些助剂，如消泡剂、流平剂、分散剂、增稠剂等。

（二）制备工艺1、乳液法将环氧树脂和乳化剂在高速搅拌下分散于水中，形成乳液。

然后加入固化剂和助剂，搅拌均匀，得到水性环氧涂料。

2、相反转法将环氧树脂溶于有机溶剂中，加入乳化剂和水，在一定条件下进行相反转，使环氧树脂从油相转变为水相，形成乳液。

最后加入固化剂和助剂，得到水性环氧涂料。

三、实验分析方法（一）性能测试1、外观观察涂料的外观，包括颜色、光泽、平整度等。

2、干燥时间采用指触法或干燥时间测定仪测定涂料的表干时间和实干时间。

3、附着力按照国家标准 GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》进行附着力测试。

4、硬度使用铅笔硬度计或摆杆硬度计测定涂料的硬度。

5、耐水性将涂有涂料的样板浸泡在水中，观察其外观变化和附着力的变化，评估涂料的耐水性。

6、耐化学腐蚀性将涂有涂料的样板分别浸泡在酸、碱、盐等溶液中，观察其外观变化和附着力的变化，评估涂料的耐化学腐蚀性。

（二）微观结构分析1、扫描电子显微镜（SEM）通过SEM 观察涂料的微观结构，包括涂层的表面形貌、孔隙率等。

2、傅里叶变换红外光谱（FTIR）利用 FTIR 分析涂料中化学键的变化，确定固化反应的程度和官能团的存在。

四、实验结果与讨论（一）性能测试结果1、外观制备的水性环氧涂料外观均匀，颜色鲜艳，光泽度良好，平整度高。

2、干燥时间表干时间为 2-4 小时，实干时间为 24-48 小时，满足实际施工的要求。

水性环氧乳液的制备及其性能研究

胶体与聚合物
第３１卷
逐渐增加，涂膜的热稳定性增加，四种涂膜在温７０ ℃时均具有良好的热稳定性。在环氧值：胺氢值的摩尔比为１：１，涂料固含度低于２为３０％的条件下，将乳化剂含量不同的环氧乳液２．４乳化温度对乳液粒度分布的影响在乳化剂用量为９％的条件下，通过改变乳与固化剂反应涂膜，在室温下固化完全后，分别
双酚Ａ环氧树脂Ｅ一５１，工业级；三羟甲基丙烷三缩水甘油醚（伽ＥＧ），工业级；水性环氧树
２结果与讨论
２．１乳化剂用量对乳液及其涂膜性能的影响
脂固化剂，工业级；丙二醇甲醚，化学纯；聚乙二
醇（ＰＥＧ４０００），化学纯；Ｌｅｗｉｓ酸，实验室自制。１．２水性环氧树脂乳液及清漆的制备１．２．１水性环氧树脂乳化剂的合成在三口烧瓶
中加入摩尔比为１：３：４的ＴＭＰＥＧ、ＰＥＧ４０００、环
９％时，乳液的离心稳定性不再变化。随着乳化剂用量的增加，涂膜的硬度和附着力先变好后又变差。综合考虑涂膜表观，乳化剂用量为９％最佳。
收稿日期：２０１２．１２．１２通讯作者：古绪鹏教授，主要研究方向：水性涂料与导电高分子材料．Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｘｐ＠ｂｈｕｔ．ｅｄｕ．ｃａ
硬度附着力涂膜表观／｝Ｉ／级２欠丰满，光泽度一般，流平性好３丰满，光泽度好，流平性好不分层３丰满，光泽度好，流平性好不分层２较丰满，光泽度好，流平性欠佳

一种水性环氧树脂乳液的制备

一种水性环氧树脂乳液的制备作者：方永瑞来源：《科学与财富》2019年第22期摘要：一般采用的环氧树脂E-44、聚乙二醇（PEG）都会通过反向转换处理合成水乳化的环氧树脂E-51原料，从而生产52%颗粒含量的水性环氧树脂。

通过红外光谱（FT-IR）显示出乳化剂的结构，然后再使用性能测试其粘度、离心稳定性和粒度，并有效分析催化剂的类型、聚乙二醇的分子量、环氧基团和羟基。

乳液生产率的提高和乳化剂质量检测是确定水性环氧树脂纯度的最佳证明，最佳分子量的一般是6000左右，环氧基团的羟基摩尔比优选1：1.6至1：1.7，最低剂量乳化剂约为21%。

