CN101463179A - 一种水性自乳化环氧树脂乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水性自乳化环氧树脂乳液及其制备方法。本发明采用一步法制备水性自乳化环氧树脂乳液，在保持乳液性能优良的同时，制备方法具有操作简单，节约能源的优点，可广泛应用于环保涂料、胶粘剂等。

Description

一种水性自乳化环氧树脂乳液及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工领域，特别涉及一种水性自乳化环氧树脂乳液及其制备方法。
背景技术
传统的环氧树脂是溶剂型和粉末型的，具有良好的强度、耐磨性、耐化学性、耐腐蚀性等。但是，粉末型环氧树脂的涂层密度较差，施工难度较大，需要借助一些专用设备才能施工；溶剂型环氧树脂在施工过程中会挥发大量的溶剂，污染环境，而且有些有毒的溶剂(比如三苯类)还会对人体有比较大的伤害作用。近年来，有关环境污染限制的法律与法规相继出台，零VOC或低VOC的体系已经成为新材料的研究方向。水性环氧树脂具有很多优点，如低VOC含量、使用安全、可用水清洗、工艺日益成熟、符合环保要求等；而且，水性环氧树脂可以在室温或潮湿的环境下固化，固化时间和温度可根据施工要求来调整。目前，水性环氧树脂的制备方法有以下几种：一种制备方法是把固化剂做成水性的，在施工现场把环氧树脂、稀释剂等加入水性固化剂中，分散成为水性环氧树脂，如申请号为200410051180.2的专利；但是，由于亲水固化剂和疏水环氧树脂在亲水方面的巨大差别，使得两者在溶度参数上不相配，从而引起成膜后的相分离，导致强度等性能下降，而且由于体系使用了稀释剂，所以环氧树脂固化后还会释放出一些没有完全固化的稀释剂。另一种制备方法是先把环氧树脂做成水性乳液，把固化剂也做成水性固化剂，然后做成双组份体系。由于环氧树脂是憎水的，所以要把它分散到水中就必须要引入亲水基团。第二种是把环氧树脂乳化，可分为外乳化法如US3945964和内乳化法如US4197389。外乳化法就是借助于外加的乳化剂，将液体或磨碎的固体环氧树脂通过机械搅拌分散于水中，形成稳定的水包油乳液体系。外乳化可分为直接乳化法和相反转法，但是，直接乳化得到的乳液体系不太稳定，颗粒较粗，不易控制。内乳化法如US4197389，它采用两步法，先合成乳化剂，再和环氧树脂反应来制备水性环氧树脂乳液，制备工艺较复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种环境友好、成本低、工艺简单的水性自乳化环氧树脂乳液。
本发明的另一目的在于提供一种上述水性自乳化环氧树脂乳液的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种水性自乳化环氧树脂乳液，按重量百分比计，包括下述原料：
环氧树脂                      20～60％
亲水多元醇                    2～20％
其它多元醇                    0～10％
催化剂                        0.1～2％
活性稀释剂                    0～10％
溶剂                          1～10％
水                            30～70％。
所述环氧树脂可为双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、邻甲酚醛型环氧树脂或多元醇缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或一种以上混合物；优选双酚A型环氧，如：E-12、E—20、E—35、E-44或E—51中的一种或一种以上混合物。
所述亲水性多元醇可为：聚乙二醇、乙二醇和丙二醇的共聚物，或乙二醇和丁二醇的共聚物。
所述其它多元醇是小分子多元醇，可为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、双酚A、联苯二醇、甘油或TMP季戊四醇。
所述催化剂是三苯基磷或三氟化硼乙醚。
所述活性稀释剂是单官能基的低粘度环氧树脂，如苯基缩水甘油醚或丁基缩水甘油醚。
所述溶剂可为正丁醇、丁酮或乙二醇单甲醚等水溶性溶剂。
上述水性自乳化环氧树脂乳液的制备方法，是在100～130℃下，将上述配比的环氧树脂、亲水多元醇、其它多元醇、活性稀释剂和溶剂混合均匀，在催化剂的作用下反应2～5小时，然后开始降温，温度降低到60～100℃时，在高速搅拌下，缓慢加入去离子水，水完全加入后，再搅拌0.5～2小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
本发明采用的自乳化法是利用环氧树脂活性基团的反应活性将亲水基团或链段引入到环氧树脂分子上，从而增加其亲水亲油平衡值(HLB)，使其能在水中自乳化分散。该方法制备的环氧乳液，因为是直接把亲水基团引入到环氧树脂分子上的，所以其亲水基团的含量大大减少，用较少的量就可以达到很好的乳化效果。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明的水性环氧树脂乳液是由亲水性多元醇对憎水性环氧树脂进行化学改性，是憎水的环氧树脂分子上接入亲水的链，使其具有亲水亲油两种性质。
(2)本发明的制备水性环氧树脂过程是一步法制备的，具有更加简单的过程，同时具有节约能源的优点，同时，制备的水性环氧树脂乳液还具有良好的性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将100gE-51，7.4g聚乙二醇2000(PEG-2000，分子量2000)，0.4g三苯基磷催化剂以及10g正丁醇一起加入反应瓶中，加热至130℃，反应2小时后，开始降温，温度降低到100℃时，在高速搅拌下，缓慢加入252g去离子水，水完全加入后，再搅拌0.5小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
实施例2
将100gE-44，10g PEG-4000(分子量4000)，10gBis-A，0.6g三苯基磷催化剂以及10g丁酮一起加入反应瓶中，加热至100℃，反应5小时后，开始降温，温度降低到60℃时，在高速搅拌下，缓慢加入150g去离子水，水完全加入后，再搅拌1小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
实施例3
将100gE-44，40g PEG-2000，5g甘油，0.6g三苯基磷催化剂以及5g丁酮一起加入反应瓶中，加热至120℃，反应4小时后，开始降温，温度降低到80℃时，在高速搅拌下，缓慢加入50g去离子水，水完全加入后，再搅拌2小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
实施例4
将100gE-44，20g PEG-2000，10g丁二醇，1g三苯基磷催化剂以及10g乙二醇单甲醚一起加入反应瓶中，加热至120℃，反应4小时后，开始降温，温度降低到80℃时，在高速搅拌下，缓慢加入350g去离子水，水完全加入后，再搅拌2小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
实施例5
将100gE-20，10g PEG-2000，20g丙二醇，1g三苯基磷催化剂以及2g乙二醇单甲醚一起加入反应瓶中，加热至120℃，反应3小时后，开始降温，温度降低到90℃时，在高速搅拌下，缓慢加入67g去离子水，水完全加入后，再搅拌2小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
实施例6
将100gE-35，5g PEG-4000，18g丙二醇，20gBGE，4g三氟化硼乙醚催化剂以及3g乙二醇单甲醚一起加入反应瓶中，加热至120℃，反应3小时后，开始降温，温度降低到90℃时，在高速搅拌下，缓慢加入50g去离子水，水完全加入后，再搅拌1小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
实施例7
将100gE-12，20g PEG-2000，10gAGE，0.5三氟化硼乙醚催化剂以及5g乙二醇单甲醚一起加入反应瓶中，加热至120℃，反应3小时后，开始降温，温度降低到95℃时，在高速搅拌下，缓慢加入35g去离子水，水完全加入后，再搅拌1小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
实施例8
将100gE-44，10g PEG-4000(分子量4000)，5g乙二醇，0.6g三苯基磷催化剂以及10g丁酮一起加入反应瓶中，加热至110℃，反应5小时后，开始降温，温度降低到70℃时，在高速搅拌下，缓慢加入150g去离子水，水完全加入后，再搅拌1小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
实施例9
将100gE-44，10g聚乙二醇和丙二醇的共聚物(其中乙二醇占37％，分子量为1800)，5g乙二醇，0.6g三苯基磷催化剂以及10g丁酮一起加入反应瓶中，加热至110℃，反应5小时后，开始降温，温度降低到70℃时，在高速搅拌下，缓慢加入150g去离子水，水完全加入后，再搅拌1小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
实施例10
将100gE-12，20g聚乙二醇和丁二醇的共聚物(其中乙二醇占45％，分子量为1900)，10gAGE，0.5三氟化硼乙醚催化剂以及5g乙二醇单甲醚一起加入反应瓶中，加热至120℃，反应3小时后，开始降温，温度降低到95℃时，在高速搅拌下，缓慢加入35g去离子水，水完全加入后，再搅拌1小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。

