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环氧树脂具有优良的物理、机械、电绝缘性能及对各种材料的黏结性能，广泛应用于涂料、复合材料、浇铸料、胶黏剂、模压材料和注射成型材料等领域。随着工业的发展及社会的进步，人们的环保意识逐渐增强，低挥发性有机化合物（VOC）或不含空气污染物的环氧涂料正逐渐成为环氧体系的新主题。目前，国内外大多致力于水性环氧树脂制备方法的改进，研究新型乳化剂、固化剂，制备稳定的水性环氧树脂体系［1-7］。杨振忠等人［7-8］用聚乙二醇、环氧树脂E-20 合成二元多嵌段高分子表面活性剂；施雪珍等人［9］用表面活性剂BMJ 与环氧树脂反应合成出一种反应型环氧树脂乳化剂。本实验以环氧树脂E-44 和聚乙二醇（PEG）为原料，在催化剂过硫酸钾的作用下合成了水性环氧乳化剂，用相反转法制备了稳定的水性环氧树脂乳液，并测试了环氧树脂乳液的涂膜性能。乳化剂的合成机理如下：
1 实验部分
1.1 实验原料
环氧树脂E-44 ：工业级，蓝星新材料无锡树脂厂；聚乙二醇（PEG800、PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG10000），分析纯，Adamas Reagent Co.，Ltd. ；过硫酸钾，分析纯，天津市光复科技发展有限公司；三乙烯四胺（TETA），分析纯，成都市科龙化工试剂厂；去离子水。
1.2 实验仪器
定时电动搅拌器（JJ-1 型）：江苏金坛市金城国胜实验仪器厂；电子继电器（6402-1 型）：海宁新华医疗器械厂；台式离心机（TDL-40B 型）：上海安亭科学仪器厂；超声清洗仪（Kq-600de 型）：江苏昆山。
1.3 乳化剂的制备
将环氧树脂E-44 与聚乙二醇按一定的n（ 羟基）∶ n（环氧基）比例加入干燥的三口瓶中，加热、搅拌使之混合均匀，升温至80℃后缓慢滴加0.3%（质量分数）催化剂过硫酸钾，控制滴加速率，溶液温度保持在80℃，滴加完毕后，于80℃保温30 min，然后升温至180℃反应一段时间，制得水性环氧乳化剂。
1.4 水性环氧乳液的制备
将环氧树脂 E-44 和乳化剂按一定比例加入到250 mL 的三口烧瓶中，加热至80℃搅拌均匀，在一定转速下，缓慢滴加去离子水，控制滴加速率，直至体系的黏度突然下降，此时体系的连续相由环氧溶液相转变为水相，发生了相反转，继续高速搅拌一段时间后，加入适量去离子水稀释到一定的浓度，制得稳定的水性环氧乳液。
1.5 涂膜的制备
将制备好的水性环氧树脂乳液和固化剂三乙烯四胺（TETA）按一定的比例混合，搅拌均匀，用涂布器将其涂布于预处理过的马口铁板上，室温固化。
1.6 性能测定
红外光谱 ：采用Spectrum 100 傅立叶变换红外光谱仪进行测定，样品采用KBr 晶片涂膜法制备。
水性环氧树脂乳液的稳定性：离心稳定性：转速3 000 r/min，时间30 min，观察乳液是否分层；冻融稳定性：将待测乳液装入100 mL 的取样瓶中，在（-10±1）℃的低温下冷冻18 h，再在35℃下熔化6 h，如此反复3 次，观察试样是否破乳；稀释稳定性：将乳液试样用去离子水稀释至固含量5%，取稀释后的乳液置于测试试管中，保持液柱高20 cm，放置72 h，观察乳液是否分层。
涂膜硬度：按GB/T 6739—1996 测定涂膜的铅笔硬度。
涂膜耐腐蚀性：在玻璃板上制备涂膜，待涂膜实干后将其分别浸泡在5%H2SO4、5%NaOH，5%NaCl溶液中进行测试，目测涂膜的剥落情况。
2 结果与讨论
2.1 E-44 和EP-PEG 的结构表征