热重分析（TGA）结果表明，环氧树脂乳液的耐热性对应于未改良的水性环氧树脂的水基耐热性。

关键词：水性；环氧树脂；乳液；制备人们选择使用水性环氧树脂，主要是因为它们含有独特的环氧基团，如羟基这类反应性基团和醚键这类极性基团。

它具有优异的粘合性能、机械性能、电性能，以及高水平的技术性能，所以对应的它也被使用于电子、工程、运输和建筑等场合[1-4]。

常规的环氧树脂通常是液体或粘性固體，它需要生产和使用各种有机溶剂，如芳烃和酮，一般是重工业经常使用[5-6]。

随着公众对环境意识的不断提高，不含有机溶剂的环氧树脂行业的发展理念变成了无毒环保。

1.实验部分1.1主要试剂双酚A型环氧树脂（型号E-44，E-51）的工业品牌代表是杭州五慧港胶粘剂有限公司，该产品的聚乙二醇（PEG）分子量通常是选用600，2000，4000，6000，10000；全纯分析代表是北京伊利精细化工有限公司；钾含量正常的代表者天津东江，其中的三氟化硼单边率极高；质量精密化工厂的分析评价，一般是指国药化学试剂有限公司；NaHO纯度分析最到位的是上海化学试剂公司；环氧树脂固化剂最著名的则是杭州五慧港胶粘剂有限公司。

1.2乳化剂的制备将固定量的PEG置于装有动力搅拌器和回流冷凝器的260ml三颈烧瓶中并加热至92℃。

水性环氧树脂的合成研究精品

水性环氧树脂的合成研究环氧树脂是三大通用型热固性树脂之一，具有优良的机械性能、电绝缘性能、热稳定性、耐化学品性和粘结性能，被广泛应用于电子电气、机械制造、航空航天、船舶运输等领域。

随着社会的发展和人们环保意识的不断增强，以水为溶剂或分散介质的环氧树脂水性化改性愈来愈受到重视，水性化改性的环氧树脂不仅兼有溶剂型环氧树脂的优点，而且VOC（有机挥发物）含量低，施工性好，清洗方便，储运使用安全，价格也低廉，因而成为环氧树脂应用的发展方向之一[1～4]。

目前，对环氧树脂进行水性化改性的方法主要有机械法、相反转法和化学改性法[5]。

机械法和相反转法制得的水性环氧树脂乳液粒径较大，稳定性差。

化学改性法是现在环氧树脂水性化改性研究的热点，利用该法合成的水性环氧树脂乳液粒径较小，稳定性也较好。

本文采用自由基接枝共聚的方法，在过氧化苯甲酰（BPO）的引发下，将甲基丙烯酸、苯乙烯和丙烯酸丁酯接枝到环氧树脂上，使环氧树脂具备水溶性，同时保留了大量的环氧基，从而使改性树脂的亲水性和反应活性达到合理的平衡[6]。

合成的水性环氧树脂分散体系粒径较小，稳定性较好，并考察了甲基丙烯酸用量、接枝聚合时间和中和度对水性环氧树脂的影响。

1实验部分1.1主要原料双酚A环氧树脂E-12：黄山恒远化工有限责任公司；甲基丙烯酸（MAA）：分析纯，天津市光复精细化工研究所；过氧化苯甲酰（BPO）,分析纯，天津市光复精细化工研究所；丙烯酸丁酯（BA）：分析纯，天津市光复精细化工研究所；苯乙烯（St）：分析纯，天津市光复精细化工研究所；正丁醇：分析纯，上海苏懿化学试剂有限公司；乙二醇丁醚，分析纯，天津市光复精细化工研究所；N，N-二甲基乙醇胺，分析纯，天津市光复精细化工研究所；去离子水。

1.2水性环氧树脂的合成将一定量环氧树脂和正丁醇与乙二醇丁醚组成的混合溶剂（质量比为1:1）加入到带有搅拌棒、温度计、冷凝管和滴液漏斗的250ml四口烧瓶中，升温至100℃预溶好；在搅拌条件下2h内匀速缓慢滴加甲基丙烯酸、过氧化苯甲酰、丙烯酸丁酯和苯乙烯的混合溶液；升温至110℃，恒温反应5h ；降温至80℃，滴加N ，N-二甲基乙醇胺和正丁醇的混合溶液中和，加水乳化制得固含量为30%水性环氧树脂乳液。

