双酚A型环氧树脂的非离子性亲水化修饰研究

秦蓓 陈卓 房忠芳 等

摘 要：为减少生产及施工中有机溶剂的使用，通过两步反应，获得了聚乙二醇-600（PEG-600）与双酚A型环氧树脂以共价键连接的新型树脂，并通过红外光谱法对其进行了表征。该新型树脂兼顾了非离子性，不带电荷与可溶解于水，稳定性好的特点。

关 键 词：非离子性亲水化；双酚A型环氧树脂

中图分类号：O 632 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）03-0521-02

Abstract： In order to reduce the use of organic solvents in manufacturing and construction， new type of resin was prepared from the polyethylene glycol -600 （PEG-600） and bisphenol-A epoxy resin through two steps. This new resin was characterized by infrared spectroscopy. This new non-ionic resin without charge has good stability.

Key words： Non-ionic hydrophilization； Bisphenol-A epoxy resin

环氧树脂的物理化学性能优异，但传统的环氧树脂使用挥发性有机溶剂作分散介质，从而提高了使用成本，并对操作工人产生健康危害，对环境造成污染。水性涂料以其不燃、无毒、无味，施工时不需要特殊的施工设备、不必加温固化、设备易清洗、不存在溶剂排放及处理问题[1，2]，适用范围广、应用场合多、以及以廉价的水代替昂贵的有机溶剂等优点而受到人们的青睐[3，4]。本文对亲水分子聚乙二醇（polyethylene glycol， PEG）接枝环氧树脂，从而使其水性化的合成工艺进行了研究，获得了一种低成本、易用性强的非离子型水性环氧树脂制备工艺；所使用实验装置模拟工业生产条件，条件较简单，在生产中切实可行；所采取的针对PEG接枝方法具备在其他水性环氧树脂的合成中应用的价值。该水性环氧树脂结构如图1：

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

红外用BRUKER TENSOR 27型傅立叶变换红外光谱仪测定。E-44环氧树脂为工业级（岳阳树脂厂）；聚乙二醇-600为工业级（江苏省海安石油化工厂）；TDI为分析纯（上海试剂厂）；二正丁胺为分析纯（上海试剂厂）；二月桂酸二丁基锡（DBTDL）为分析纯（上海南翔试剂有限公司），其他常见有机溶剂、试剂均为工业级，在使用前蒸馏。

1.2 TDI化的环氧树脂的制备

实验前将所使用的全部玻璃仪器于105 ℃下烘箱中烘干1.5 h，取出后立即放入干燥器中冷却。向安装干燥管、温度计的三口瓶中加入E-44环氧树脂2.96 g、TDI 17.42 g（0.1 mol），加入丙酮65 mL，机械搅拌溶解后，升温至70 ℃下搅拌反应，每隔30 min取样分析，所取样精确称量后，使用二正丁胺法[5]测异氰酸酯基含量的变化，待异氰酸酯基含量达到理论值后即得TDI化的环氧树脂，不经纯化直接用于下步反应。

1.3 PEG化水性环氧树脂的制备及表征

向上述反应液中加入聚乙二醇-600 10.4 g，搅拌形成均相溶液之后，再加入二月桂酸二丁基锡（DBTDL），控制反应温度在40 ℃下搅拌反应。每隔30 min取样测定异氰酸酯基含量，约4 h后，异氰酸根含量接近于0。蒸去溶剂，得到黄色透明粘稠的液体30 g，傅立叶变换红外光谱验证为目标产物PEG化水性环氧树脂。谱图（图2）中2 200～2 300 cm-1之间的-NCO吸收峰消失，这说明异氰酸根已完全参与反应。

而相应的3 317.86 cm-1处的N-H伸缩振动峰，1 738.04 cm-1的C=O伸缩振动特征吸收峰均加强。在3 450.59 cm-1处出现羟基吸收峰，环氧基团骨架振动吸收峰913.10 cm-1依然还在。这说明TDI另一个异氰酸根与聚乙二醇-600端的羟基发生反应，得到目标产物。

2 结果与讨论

在该工艺过程中，温度控制是反应关键。研究表明当PEG存在与反应体系中时，若体系温度高于55 ℃，PEG将发生交联现象，但在较低温度下，反应进程较慢。本文考察了35、40、45、50 ℃反应温度下，反应至二正丁胺法测定异氰酸根1%以下时所需的时间。实验结果如表1所示。由该表可知，反应温度为50 ℃是较理想的工艺条件。

参考文献：

[1] Zeno W，威克斯，经桴良，等. 有机涂料科学和技术[M]. 北京： 化学工业出版社，2002： 49-49.

[2] 孔志元.中国水性涂料的现状及发展[J].涂料技术与文摘，2008 ， 10：10-13.

[3]张心亚，魏霞，陈焕钦.水性涂料的最新研究进展[J].涂料工业，2009 ， 39（12）：17-23.

[4] 黄伟，邱祖民，肖建军，等. 水性涂料的应用现状及研究进展[J]. 化工新型材料，2015，43（8）：210-212.

[5]熊军，孙芳，杜洪光.丙酮-二正丁胺滴定法测定聚氨酯中的异氰酸酯基[J].分析实验室，2007，26（8）：73-75.