水性环氧乳液的制备及起泡性能研究

在 ２ Ｌ的环 氧乳 液 中 ， 入 不 同量 的起 泡 ０ｍ 加 剂 Ａ Ｓ 高速搅 拌 ３ｍｎ 使之起 泡 ， Ｏ ， ｉ， 用泡 沫析 液半 衰期 法对 泡 沫 的起 泡 体 积 及 稳 定 性 进 行 静 态 评
价， 果 见 表 ４ 结 。起 泡 剂 用 量 （ 量 分 数 ） 质 为
３８
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石
油
化
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进
展
ＮＣＥＳ Ｉ ＦＩ Ｎ ＮＥ ＥＴＲＯＣＨ ＥＭ Ｉ ＡＬＳ Ｐ Ｃ
第 ｌ 一 １期 ３卷第
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 （ 东 ） 华 石油工程学 院 ， 岛 ２ ６５ ） 青 ６ ５ ５ ［ 摘 要 ］ 环 氧树 脂 Ｅ一 ４与 聚乙二醇在催 化剂作用下发生 聚合 反应 ， ４ 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 １％ ， ５ 乳化 温度 为 ５ ｃ时 ， ０ｏ 环氧乳液有 良好 的稳 定性 。当环氧乳液含量 为 ５ ％ ， ０ 加入 ０４ 的起 泡剂 Ａ Ｓ和 ３ ．％ Ｏ ％
稳 泡 剂 ， 液 的起 泡 性 能最 佳 ， ９ 乳 在 ０℃ 时 泡 沫 半 衰期 大 于 ４ ｉ。 ０ｍｎ
定性 进行 静态 评价 ， 验结 果见 表 ３ 实 。
由表 １可 知 ， ５ 。 下 制 得 的乳 液 粒 径 较 在 ０【 ＝ 小 ， 比较 稳定 。其 原 因可 能有 两方 面 ： 且 一是乳 化
表 ３ 不 同起泡 剂对 乳液起 泡 性能 的影 响
剂在 某一 温 度时 能 发 挥 出 最佳 乳 化 效 果 ， 随着 温 度升 高 ， 化 剂 的 亲水 性 降 低 ， 化效 率 下 降 ； 乳 乳 二 是分 散相 粒 子获 得的 动能增 加 ， 热运 动加 剧 ， 在乳 化过 程 中乳胶 粒相 互 碰撞 ， 聚结 的几 率增 大 ， 使乳 液稳 定性 下 降 。另 外 ， 高 的温 度也 会 引起 乳 胶 过
２ ４ ４ 稳泡剂 用 量对 乳液 泡沫 性 能的影 响 ．．
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稳 泡剂用 量 越多 ， 泡效果 越好 ， 同时又会 稳 但
影 响起泡 体 积 。所 以从 泡 沫 性 能整 体 考 虑 ， 泡 稳 剂用 量不 是越 高 越 好 ， 且 用 量 越 多 成本 就会 越 而 高 。因此 ， 在满 足泡 沫 稳 定 性 要 求 的前 提 下应 尽
［ 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 入 到带 搅 拌 装 置 的三 口烧 瓶 中 ， 一 在
性优 异 、 硬度 高 、 耐磨 性 好 、 固化 后 体积 收 缩 率 小 等特 点 ， 常用 的 环 氧 树脂 多 为黏 稠 的液 体 或 固 但 体， 不溶 于水 ， 于有 机溶 剂 。而 大多数 有 机溶 剂 溶 易挥 发 、 燃 易 爆 、 毒 ¨ 。水 性 环 氧 树 脂 是 指 易 有 Ｊ
３ ． ％ ， 液 含 量 ５ ％ 。在 ２ Ｌ 的 环 氧 乳 液 ３３ 乳 ０ ０ｍ
中 ， 别加 入 ０ ４ 的起泡 剂 Ａ Ｓ 十二烷 基 苯磺 分 ．％ Ｂ（ 酸钠 ）Ｓ Ｓ 十 二 烷基 硫 酸钠 ） Ａ Ｓ 一烯 烃磺 ，Ｄ （ ，Ｏ （ 酸盐 ）Ｆ （ 表 面 活 性 剂 ） ，Ｓ 氟 。高 速 搅 拌 ３ｍｉ ｎ使 之起 泡 ， 用泡 沫 析 液 半 衰期 法 对 起 泡 体 积及 稳 采
粒 的界 面膜 强度 降 低 ， 粒 子 碰 撞 后 更 易 于 聚结 使 由表 ３可 以看 出 ， 入 Ａ Ｓ的乳液 起 泡 体积 加 Ｏ 最大 ， 入 Ｆ 加 Ｓ的乳 液 稳 定性 较 好 。虽 然 加 入 Ｆ Ｓ
