雙酚A型環氧樹脂的非離子性親水化修飾研究

秦 蓓，陳 卓，房忠芳，曹瑞軍

（1. 西安交通大學 理學院，陜西 西安 710049； 2. 西安醫學院 藥學院，陜西 西安 710021）

雙酚A型環氧樹脂的非離子性親水化修飾研究

秦 蓓1,2，陳 卓1,2，房忠芳1，曹瑞軍1

（1. 西安交通大學 理學院，陜西 西安 710049； 2. 西安醫學院 藥學院，陜西 西安 710021）

為減少生產及施工中有機溶劑的使用，通過兩步反應，獲得了聚乙二醇-600（PEG-600）與雙酚A型環氧樹脂以共價鍵連接的新型樹脂，并通過紅外光譜法對其進行了表征。該新型樹脂兼顧了非離子性，不帶電荷與可溶解于水，穩定性好的特點。

非離子性親水化；雙酚A型環氧樹脂

環氧樹脂的物理化學性能優異，但傳統的環氧樹脂使用揮發性有機溶劑作分散介質，從而提高了使用成本，并對操作工人產生健康危害，對環境造成污染。水性涂料以其不燃、無毒、無味，施工時不需要特殊的施工設備、不必加溫固化、設備易清洗、不存在溶劑排放及處理問題［1,2］，適用范圍廣、應用場合多、以及以廉價的水代替昂貴的有機溶劑等優點而受到人們的青睞［3,4］。本文對親水分子聚乙二醇（polyethylene glycol， PEG）接枝環氧樹脂，從而使其水性化的合成工藝進行了研究，獲得了一種低成本、易用性強的非離子型水性環氧樹脂制備工藝；所使用實驗裝置模擬工業生產條件，條件較簡單，在生產中切實可行；所采取的針對PEG接枝方法具備在其他水性環氧樹脂的合成中應用的價值。該水性環氧樹脂結構如圖1:

圖1 PEG修飾的水性環氧樹脂的結構Fig.1 Chemical structure of PEG- epoxy resin

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

紅外用BRUKER TENSOR 27型傅立葉變換紅外光譜儀測定。E-44環氧樹脂為工業級(岳陽樹脂廠)；聚乙二醇-600為工業級（江蘇省海安石油化工廠）；TDI為分析純（上海試劑廠）；二正丁胺為分析純（上海試劑廠）；二月桂酸二丁基錫（DBTDL）為分析純（上海南翔試劑有限公司），其他常見有機溶劑、試劑均為工業級，在使用前蒸餾。

1.2 TDI化的環氧樹脂的制備

實驗前將所使用的全部玻璃儀器于105 ℃下烘箱中烘干1.5 h，取出后立即放入干燥器中冷卻。向安裝干燥管、溫度計的三口瓶中加入E-44環氧樹脂2.96 g、TDI 17.42 g（0.1 mol），加入丙酮65 mL，機械攪拌溶解后，升溫至70 ℃下攪拌反應，每隔30 min取樣分析，所取樣精確稱量后，使用二正丁胺法［5］測異氰酸酯基含量的變化，待異氰酸酯基含量達到理論值后即得TDI化的環氧樹脂，不經純化直接用于下步反應。

1.3 PEG化水性環氧樹脂的制備及表征

向上述反應液中加入聚乙二醇-600 10.4 g，攪拌形成均相溶液之后，再加入二月桂酸二丁基錫（DBTDL），控制反應溫度在40 ℃下攪拌反應。每隔30 min取樣測定異氰酸酯基含量，約4 h后，異氰酸根含量接近于 0。蒸去溶劑，得到黃色透明粘稠的液體30 g，傅立葉變換紅外光譜驗證為目標產物PEG化水性環氧樹脂。譜圖（圖2）中2 200～2 300 cm-1之間的-NCO吸收峰消失，這說明異氰酸根已完全參與反應。

圖2 PEG化水性環氧樹脂紅外光譜圖Fig.2 IR spectra of polyethylene glycol epoxy resin

而相應的3 317.86 cm-1處的N－H伸縮振動峰，1 738.04 cm-1的C=O伸縮振動特征吸收峰均加強。在3 450.59 cm-1處出現羥基吸收峰，環氧基團骨架振動吸收峰913.10 cm-1依然還在。這說明TDI另一個異氰酸根與聚乙二醇-600端的羥基發生反應，得到目標產物。

2 結果與討論

在該工藝過程中，溫度控制是反應關鍵。研究表明當PEG存在與反應體系中時，若體系溫度高于55 ℃，PEG將發生交聯現象，但在較低溫度下，反應進程較慢。本文考察了 35、40、45、50 ℃反應溫度下，反應至二正丁胺法測定異氰酸根 1%以下時所需的時間。實驗結果如表1所示。由該表可知，反應溫度為50 ℃是較理想的工藝條件。

表1 溫度對PEG化反應時間的影響Table 1 Effect of temperature on PEG reaction time

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圖3 硬度隨老化時間變化曲線Fig.3 Hardness -versus-aging time curve

3 結 論

（1）在高溫的工作環境下，氯磺化聚乙烯橡膠為主膠的混煉膠隨著時間的增長物理機械性能下降較大，且下降速度很快，并且在較短的時間后即出現老化脆裂現象，繼而無法使用。

（2）在高溫的工作環境下，氫化丁腈橡膠為主膠的混煉膠隨著時間的增長物理機械性能下降較小，下降速度相對較慢，產品的使用時間長。

由上可知，氫化丁腈橡膠耐溫度老化的能力比氯磺化聚乙烯橡膠強，可以選用在相對高溫的環境中使用。

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Study on Non-ionic Hydrophilization Modification of Bisphenol-A Epoxy Resin

QIN Bei1,2，CHEN Zhuo1,2，FANG Zhong-fang1，CAO Rui-jun1
（1. Xi`an Jiaotong University , Shaanxi Xi’an 710049，China； 2. Xi’an Medical University , Shaanxi Xi’an 710021，China）

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.

Non-ionic hydrophilization; Bisphenol-A epoxy resin

O 632

A

1671-0460（2016）03-0521-02

陜西省教育廳專項科研計劃項目，項目號：15JK1620；國家級大學生創新創業訓練計劃項目，項目號：201411840019。

2016-01-23

秦蓓（1966-），女，四川成都人，教授，碩士，畢業于西北大學，研究方向：從事化學研究工作。E-mail：352304625@qq.com。