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精细石油化工进展
第13卷第1期
38
ADVANCES IN FINE PETROCHEMICALS
水性环氧乳液的制备及起泡性能研究
李宏,宋奇,李超群,闫国锋
(中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛266555
摘要]环氧树脂E-44与聚乙二醇在催化剂作用下发生聚合反应,合成了一种水性环氧
树脂乳化剂,并通过相反转法制得了稳定的水性环氧乳液。当乳化剂质量分数为15%,乳化温度
为50℃时,环氧乳液有良好的稳定性。当环氧乳液含量为50%,加入0.4%的起泡剂AOS和3%
稳泡剂,乳液的起泡性能最佳,在90℃时泡沫半衰期大于40min。
[关键词]水性环氧乳液乳化剂起泡性能稳定性
环氧树脂具有附着力高、耐化学性好、耐溶剂的质量比加人到帯搅拌装置的三口烧瓶中,在
性优异、硬度高、耐磨性好、固化后体积收缩率小定乳化温度下以600min'的速度搅拌,同时以
等特点,但常用的环氧树脂多为黏稠的液体或固1mL/min的速度滴加蒸馏水,直到乳状液体系的
体,不溶于水,溶于有机溶剂。而大多数有机溶剂连续相由油相转变为水相即可。
易挥发、易燃易爆、有毒り。水性环氧树脂是指2结果与讨论
通过物理或化学方法,使环氧树脂以微粒或液滴2,1合成产物的红外光谱分析
的形式分散在以水为连续相的分散介质中而成为
图1为环氧树脂及合成的水性环氧树脂乳化
稳定分散体系或水溶液?。
剂的红外光谱。分析图1可知,环氧树脂与水性
本文报道了一种水性环氧树脂乳化剂的合成环氧树脂乳化剂在3400cm'附近均出现羟基吸
以及对水性环氧乳液起泡性能进行的研究。
收峰;在910cm'处环氧树脂有环氧基团吸收
1实验部分
峰,而合成的环氧树脂乳化剂则没有,说明反应发
1.1反应机理
生在环氧基闭,且反应比较完全。
聚乙二醇的端羟基具有亲核性,在催化剂作
环氧树脂乳化剂
用下能与环氧树脂分子结构中的环氧基发生亲核
加成反应,生成既具有两亲性同时又带有与油相
成分结构完全相同的乳化剂。合成的乳化剂属于
环氧树脂
非离子型乳化剂,用该乳化剂制备和稳定的环氧
树脂乳液对离子不敏感,即具有较好的电解质稳
定性。
4000350030002500200015001000500
1.2水性环氧树脂乳化剂的合成
波数/cml
按环氧基与羟基物质的量比为1:1的比例
图1环氧树脂与水性环氧树脂
将环氧树脂E-44与聚乙二醇(PEG-6000)加
乳化剂的红外光谱
人到带有搅拌装置的圆底烧瓶中,升温至80℃使
2.2乳化条件对乳液性能的影响
原料熔化,搅拌混匀,按物料总量(质量分数)的
2.2.1乳化温度的影响
0.15%滴加催化剂,在80℃下反应1h,出料,室
取10g环氧树脂,加入1.5g合成的乳化剂,
温冷却即得产物。
在70℃下搅拌溶解后,调节温度,滴加20mL去
1.3水性环氧乳液的制备
离子水进行乳化,测定在不同乳化温度下制备的
改性树脂乳化剂的乳化过程多采用相反转乳
化技术,制备的高分子乳液胶粒粒径小,稳定性好。
收稿日期:2011-11-02
作者简介:李宏,油气田开发工程专业在读硕士研究生,研究
将环氧树脂E-44与合成的乳化剂按一定
方向为提高采收率与采油化学。
2012年1月
李宏等.水性环氧乳液的制备及起泡性能研究
乳液稳定性和粒径分布情况,结果见表1。
33.3%,乳液含量50%。在20mL的环氧乳液
表1不同乳化温度下环氧树脂乳化情况
中,分别加人0.4%的起泡剂ABS(十二烷基苯磺
而目乳化温度/℃
酸钠),SDS(十二烷基硫酸钠),AOS(-烯烃磺
酸盐),FS(氟表面活性剂)。高速搅拌3min使
乳液平均粒径/nm323.1
538,4
553.1
之起泡,采用泡沫析液半衰期法对起泡体积及稳
乳化现象
末分层未分层未分层定性进行静态评价9,实验结果见表3。
由表1可知,在50℃下制得的乳液粒径较
表3不同起泡剂对乳液起泡性能的影响
小,且比较稳定。其原因可能有两方面:一是乳化起泡剂起泡体积/mL半衰期/min泡沫综合值/mL-min
剂在某一温度时能发挥出最佳乳化效果,随着温
7.33
度升高,乳化剂的亲水性降低,乳化效率下降;二
1356.30
是分散相粒子获得的动能增加,热运动加剧,在乳S823,181923.9?