的乳 液 泡 沫综 合值 比加 入 Ａ Ｓ的 大 ， Ｆ Ｏ 但 ｓ的成 本很 高 。从性 价 比考虑 ， 择 Ａ Ｓ为水 性 环 氧乳 选 Ｏ
图 ２ 乳 液含 量对 泡沫 性能 的影 响
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Ａ
细
石
化
工
进
展
ＮＣ Ｓ Ｉ Ｆ Ｎ ＰＥＴＲＯＣ Ｅ Ｃ Ｅ Ｎ Ｉ Ｅ Ｈ ＭＩ ＡＬＳ
第 １ 卷 第 １期 ３
一’ 。
随 着乳 液含 量 的增 加 ， 液 的起 泡体 积 逐 渐 乳
减小 ， 泡沫半 衰 期逐 渐延 长 。这是 因为 ， 随着 乳 液 含量 增 加 ， 沫 表 面 张 力 增 大 ， 泡 因而 起 泡 体 积减 小， 泡沫 强度 增加 ， 衰期 延长 。 半
微粒 尺寸较 大 ， 定性 也 较差 ］ 稳 。所 以 ， 本实 验 条
件下乳化 剂适宜 用量为树脂 质量 的 １ ％ 。 ５ ２ ３ 水性 环 氧乳 液类 型评 价 ．
将少量 亚 甲基蓝加 入乳液 中 ， 乳液呈均 匀 的蓝 色 。而亚 甲基蓝 为 水溶 的 ， 明乳 液是 水 包 油 型。 说
考 察 了合成 的乳化 剂用 量 （ 以树 脂 质 量 计 ， 同 ） 下
对制备的乳液稳定性的影响。将制备 的乳液静置 ２ ４ｈ观察 ， 结果 见表 ２ 。
表 ２ 乳化剂 用 量不 同时 环氧树 脂 乳化情 况
０４ 时 ， 液 的泡 沫 综 合 值 最 大 。所 以 ， 泡 剂 ．％ 乳 起
波数／ｍ ｃ
图 １ 环 氧树脂 与 水性环 氧 树脂 乳 化剂 的 红外 光谱 ２ ２ 乳化 条件 对 乳液 性能 的影 响 ．
２ ２ １ 乳 化温 度 的影 响 ．．
入 到带 有搅 拌装 置 的 圆底烧 瓶 中 ， 温至 ８ 升 ０℃使 原 料熔 化 ， 拌 混 匀 ， 物 料 总 量 （ 量 分 数 ） 搅 按 质 的 ０ １％滴 加催 化 剂 ， ８ ．５ 在 ０℃下 反 应 １ｈ 出料 ， ， 室 温 冷却 即得 产 物 。
（ 称之 为不 完 全 相 反转 ） 这 样 制 得 的乳 液 分 散 相 ，
１ ２ ８． ９ ５ ０ １ ２ ３． ｏ ６ ｏ
２ ４３ 乳液 含量 对乳 液泡 沫性 能 的影响 ．． 在 ２ Ｌ乳 液含 量 不 同 的起 泡 液 中 ， 别 加 ０ｍ 分 人 ０４ ． ％起 泡剂 Ａ Ｓ 高速 搅 拌 ３ｍｎ 使之 起 泡 ， Ｏ ， ｉ， 测定 起 泡体积 和 泡沫半 衰期 ， 果见 图 ２ 结 。
Ａ Ｓ用 量确 定为 ０ ４ 。 Ｏ ．％
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 ／ ・ ｎ ｍＬ ｍｉ
８ ９ ６ ２ ．Ｏ ｌ ０ ７． ６ ３ ９ １ ３ ６． Ｏ ５ ３ ｌ ２ ０． ５ ７ １
由表 ２可 以看 出 ， 化 剂 用 量 超 过 树 脂 用 量 乳 的 １ ％ 时 ， 得 的乳液 稳 定 。这 是 因 为乳 化 剂 用 ５ 制 量 较少 时 ， 在水含量增 加过程 中没有足够 多 的乳化
－ 量
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测得乳液电导率为 ９ Ｓｅ 黏度为 ３ Ｐ ・ ０Ｉ／ ｍ， ｘ ５ｍ ａｓ 。 ２ ４ 水性 环 氧乳液 起 泡性 能评 价 ．
２ ４ １ 起 泡剂 的筛 选 ．．
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乳液含 量 ，％
起 泡 液 体 为 环 氧 乳 液 ， 中环 氧 树 脂 含 量 其
液 的起泡 剂 。
而融 合 为大粒 子 ， 使乳 液 的稳定 性下 降 。 因此 ， 本
实验 乳化 温度 确定 为 ５ ０℃ 。 ２ ２ ２ 乳化 剂用量 的 影响 ．． 乳化 剂 的用量 直 接影 响乳 液 的稳 定 性 。实验
