本发明涉及一种环氧树脂乳化剂，尤其涉及一种环氧树脂乳化剂及水性环氧树脂的制备方法。
背景技术：
水性环氧树脂是由环氧树脂经特殊工艺制成的以水为连续相的稳定分散体系，不仅具有一般溶剂型环氧树脂的优异性能，且不含有机溶剂，挥发性有机化合物含量较低，价格低廉。在生产使用和储运过程中，能很好地满足当前人们对环境保护及安全生产的迫切要求。水性环氧树脂体系可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保证有很高的交联密度，广泛应用于高度清洁工业场所、室内涂装、高抗渗性防水涂层、木质家具、地板及金属材料的防腐涂料等领域。因而对水性环氧树脂的制备及应用性能研究，一直成为人们关注的课题，相应的报道不断出现。
技术实现要素：
为进一步简化环氧树脂乳化剂和水性环氧树脂的制备工艺，本发明提出了一种环氧树脂乳化剂及水性环氧树脂的制备方法；其中，环氧树脂乳化剂的制备方法包括：
1)在50℃条件下，将环氧树脂E-51预热软化，然后向环氧树脂E-51中加入乙二醇单丁醚并搅拌均匀，得到A产物；乙二醇单丁醚起溶剂作用和引入醚官能团作用；
2)隔绝空气条件下，将A产物加热至110℃，然后向A产物中加入二乙醇胺、聚乙二醇600和N,N-二甲基乙醇胺(N,N-二甲基乙醇胺作为催化剂)，反应2小时，反应过程中，将温度保持在110℃并隔绝空气，得到B产物；此过程中，环氧树脂E-51中的环氧基团分别与二乙醇胺和聚乙二醇600发生开环加成反应，二乙醇胺与环氧基团反应生成叔胺基结构中间体；
3)在110℃条件下，向B产物中加入溴乙烷，反应半小时以上，反应过程中，将温度保持在110℃并隔绝空气，得到C产物；此过程中，通过溴乙烷将叔胺基转换成季铵盐；
4)隔绝空气条件下，将C产物冷却至45℃，然后加入去离子水将固含量调节至50％，得到环氧树脂乳化剂；
所述环氧树脂E-51、乙二醇单丁醚、二乙醇胺、聚乙二醇600、N,N-二甲基乙醇胺和溴乙烷的质量份数比为100︰40︰16︰214︰6︰16。
基于前述的环氧树脂乳化剂，本发明还提出了一种水性环氧树脂的制备方法，所述制备方法包括：
(1)在40℃条件下，将环氧树脂E-51预热软化，然后将100份环氧树脂E-51和20份环氧树脂乳化剂混合，用砂磨搅拌分散机搅拌均匀，得到D产物；砂磨搅拌分散机的转速为800～1000r/min；
(2)将100份40℃的去离子水，以15s～20s的间隔时间分多次加入D产物中，每次加入的去离子水不超过12份，加入去离子水的过程中对D产物进行搅拌；最终得到水性环氧树脂；
所述环氧树脂乳化剂的制备方法如前所述。
本发明的有益技术效果是：提出了一种环氧树脂乳化剂及水性环氧树脂的制备方法，采用本发明方案后，制备环氧树脂乳化剂时，其工艺条件仅需110℃的密闭环境，方法较为简单，易于推广。
具体实施方式
一种环氧树脂乳化剂的制备方法，其创新在于：所述制备方法包括：
1)在50℃条件下，将环氧树脂E-51预热软化，然后向环氧树脂E-51中加入乙二醇单丁醚并搅拌均匀，得到A产物；
2)隔绝空气条件下，将A产物加热至110℃，然后向A产物中加入二乙醇胺、聚乙二醇600和N,N-二甲基乙醇胺，反应2小时，反应过程中，将温度保持在110℃并隔绝空气，得到B产物；
3)在110℃条件下，向B产物中加入溴乙烷，反应半小时以上，反应过程中，将温度保持在110℃并隔绝空气，得到C产物；
4)隔绝空气条件下，将C产物冷却至45℃，然后加入去离子水将固含量调节至50％，得到环氧树脂乳化剂；
所述环氧树脂E-51、乙二醇单丁醚、二乙醇胺、聚乙二醇600、N,N-二甲基乙醇胺和溴乙烷的质量份数比为100︰40︰16︰214︰6︰16。
一种水性环氧树脂的制备方法，其创新在于：所述制备方法包括：
(1)在40℃条件下，将环氧树脂E-51预热软化，然后将100份环氧树脂E-51和20份环氧树脂乳化剂混合，用砂磨搅拌分散机搅拌均匀，得到D产物；砂磨搅拌分散机的转速为800～1000r/min；