化过程中乳胶粒相互碰撞,聚结的几率增大,使乳
由表3可以看出,加入AOS的乳液起泡体积
液稳定性下降。另外,过高的温度也会引起乳胶最大,加人FS的乳液稳定性较好。虽然加入FS
粒的界面膜强度降低,使粒子碰撞后更易于聚结的乳液泡沫综合值比加人AOS的大,但FS的成
而融合为大粒子,使乳液的稳定性下降。因此,本本很高。从性价比考虑,选择AOS为水性环氧乳
实验乳化温度确定为50℃。
液的起泡剂
2.2.2乳化剂用量的影响
2.4.2起泡剂AOS用量对乳液泡沫性能的影响
乳化剂的用量直接影响乳液的稳定性。实验
在20mL的环氧乳液中,加人不同量的起泡
考察了合成的乳化剂用量(以树脂质量计,下同)剂AOS,高速搅拌3mi,使之起泡,用泡沫析液半
对制备的乳液稳定性的影响。将制备的乳液静置衰期法对泡沫的起泡体积及稳定性进行静态评
24h观察,结果见表2。
价,结果见表4。起泡剂用量(质量分数)为
表2乳化剂用量不同时环氧树脂乳化情况
0.4%时,乳液的泡沫综合值最大。所以,起泡剂
日一、、化理。末分
AOS用量确定为0.4%
现象分层分层分层分层未分层未分恳
表4起泡剂用量对乳液泡沫性能的影响
起泡剂用量,%
泡沫综合值/mL·min
由表2可以看出,乳化剂用量超过树脂用量
0.1
的15%时,制得的乳液稳定。这是因为乳化剂用
量较少时,在水含量增加过程中没有足够多的乳化
0.6
剂分子包覆水滴来形成保护性界面膜,于是水滴在
1.0
1263.00
剪切作用下相互碰撞形成具有较大尺寸的水滴,当
发生相反转时较小的水滴来不及融合为连续相就
2.4.3乳液含量对乳液泡沫性能的影响
被固定于环氧树脂分散相中,形成W/O/W型乳液
在20mL乳液含量不同的起泡液中,分别加
(称之为不完全相反转),这样制得的乳液分散相
人0.4%起泡剂AOS,高速搅拌3min,使之起泡,
微粒尺寸较大,稳定性也较差。所以,本实验条
测定起泡体积和泡沫半衰期,结果见图2。
件下乳化剂适宜用量为树脂质量的15%。
140
2.3水性环氣乳液类型评价
将少量亚甲基蓝加人乳液中,乳液呈均匀的蓝
100
色。而亚甲基蓝为水溶的,说明乳液是水包油型。
20
?
测得乳液电导率为90pS/cm,黏度为35mPas。
2.4水性环氧乳液起泡性能评价
40
2.4.1起泡剂的筛选
020406080100
乳液含量,%
起泡液体为环氧乳液,其中环氧树脂含量
图2乳液含量对泡