CN101775108A

CN101775108A - 改性水性环氧树脂的合成及其防腐带锈涂料的制备方法

Info

Publication number: CN101775108A
Application number: CN 201010132965
Authority: CN
Inventors: 黄玉东; 张如良; 刘丽; 苏丹; 马悦欣; 刘青松
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: CN101775108B

Abstract

改性水性环氧树脂的合成及其防腐带锈涂料的制备方法，它涉及环氧树脂的合成及其涂料的制备方法。本发明解决了现有水性环氧树脂防腐蚀涂料存在基料树脂的贮存稳定性与水性环氧树脂防腐蚀涂料涂膜的耐水、耐腐蚀性不能同时满足的问题。方法：Span60和Tween20混合后加入E-51，加热搅拌并滴加蒸馏水至体系粘度突然降低，再滴加引发剂和单体加热反应后，即完成改性水性环氧树脂的合成。方法：将改性水性环氧树脂、缓蚀剂和防锈剂混合并搅拌，研磨后加消泡剂、固化剂和去离子水，搅拌后即得改性水性环氧树脂防腐带锈涂料。本发明同时满足了水性环氧树脂防腐蚀涂料基料树脂的贮存稳定性与水性环氧树脂防腐蚀涂料涂膜的耐水、耐腐蚀性。

Description

改性水性环氧树脂的合成及其防腐带锈涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及环氧树脂的合成及其涂料的制备方法。

背景技术

近年来，随着全球进行“绿色革命”，对材料行业提出了挑战，促使新材料向高效、节能、生态友好方向发展。在涂料领域中，水性涂料因其具有安全、低VOC（挥发性有机物）等的突出优越性，自上个世纪七十年代研究开发以来，逐渐成为溶剂型涂料的替代品之一，且随着工业发展，水性环氧树脂防腐蚀涂料的应用越来越广，它在海洋腐蚀环境、浸渍腐蚀环境和非浸渍环境等领域有成功的应用。然而水性环氧树脂防腐蚀涂料在国外发展较快，我国的研发则相对滞后，主要原因是其基料树脂，即水性环氧树脂是热力学不稳定体系，贮存稳定性不好和涂膜的综合性能不尽如人意。解决贮存稳定性的常用方法是用磷酸、氨基苯甲酸等与环氧树脂的环氧基团发生开环反应(或开环后再接枝)，由于破坏了具有交联功能的环氧基，导致水性环氧树脂防腐蚀涂料涂膜的耐水、耐腐蚀性较差，不能满足防腐涂料性能要求。

目前，水性环氧树脂防腐蚀涂料存在基料树脂的贮存稳定性与水性环氧树脂涂膜的耐水、耐腐蚀性不能同时满足，这一技术瓶颈制约了水性环氧树脂防腐蚀涂料的发展。

发明内容

本发明为了解决现有水性环氧树脂防腐蚀涂料存在基料树脂的贮存稳定性与水性环氧树脂防腐蚀涂料涂膜的耐水、耐腐蚀性不能同时满足的问题，而提供改性水性环氧树脂的合成及其防腐带锈涂料的制备方法。

改性水性环氧树脂的合成按以下步骤实现：一、按质量比1.3:1将Span60和Tween20混合，得复合乳化剂；二、按质量比87:13将液体环氧树脂E-51和复合乳化剂加入到装有温度计、搅拌装置和回流冷凝器的500ml四口烧瓶中，水浴加热到70℃，以300r/min的速度搅拌至混合均匀，并滴加蒸馏水至体系粘度由500mPa.s降低至300mPa.s，得环氧树脂乳液；三、将引发剂和单体滴加到环氧树脂乳液中，在90℃下反应3～4h，即完成改性水性环氧树脂的合成；其中步骤三中引发剂为过硫酸钾，引发剂的加入量占单体质量的0.1%～0.5%；步骤三中单体为α-甲基丙烯酸和丙烯酸丁酯按1:1的摩尔比混合，按摩尔比3:4将单体加入环氧树脂乳液中；步骤三中滴加的速度为5～12滴/min。

改性水性环氧树脂防腐带锈涂料的制备方法按以下步骤实现：一、按质量份数比称取90～95份改性水性环氧树脂、0.2～0.5份缓蚀剂、0.5～1份消泡剂、10份防锈剂、10份固化剂和5～10份去离子水；二、将称取的改性水性环氧树脂、缓蚀剂和防锈剂混合并搅拌均匀，然后置于锥形磨上以50～70r/min的速度研磨3h，再加入称取的消泡剂、固化剂和去离子水，搅拌均匀后即得改性水性环氧树脂防腐带锈涂料；其中步骤一中缓蚀剂为亚硝酸钠，消泡剂为磷酸三丁酯，防锈剂为中铬黄，固化剂为二乙烯三胺。

本发明中合成的改性水性环氧树脂水分散性好，贮存稳定性高，离心稳定性好，直接固化成膜后，物理机械性能高；改性水性环氧树脂经脱水后，加入溶剂配成清漆并固化成膜后，漆膜物理机械性能高（冲击强度>50cm，柔韧性<1mm，铅笔硬度>6H）。