E-44 和EP-PEG 的红外谱图分别见图1、2。图1中3 491 cm-1 处是羟基的特征吸收峰，1 500 cm-1 和1 607 cm-1 处是苯环的特征吸收峰，1 020 cm-1 处是C—O 的特征吸收峰，830 cm-1 和915 cm-1 处是环氧基的特征吸收峰。图2 中1 110 cm-1 处是醚类的特征吸收峰，1 450 cm-1、1 500 cm-1、1 580 cm-1和1 600 cm-1处是苯环的特征吸收峰，915 cm-1 处环氧基的特征吸收峰已经消失，说明环氧基已完全反应。另外，E-44与产物的谱图具有较大的相似度，说明产物中仍具备环氧树脂的大部分基团，因而所得产物能作为环氧树脂的乳化剂使用。
2.2 乳化离心稳定性及乳液粒径
改变n（羟基）∶n（环氧基）的比例，制得乳化剂，再用其乳化E-44，改变乳化剂占乳液固含量的百分比，测试乳液的离心稳定性，结果见表1。
由表1 可见：乳化剂占乳液固含量的25% 时，所得乳液的稳定性最好。为了进一步确定n（羟基）∶n（环氧基）的比例，固定乳化剂占乳液固含量的25%，考察乳液的离心稳定性，结果见表2。
由表2 可见：n（羟基）∶n（环氧基）=1.00∶1.05的乳化剂乳化E-44 得到的乳液稳定性最好。因此，n（羟基）∶n（环氧基）的最佳配比为1.00∶1.05。
2.3 乳液粒径
图3 为最优条件下制得的乳化剂乳化E-44 所得乳液的粒径分布。
由图3 可见：乳液粒径大都均匀分布在1 μm 左右，粒径分布范围较窄，不存在粒径太大的粒子，该体系较稳定。
2.4 PEG 相对分子质量对乳液性能的影响
使用E-44 与不同相对分子质量的PEG 按n（羟基）∶ n（环氧基）=1∶1.05 进行反应，使用过硫酸钾为催化剂，制得不同乳化剂，配制相应的乳液，并将这些乳液分别与固化剂三乙烯四胺反应，考察PEG相对分子质量对所制乳液的稳定性及涂膜性能的影响，结果如表3 所示。
由表3 可见：P E G 4 0 0 0 – E P 、P E G 6 0 0 0 – E P 、PEG10000-EP 配制的乳液具有良好的离心稳定性、冻融稳定性和稀释稳定性，当PEG 相对分子质量小于4 000 时，合成的乳化剂分子中亲水基含量少，不能与水分子充分缔合，制得的乳液稳定性差；当PEG 相对分子质量大于6 000 时，合成的乳化剂分子中亲水基含量过多，涂膜性能变差。表3 结果表明：采用PEG6000 制得的乳化剂的乳化效果及涂膜性能最好。
2.5 乳化剂用量对涂膜性能的影响
乳化剂用量对涂膜性能的影响见表4。
由表4 可见：固化产物的耐碱性强，耐酸性差，耐盐水性差异不大。随着乳化剂用量的增加，涂膜硬度先增大后减小。因为随着乳化剂用量的增加，乳液的粒径变小，固化剂与乳液的相容性增强，固化进行得越完全。乳化剂用量继续增加时，涂膜硬度出现降低的趋势，因为干燥后的涂膜含有较多的活性链段，活性链段的内增塑作用使得涂膜的硬度降低。且乳化剂用量过高，涂膜易从空气中吸收水分，导致吸水率增大，硬度降低。综合考虑，乳化剂用量为25% 时涂膜性能最佳。
3 结语
以PEG6000 和环氧树脂E-44 为原料，以过硫酸钾为催化剂，在180℃条件下，按n（羟基）∶ n（环氧基）= 1∶1.05，合成乳化剂EP-PEG，采用相反转法制备出稳定的环氧树脂乳液。实验表明，在80℃条件下，乳化剂用量为25% 时，配制的乳液粒径在1 μm 左右，粒径分布窄，体系稳定。在80℃下，使用TETA 固化后所得涂膜性能良好，硬度达3H，耐碱性强，涂膜光滑亮泽、无气泡，综合性能佳。
