新型水性环氧树脂合成研究.pdf

第30 卷第3 期 广 州 化 学 Vol. 30 ，No. 3 2005 年9 月 Guangzhou Chemistry Sept.，2005 新型水性环氧树脂的合成研究1 马承银， 郑文姬， 周迪武， 卢翠红 （中南大学化学化工学院，湖南 长沙 410083 ） 摘 要：以2-丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸（AMPS ）为改性剂，过氧化苯甲酰（BPO ）为引发剂， 通过溶液聚合，使环氧树脂获得水分散性。以改性环氧树脂的收率、粒径分布、反应体系酸值随 时间的变化为指标，对反应历程进行了推断，并对改性产物的结构进行了红外光谱分析。结果表 明，在整个反应中，AMPS 与环氧树脂主链接枝反应和与环氧树脂的环氧基团的开环反应同时进 行。高聚物收率可达 76.72%，体系中的环氧基团约70%被保留下来。改性环氧树脂体系不需中 和即可分散于水中。 关键词：水性环氧树脂；AMPS ；接枝共聚；开环共聚；无皂乳液 中图分类号：O633.13 ；TQ323.5 文献标识码：A 文章编号：1009-220X(2005)03-0006-06 近年来，由于人们对环境保护的日益关注，使水性涂料的需求量不断增加。水性环氧树 脂的研制和开发也得到了长足的进展。 环氧树脂（epoxy, EP ）本身不溶于水，要制备稳定的水性环氧树脂乳液，必须设法在 其分子链中引入强亲水基团或者在体系中加入亲水亲油组分。根据制备方法的不同，环氧树 脂水性化方法有机械法、化学改性法和相反转法三种方法。其中，化学改性法可以获得自乳 化型水性环氧树脂乳液，属于无皂乳液的一种。这种方法制备的水性环氧树脂乳液的分散相 粒子的尺寸很小，约为几十到几百个纳米，颇具应用价值。自乳化型水性环氧树脂乳液可分 为阴离子型、阳离子型和非离子型三种。阴离子型改型方法最受瞩目。主要途径有功能性单 体扩链法和自由基接枝改性法两种。前人在这个方面的研究已经有较多的报导[1~5] 。 2-丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸（2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid ，AMPS ）， 属强酸型酸性化合物。自20 世纪70 年代在美国及日本实现工业化以来，广泛应用于工业水 处理、造纸、石油开采和生物医学等领域[6~8] 。涂料行业使用AMPS 多是作为反应性乳化剂 制备无皂乳液，而与环氧树脂的复合体系的报导甚少。本文采用中等相对分子质量的环氧树 脂为原料，AMPS 为改性剂，过氧化苯甲酰（benzoperoxide ，BPO ）为自由基引发剂，由溶 液聚合的方法获得 AMPS 改性环氧树脂，加水可直接形成稳定的乳液，试验重现性好。从 而开发出一种制备水性环氧树脂的新途径，有一定的应用价值。 1 实验部分 1.1 仪器及试剂 试剂：双酚A 型环氧树脂CYD-011，环氧值为0.20～0.22，岳阳石化环氧树脂厂生产； 收稿日期：2004-10-30 作者简介：马承银（1948－），男，湖南津市人，中南大学副教授，从事功能高分子材料的研究。 第3 期 马承银，等：新型水性环氧树脂的合成研究 7 AMPS ，过氧化苯甲酰（BPO ），正丁醇，乙二醇丁醚，N,N-二甲基乙醇胺，N,N-二甲基甲 酰胺（N,N-dimethylformamide ，DMF ），均为分析纯。 主要仪器：奥氏粘度计；FE-1700 型FTIR 红外光谱仪；MS-2000Y 英国马尔文激光度 分析仪；电热套；CSS01 恒温水浴槽；J1-1 定时电动搅拌器；DZF-1B 型真空干燥箱。 1.2 环氧树脂的改性反应 用正丁醇和乙二醇丁醚组成的混合溶剂（质量比1:1）预溶解环氧树脂，置于装有搅拌 器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，升温至110℃，加入 一半的BPO 的丙酮溶液（配成10%浓度），反应15 min；将AMPS 溶解于水和DMF 的混合 溶剂中，在1.5～2 h 内缓慢滴加进烧瓶中，继续保温一段时间，其间分两次加入剩下的BPO 溶液。反