本发明中制备的改性水性环氧树脂防腐带锈涂料贮存稳定性好，耐水性好，其涂膜物理性能好，通过与溶剂型环氧涂料在漆膜性能上、防腐蚀性能上的比较，本发明中改性水性环氧树脂防腐带锈涂料达到了相应溶剂型环氧涂料的性能要求，合成路线简单、技术可行，满足加工和使用的要求。本发明改性水性环氧树脂防腐带锈涂料的合成过程中，采用相反转法和化学改性法并用的新方法，避免了使用有机溶剂，成功地实现了环氧树脂的水性化和对环氧树脂柔韧性的改善，且同时满足了水性环氧树脂防腐蚀涂料基料树脂的贮存稳定性与水性环氧树脂防腐蚀涂料涂膜的耐水、耐腐蚀性。

本发明改性水性环氧树脂防腐带锈涂料可以在有锈金属表面不经过化学处理，只需砂布除去表面的浮锈后直接进行带锈涂刷；解决了水性涂料存在防腐蚀期有限，对表面处理要求高等问题。本发明改性水性环氧树脂防腐带锈涂料耐酸性，防腐性好，毒性小、无火灾危险性、涂装简便且安全卫生、环境污染小，无气味、可在室温和潮湿的环境中固化。

附图说明

图1为具体实施方式一中的粘度变化曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式改性水性环氧树脂的合成按以下步骤实现：一、按质量比1.3:1将Span60和Tween20混合，得复合乳化剂；二、按质量比87:13将液体环氧树脂E-51和复合乳化剂加入到装有温度计、搅拌装置和回流冷凝器的500ml四口烧瓶中，水浴加热到70℃，以300r/min的速度搅拌至混合均匀，并滴加蒸馏水至体系粘度由500mPa.s降低至300mPa.s，得环氧树脂乳液；三、将引发剂和单体滴加到环氧树脂乳液中，在90℃下反应3～4h，即完成改性水性环氧树脂的合成；其中步骤三中引发剂为过硫酸钾，引发剂的加入量占单体质量的0.1%～0.5%；步骤三中单体为α-甲基丙烯酸和丙烯酸丁酯按1:1的摩尔比混合，按摩尔比3:4将单体加入环氧树脂乳液中；步骤三中滴加的速度为5～12滴/min。

本实施方式步骤二中滴加蒸馏水至体系粘度由500mPa.s降低至300mPa.s，其过程由图1中可知，在初始状态时(500mPa.s)，滴加少量水后，体系粘度下降；继续稀释，粘度开始上升直至最高值(810mPa.s)，此时复合乳化剂与水油两相形成物理交联；再滴加水，所形成的液滴被水破坏，粘度又下降；至最后形成以水为连续相的体系，粘度突然降至最低值(300mPa.s)，即体系在复合乳化剂的作用下，完成从油包水到水包油状态的转变，从而体系的粘度达到最低，使环氧树脂以液滴形式分散于水中，形成水分散性好的环氧树脂乳液。

本实施方式所得改性水性环氧树脂，性能指标如下：

PH值： 5～6

环氧值： 0.40

含固量： 47%

水分散性：好

离心稳定性： 2000r/min离心30min不分层，无破乳现象。

本实施方式所得改性水性环氧树脂直接固化成膜后，物理机械性能指标如下：

柔韧性： 5mm

附着力： 3级

铅笔硬度： 5H

冲击强度： 9cm。

本实施方式所得改性水性环氧树脂经脱水后，加入溶剂配成清漆并固化成膜后，物理机械性能指标如下：

柔韧性： <1mm

附着力： 0级

铅笔硬度： >6H

冲击强度： >50cm

改性水性环氧树脂经脱水后，加入溶剂配成清漆的制备：在脱水后的改性水性环氧树脂中加入占总体积40%的溶剂（二甲苯/正丁醇=7/3）配成清漆，再加入占总体积10%的固化剂（二乙烯三胺）。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中滴加蒸馏水是按60～100滴/min的速度滴加至体系粘度上升到810mPa.s，然后按10～20滴/min的速度滴加至体系粘度降低至300mPa.s。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

本实施方式中体系粘度上升到810mPa.s,为接近相转化的过程。

具体实施方式三：本实施方式改性水性环氧树脂防腐带锈涂料的制备方法按以下步骤实现：一、按质量份数比称取90～95份改性水性环氧树脂、0.2～0.5份缓蚀剂、0.5～1份消泡剂、10份防锈剂、10份固化剂和5～10份去离子水；二、将称取的改性水性环氧树脂、缓蚀剂和防锈剂混合并搅拌均匀，然后置于锥形磨上以50～70r/min的速度研磨3h，再加入称取的消泡剂、固化剂和去离子水，搅拌均匀后即得改性水性环氧树脂防腐带锈涂料；其中步骤一中缓蚀剂为亚硝酸钠，消泡剂为磷酸三丁酯，防锈剂为中铬黄，固化剂为二乙烯三胺。