(2)将100份40℃的去离子水，以15s～20s的间隔时间分多次加入D产物中，每次加入的去离子水不超过12份，加入去离子水的过程中对D产物进行搅拌；最终得到水性环氧树脂；
所述环氧树脂乳化剂的制备方法包括：
1)在50℃条件下，将环氧树脂E-51预热软化，然后向环氧树脂E-51中加入乙二醇单丁醚并搅拌均匀，得到A产物；
2)隔绝空气条件下，将A产物加热至110℃，然后向A产物中加入二乙醇胺、聚乙二醇600和N,N-二甲基乙醇胺，反应2小时，反应过程中，将温度保持在110℃并隔绝空气，得到B产物；
3)在110℃条件下，向B产物中加入溴乙烷，反应半小时以上，反应过程中，将温度保持在110℃并隔绝空气，得到C产物；
4)隔绝空气条件下，将C产物冷却至45℃，然后加入去离子水将固含量调节至50％，得到环氧树脂乳化剂；
制备环氧树脂乳化剂时，所用的环氧树脂E-51、乙二醇单丁醚、二乙醇胺、聚乙二醇600、N,N-二甲基乙醇胺和溴乙烷的质量份数比为100︰40︰16︰214︰6︰16。
前述的环氧树脂乳化剂中含有如下五种物质；
物质1：
物质2：
物质3：
物质4：
物质5：
其中，R表示如下基团：
其中，物质1、物质3和物质4为季铵盐型阳离子表面活性剂；
环氧树脂乳化剂的优化过程如下：
a)分别选用无水乙醇、正丁醇和乙二醇单丁醚三种物质作为溶剂，在相同工艺条件下制备出环氧树脂乳化剂，然后用相同工艺制备出水性环氧树脂，试验结果见表1：
表1
由表1可见，用乙二醇单丁醚作为溶剂制备的水性环氧树脂静置分层时间最长，为48h，故选定乙二醇单丁醚为下一步试验的溶剂种类；
b)仅改变聚乙二醇和二乙醇胺比例，其他条件不变，制备出水性环氧树脂，试验结果见表2：
表2
由表2可见，8#组配方的静置分层时间为58h，为最大值，因此取聚乙二醇600和二乙醇胺的摩尔比为7:3。
c)改变反应温度，其他因素不变，反应时间为4h，用制得的乳化剂进行乳化试验，获取不同反应温度制得的乳化剂乳化的水性环氧树脂的静置分层时间，实验结果表明，温度越高，制得的乳化剂乳化效果越好，水性环氧树脂的静置分层时间越长，200℃时达到21天，因此在不加催化剂条件下，反应条件确定为200℃/4h；
d)改变催化剂用量、反应温度和反应时间，催化剂采用N，N-二甲基乙醇胺，其他条件不变，用制得的乳化剂配置水性环氧树脂，结果见表3：
表3
加入催化剂5g，反应条件为110℃/2h，得到的乳化剂与不加催化剂，反应条件为200℃/4h得到的乳化剂的静置分层时间相当，110℃/2h反应条件下催化剂加到7g的效果与5g的效果相当，因此取催化剂5g，反应条件110℃/2h为加催化剂条件下的最佳反应条件。
水性环氧树脂的优选过程如下：
A)改变砂磨搅拌分散机转速，其他因素不变，试验结果见表4：
表4
由表4可见，转速为800～1000r/min时，水性环氧树脂乳液静置分层时间最长，因此确定转速为800～1000r/min。
B)改变水性环氧树脂固含量，测定乳液的旋转黏度，乳化剂掺量为1/10，试验结果表明，旋转黏度在乳液固含量为50％时发生突变，为相转变点，形成环氧树脂水溶液，因此取50％固含量为乳液固含量；
C)改变环氧树脂乳化剂用量，其他条件不变，观察乳液静置分层时间，观察结果表明，乳化剂用量为20％时的乳液静置分层时间大于480h，当乳化剂用量为25％时，其效果与用量为20％时相当，因此取20％的用量为最佳乳化剂用量。
具体使用时，先制作基质乳化沥青和水性环氧固化体系，然后将92份基质乳化沥青和8份水性环氧固化体系混合搅拌均匀，即可制作出水性环氧改性乳化沥青；其中，基质乳化沥青的配方为90#基质沥青60份、沥青乳化剂(阳离子乳化剂)2份、稳定剂(氯化钙)0.1份、盐酸1份、水37份，各物质混合均匀即可得基质乳化沥青；水性环氧固化体系采用本发明的水性环氧树脂配制，具体制作时，将水性环氧树脂与胺类固化剂混合即得，水性环氧树脂和胺类固化剂具体的配比，以水性环氧树脂中的环氧基团与胺类固化剂中的活泼氢原子比例1︰1确定。