Claims (8)

1、一种水性自乳化环氧树脂乳液，其特征在于：按重量百分比计，包括下述原料：
环氧树脂        20～60％
亲水多元醇      2～20％
其它多元醇      0～10％
催化剂          0.1～2％
活性稀释剂      0～10％
溶剂            1～10％
水              30～70％。
2、根据权利要求1所述的水性自乳化环氧树脂乳液，其特征在于：所述环氧树脂是双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、邻甲酚醛型环氧树脂或多元醇缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或一种以上混合物。
3、根据权利要求1所述的水性自乳化环氧树脂乳液，其特征在于：所述亲水性多元醇是聚乙二醇、乙二醇和丙二醇的共聚物、或乙二醇和丁二醇的共聚物。
4、根据权利要求1所述的水性自乳化环氧树脂乳液，其特征在于：所述其它多元醇是乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、双酚A、联苯二醇、甘油或TMP季戊四醇。
5、根据权利要求1所述的水性自乳化环氧树脂乳液，其特征在于：所述催化剂是三苯基磷或三氟化硼乙醚。
6、根据权利要求1所述的水性自乳化环氧树脂乳液，其特征在于：所述活性稀释剂是苯基缩水甘油醚或丁基缩水甘油醚。
7、根据权利要求1所述的水性自乳化环氧树脂乳液，其特征在于：所述溶剂是正丁醇、丁酮或乙二醇单甲醚。
8、根据权利要求1～7中任一项所述的水性自乳化环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于：在100～130℃下，将上述配比的环氧树脂、亲水多元醇、其它多元醇、活性稀释剂和溶剂混合均匀，在催化剂的作用下反应2～5小时，然后开始降温，温度降低到60～100℃时，在高速搅拌下，缓慢加入去离子水，水完全加入后，再搅拌0.5～2小时，过滤，得到水性自乳化环氧树脂乳液。
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