２ ４ ２ 起 泡剂 ＡＯＳ用 量对 乳液 泡沫 性能 的影 响 ．．
连 续相 由油相转 变 为水 相 即可 。
２ 结 果与 讨论
２ １ 合 成 产物 的红 外光谱 分 析 ． 图 １为环氧 树脂 及合 成 的水性 环 氧树 脂乳 化 剂 的红 外光 谱 。分析 图 １可 知 ， 氧 树 脂 与水 性 环 环 氧树 脂乳 化剂 在 ３４ ０ ｃ 附近均 出现羟 基 吸 ０ ｍ 收峰 ； ９ ０ ｃ 处 环 氧 树 脂 有 环 氧 基 团 吸 收 在 １ ｍ
见表 ５ 。随 着 稳 泡 剂 用 量 的增 加 ， 沫 半 衰 期 延 泡 长 ， 泡体 积先 增后 减 。稳 泡 剂 用量 达 到 ３ 时 ， 起 ％
１ ３ 水性 环氧 乳液 的制 备 ．
取 １ 环 氧树 脂 ， 入 １ ５ｇ合成 的乳 化剂 ， ０ｇ 加 ．
在 ７ Ｃ 搅 拌溶 解 后 ， 节 温度 ， 加 ２ ０ｑ下 调 滴 ０ｍＬ去 离子 水进 行乳 化 ， 定 在 不 同乳 化 温 度 下 制 备 的 测
收 稿 日期 ：０ １一ｌ ０ ２１ １— ２。 作者简介 ： 李宏 ， 油气 田开发工程专业 在读硕士研 究生 ， 研究 方向为提高采收率与采油化学。
定性 。
４ ０ ３ ０ ３ ０ ２５ ０ ２ ０ ｌ ０ １ ０ ５ ０ ００ ５０ ００ ０ ００ ５０ ００ ０
１ ２ 水性 环氧 树脂 乳化 剂 的合成 ． 按 环 氧基 与 羟基 物 质 的 量 比为 １ １ 比例 ， －的 将 环氧 树 脂 Ｅ一 ４与 聚 乙 二 醇 （ Ｅ ４ Ｐ Ｇ一６ ０ ） ０ ０ 加
通过 物理 或 化学 方 法 ， 环 氧 树 脂 以微 粒 或 液 滴 使 的形 式 分散 在 以水 为连续 相 的分散 介 质 中而成 为
定 乳化 温 度 下 以 ６０ ｒｎ 的 速 度 搅 拌 ， 时 以 ０ ｉ ａ 同 １ｍ ／ ｉ的速度 滴加 蒸 馏 水 ， 到乳 状 液 体 系 的 Ｌ ｍｎ 直
聚 乙二 醇 的端 羟 基 具 有 亲 核 性 ， 催 化 剂 作 在 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 非 离子 型乳 化 剂 ， 该 乳 化剂 制备 和稳 定 的环 氧 用 树脂 乳 液对 离 子 不敏 感 ， 即具 有 较 好 的 电解 质 稳
稳定 分散 体 系或 水溶 液 Ｊ 。
本 文报 道 了一种 水性 环 氧树脂 乳 化剂 的合 成 以及 对 水性 环氧 乳 液起 泡性 能进 行 的研究 。
１ 实验 部分
１ １ 反 应机 理 ．
峰 ， 合成 的环 氧树 脂乳 化剂 则 没有 ， 明反应 发 而 说
生在 环氧 基 团 ， 且反 应 比较完 全 。
改 性树脂乳 化剂 的乳化 过 程多 采用 相 反 转乳 化技 术 ， 的高分子 乳液胶粒 粒径小 ， 性好 。 制备 稳定 将 环 氧树 脂 Ｅ一 ４与 合 成 的 乳 化 剂 按 一 定 ４
２１ ０ ２年 １月
李
宏等 ． 水性环氧乳液 的制备及起泡性 能研究
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乳 液 稳定 性 和粒径 分 布情况 ， 果见 表 １ 结 。 表 １ 不 同乳化 温 度下环 氧树 脂 乳化情 况
量少 加稳 泡剂 － 。 ｏ
图 ３ 泡 沫 半衰期 与 温 度的关 系 曲线
３ 结论
在 ２ Ｌ环氧 乳液 中 ， 入 ０ ４ 的起 泡 剂 ， ０ｍ 加 ．％
然后再 加 入不 同量 的稳 泡 剂 ， 速 搅 拌 ３ｍｎ 使 高 ｉ， 之 起 泡 ， 定乳 液 的起 泡体 积和 泡沫 半衰 期 ， 测 结果
Ｏ １１０ ．
剂 分子包覆水滴 来形成保 护性界 面膜 ， 于是水滴 在 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 被 固定 于环氧树 脂分散相 中， 形成 Ｗ／ ／ 型乳 液 ＯＷ