水性环氧树脂乳液制备及研究

水性环氧树脂乳液制备及研究
胡飞燕;徐朝华;胡晓光
【期刊名称】《山西化工》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】本文通过双酚A型环氧树脂E-51(EP-51)与聚乙二醇4000(PEG-4000)进行酯化反应和开环反应,合成环氧乳化剂,利用相反转技术制备出了一种水性环氧树脂乳液,通过对反应过程中的催化剂的选择、反应温度、环氧树脂乳液制备方法的研究讨论,研究合成出一种能够满足市场需求、性能优异的环氧树脂乳液。

【总页数】2页(P28-29)
【作者】胡飞燕;徐朝华;胡晓光
【作者单位】江门职业技术学院;广东安美迅新材料有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】O633.13
【相关文献】
1.水性环氧树脂固化剂的制备及其与乳液相容性的研究
2.非离子型水性环氧树脂乳液的制备及其性能研究
3.一种非离子型水性环氧树脂乳液的制备及防腐性能研究
4.水性固体环氧树脂乳液的制备及性能的研究
5.环氧树脂改性水性聚氨酯乳液的制备研究
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聚乙二醇乳化的环氧树脂

聚乙二醇（PEG）可以作为环氧树脂的乳化剂。

将环氧树脂E44与亲水性聚乙二醇(PEG)反应，合成一种水性环氧树脂乳化剂，并与环氧树脂E44按一定比例混合，用相反转法制备水性环氧树脂剂。

研究表明，当聚乙二醇的相对分子质量为6000，羟基与环氧基的摩尔比为1.00∶1.25，反应温度为130℃左右时，合成的乳化剂具有较好的乳化效果。

当乳化剂用量为12%时，制备的涂膜具有良好的机械稳定性、冻融稳定性、附着力2级、硬度3H。

此外，不同相对分子质量的聚乙二醇对环氧乳液性能有不同的影响。

例如，当采用PEG600和PEG800乳化环氧树脂时，得到的环氧树脂乳液粒径较大，甚至为油溶性。

而当采用PEG4000时，得到的环氧乳液水溶性较好，稳定性较好，粒径较小。

而采用更大相对分子质量的PEG6000和PEG8000时，得到的环氧树脂乳液性能非但没有得到提升，反而稳定性、亲水性等性能均有所降低。

以上信息仅供参考，如有需要建议查阅相关文献资料或咨询材料学专家。

一种水性环氧树脂乳液的制备方法[发明专利]

专利名称：一种水性环氧树脂乳液的制备方法专利类型：发明专利
发明人：李辉
申请号：CN201610852340.6
申请日：20160926
公开号：CN107868259A
公开日：
20180403
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明一种水性环氧树脂乳液的制备方法，涉及水性环氧树脂乳液及其乳化的制备。

水性环氧树脂乳液以辛烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、十二烷基硫酸钠为复合体系制得的乳化剂，在高剪切、超声波作用下，同时结合相反转技术，制备的环氧树脂乳液的分散相粒子细，粒径分布集中，具有很好的离心稳定性、冻融稳定性和稀释稳定性等特点，相比现有的环氧树脂乳液，固化后的涂层具有更强的韧性、强度、附着力和耐水性。

申请人：青岛九洲千和机械有限公司
地址：266000 山东省青岛市李沧区金水路1577-10号305-65室
国籍：CN
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相反转法制备水性环氧乳液

溶剂或进行加热来降低环氧树脂的本体粘度，后再然
进行乳化。
机械法：固体环氧树脂预先磨成微米级的】将Ｊ环氧树脂粉末，加热的条件下，，－化剂水溶液，在Ｉ￣ＨＬ机械搅拌即可制得水性环氧乳液。此方法的优点是
度分布较宽，得乳液的稳定性差。所
化学改性法ｌ，ｊ通过对环氧树脂进行改性，：
将离子基团或极性基团引入到环氧树脂的非极性链
中，其成为亲水亲油的两性聚合物，而使其具有使从
氧树Ｉ－化剂＿ＩＬ￣】。通过将具有表面活性作用的分子
链段引入环氧树脂分子链中，大改善了乳化剂与环大
表面活性剂的作用。此方法制得的水性环氧乳液中分散相粒子的粒度，／约几十到几百纳米）但化学ｌｂ（￣，
（ＧＥ，学纯，海试剂三厂产品；面活性剂ＥＭＥ）化上表（Ｍ００ＢＪ０ＯＢＪ６０）化学纯，ＢＪ１０，ＭＯ，ＭＯＯ，４上海化学试剂公司产品。２２反应型环氧树脂乳化剂的合成．
维普资讯
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施雪珍，陈
摘
铤，国芳顾
（同济大学材料科学与工程学院，海２０９）上００２

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15
稳定
1. 28
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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
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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