摘要：以二乙醇胺改性双酚A型环氧树脂E-44，在保证改性产物水分散性前提下，保留尽可能多的环氧基。加入醋酸中和成盐后，制得阳离子型环氧树脂体系。研究了反应温度和时间的影响。通过元素分析确定制得改性树脂中氮元素的含量。利用红外光谱对改性树脂结构进行表征，对固化后的树脂进行DSC和TG测试。结果表明：E-44树脂与乙二醇胺在80℃左右反应3h能进行很完全。改性树脂中氮含量在1.74%～1.82%之间，得到的改性树脂水性化和固化性能最好。
关键词：阳离子型水性环氧树脂；化学改性；二乙醇胺；水可分散性
0.引言
环氧树脂具有优异的热稳定性、耐化学品性、绝缘性，且附着力好、耐磨性好、硬度高，广泛地用于涂料、粘合剂及复合材料等工业领域[1-2]。传统型环氧树脂在实际应用过程中需要加入有机溶剂稀释，这些有机溶剂价格较贵，具有挥发性，难以满足人们对环境和安全生产的要求[3-4]。从20世纪60年代起不含挥发性有机化合物或不含有害空气污染物的水性化环氧树脂体系受到人们广泛的关注，成为研究热点，相关报道不断出现。通常两种途径可以制备水性环氧树脂体系，通过外加乳化剂，乳化环氧树脂制得水性环氧树脂乳液；以及通过化学改性将亲水基团引入到环氧树脂分子链上。前者制得粒子尺寸较大为微米级，后者能制得纳米级粒子[5-7]。从稳定性和水可分散性来说后者更具有实际意义。本文采用双酚A环氧树脂E-44，以一定量的二乙醇胺与E-44中环氧基团发生加成开环反应引入亲水基团，通过控制引入二乙醇胺量，使E-44树脂中保留相当数量的环氧基，形成同时具有亲水链段和憎水链段自乳化结构，一方面使改性树脂具备了良好的水分散性，另一方面改性树脂在室温下具有合理的固化时间，与改性前E-44树脂相比热稳定性基本保持不变。
1.实验部分
1.1原料和仪器
双酚A环氧树脂E-44：岳阳石油化工总厂；二乙醇胺：洛阳试剂厂；丁酮、甲苯、丙酮：分析纯，均为国产；水性环氧固化剂：酚醛胺类固化剂，自制。用AVATAR-360FT-IR光谱仪、PE2400Ⅱ型CHNS10元素分析仪对产物进行表征。采用TGA/SDTA851e型热分析仪进行差热(DSC)和热失重(TG)分析，升温速率10℃/min，N2流量4010mL/min。
1.2试样的制备
1.2.1改性环氧树脂(ED)的合成与纯化
在装有温度计、冷凝管的干燥三口瓶中加入一定量E-44树脂，用丁酮作溶剂。氮气保护下升至一定温度，搅拌使环氧树脂完全溶解后，加入二乙醇胺，在一定的温度下，反应一段时间然后减压抽去溶剂，以加入二乙醇胺不同的量制得改性树脂ED1、ED2、ED3、ED4，然后用甲苯作萃取剂在加热条件下使其溶解，除去不溶物，再用丙酮萃取2次后剩下的物质为改性树脂ED系列。
1.2.2改性环氧树脂(ED)水性体系的制备
控制一定温度，使改性ED溶化，在搅拌下滴加醋酸中和成盐，再加入一定量水搅拌均匀制得固含量40%的改性环氧树脂水分散体系。
1.3试样的测定与表征
1.3.1红外光谱分析
将E-44树脂和纯化的改性E-44树脂真空干燥，用KBr片涂膜法测其红外吸收光谱。根据环氧基在910cm-1处产生特征吸收，其吸收峰的高低与体系中环氧基的质量分数成正比，以苯环在1510cm-1吸收峰(反应前后保持不变)作为标准计算环氧基的开环率，对反应过程进行分析[8]。环氧基开环率(α)按式(1)计算：
α=(Ae/Ap)反应前-(Ae/Ap)反应后/(Ae/Ap)反应前式(1)
式中：Ae为环氧基吸光度；Ap为苯基吸光度。
1.3.2元素分析
纯化后的改性树脂真空干燥用PE2400Ⅱ型CHNS10元素分析仪测定其氮含量。
1.3.3改性环氧树脂(ED)水性体系的稳定性能测定
将按1.2.1步骤制得的改性ED树脂水性体系装入离心机配套试管中，以3000r/min速度离心30min。观察体系是否出现分层沉降。
1.3.4固化时间测定
向按1.2.1步骤制备改性ED树脂水性体系中加入含量为5%的自制水性环氧固化剂，分别在室温和60℃烘箱里固化。
1.3.5其他性能测定
硬度按GB/T6739—1996测定；附着力按GB/T9286—1998测定；耐酸、耐碱性按GB/T1793—1979测定法测定。