本实施方式中缓蚀剂加入增加了涂料的耐盐水性能；消泡剂使涂层表面无气泡及微孔，光洁度高；防锈剂的加入是涂料可以在有锈金属表面不经过化学处理，只需要用砂布除去表面的浮锈就可以直接进行带锈刷涂，效果良好。

本实施方式所得改性水性环氧树脂防腐带锈涂料的技术指标和性能指标如下：

外观：中黄色均匀液体

固含量： 38.76%

PH值： 7.0～7.5

表干（25℃）： 1～2h

烘干（45～50℃）： 2～3h

流挂性： >275um

耐酸性（25℃）：六天不起泡，不变色

耐5%的NaCl溶液（25℃）：六天不起泡，不变色。

本实施方式所得改性水性环氧树脂防腐带锈涂料的涂膜进行性能测试，并与现有溶剂型防腐带锈环氧涂料及未改性环氧树脂涂料对比，结果如表1所示，可见本实施方式所得改性水性环氧树脂防腐带锈涂料的稳定性好，固体含量高，对底材具有极高的附着力，固化的涂膜耐腐蚀性和耐化学药品性能优异，涂膜的常规物理机械性能达到了溶剂型环氧树脂涂料水平，远远超过了未改性水性环氧树脂涂料性能。

表1

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中按质量份数比称取91～94份改性水性环氧树脂、0.3～0.4份缓蚀剂、0.6～0.8份消泡剂、10份防锈剂、10份固化剂和5～7份去离子水。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中按质量份数比称取90份改性水性环氧树脂、0.2份缓蚀剂、0.5份消泡剂、10份防锈剂、10份固化剂和10份去离子水。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中按质量份数比称取92份改性水性环氧树脂、0.3份缓蚀剂、0.6份消泡剂、10份防锈剂、10份固化剂和8份去离子水。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

Claims

1.改性水性环氧树脂的合成，其特征在于改性水性环氧树脂的合成按以下步骤实现：一、按质量比1.3:1将Span60和Tween20混合，得复合乳化剂；二、按质量比87:13将液体环氧树脂E-51和复合乳化剂加入到装有温度计、搅拌装置和回流冷凝器的500ml四口烧瓶中，水浴加热到70℃，以300r/min的速度搅拌至混合均匀，并滴加蒸馏水至体系粘度由500mPa.s降低至300mPa.s，得环氧树脂乳液；三、将引发剂和单体滴加到环氧树脂乳液中，在90℃下反应3～4h，即完成改性水性环氧树脂的合成；其中步骤三中引发剂为过硫酸钾，引发剂的加入量占单体质量的0.1%～0.5%；步骤三中单体为α-甲基丙烯酸和丙烯酸丁酯按1:1的摩尔比混合，按摩尔比3:4将单体加入环氧树脂乳液中；步骤三中滴加的速度为5～12滴/min。

2.根据权利要求1所述的改性水性环氧树脂的合成，其特征在于步骤二中滴加蒸馏水是按60～100滴/min的速度滴加至体系粘度上升到810mPa.s，然后按10～20滴/min的速度滴加至体系粘度降低至300mPa.s。

3.如权利要求1所述改性水性环氧树脂制备防腐带锈涂料的方法，其特征在于改性水性环氧树脂防腐带锈涂料的制备方法按以下步骤实现：一、按质量份数比称取90～95份改性水性环氧树脂、0.2～0.5份缓蚀剂、0.5～1份消泡剂、10份防锈剂、10份固化剂和5～10份去离子水；二、将称取的改性水性环氧树脂、缓蚀剂和防锈剂混合并搅拌均匀，然后置于锥形磨上以50～70r/min的速度研磨3h，再加入称取的消泡剂、固化剂和去离子水，搅拌均匀后即得改性水性环氧树脂防腐带锈涂料；其中步骤一中缓蚀剂为亚硝酸钠，消泡剂为磷酸三丁酯，防锈剂为中铬黄，固化剂为二乙烯三胺。

4.根据权利要求3所述的改性水性环氧树脂防腐带锈涂料的制备方法，其特征在于步骤一中按质量份数比称取91～94份改性水性环氧树脂、0.3～0.4份缓蚀剂、0.6～0.8份消泡剂、10份防锈剂、10份固化剂和5～7份去离子水。

5.根据权利要求3所述的改性水性环氧树脂防腐带锈涂料的制备方法，其特征在于步骤一中按质量份数比称取90份改性水性环氧树脂、0.2份缓蚀剂、0.5份消泡剂、10份防锈剂、10份固化剂和10份去离子水。

6.根据权利要求3所述的改性水性环氧树脂防腐带锈涂料的制备方法，其特征在于步骤一中按质量份数比称取92份改性水性环氧树脂、0.3份缓蚀剂、0.6份消泡剂、10份防锈剂、10份固化剂和8份去离子水。