CN102942683A - 一种复合环氧树脂乳化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环氧树脂乳化剂技术领域,具体涉及一种复合环氧树脂乳化剂及其制备方法。该复合环氧树脂乳化剂的重量份组成为:组分1为环氧双酚A二缩水甘油醚树脂,重量份为60份-70份;组分2为2-双酚A型环氧氨基-5-磺酸基-苯甲酸,重量份为15份-25份;组分3为2-双酚A型环氧氨基-5-磺酸基-苯甲酸丁酯,重量份为5份-10份;组分4为2-双酚A型环氧氨基-5-磺酸基-苯甲酸乙脂单丁醚,重量份为5份-10份;组分5为2-聚醚醇缩水甘油醚氨基-5-磺酸基-苯甲酸,重量份为0.1份-0.5份。使用本发明的乳化剂所得乳液固含量高、粒径小、粘度低、稳定性高、施工方便。
Description
技术领域
本发明属于环氧树脂乳化剂技术领域,具体涉及一种含环氧基团的复合乳化剂及其制备方法。
背景技术
环氧树脂涂料力学性能高,耐热范围宽,应用广泛。但环氧树脂不溶于水,粘度大,施工不方便,目前大部分采用有机溶剂稀释的方法。但人类对环境保护要求越来越严格,绿色环保的水性环氧树脂避免了大量有机溶剂的使用、具有环境友好的特性,越来越受到人们的青睐,将取代有机溶剂稀释环氧树脂的施工方法。因此,研究和开发性能适用而且稳定的水性环氧体系具有重大的现实意义。
环氧树脂水性化方法虽各种各样、各有各的特点,从而也就决定了它们各自性能的差异,目前,使环氧树脂乳化的方法有三种:机械法、化学改性法和相反转法。其中机械法所得的乳液稳定性差;化学改性法的制备步骤复杂,产品质量不易控制,成本也较高;相反转法是借助外加乳化剂的作用,通过物理乳化的方法制得相应的乳液。由于外加乳化剂兼具亲水亲油基团,从而大大改善了乳化剂与环氧树脂的相容性,所得的乳液稳定性好,普遍受到欢迎。为使相反转法所用的乳化剂与环氧树脂的相容性、稳定性好,对乳化剂的研究具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明旨在制备复合环氧树脂乳化剂,该乳化剂储存稳定性,降低乳液粘度,减小乳液粒径;使用本发明的乳化剂所得乳液固含量高、粒径小、粘度低、稳定性高、施工方便。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种复合环氧树脂乳化剂,由以下重量份的组分组成:
组分5为2-聚醚醇缩水甘油醚氨基-5-磺酸基-苯甲酸,结构式为n的取值范围为1~16,组分5的重量份为0.1份-0.5份;
其中,组分1-4所述R为双酚A型环氧基团,结构式为其中m的取值为0~3。
所述组分1所述j的取值优选为143。
组分5所述n的取值优选为7。
其中,重量份比例优选为:所述组分1的重量份为62份-68份,组分2的重量份为17份-22份,组分3的重量份为6份-9份,组分4的重量份为6份-9份,组分5的重量份为0.1份-0.3份。
所述复合环氧树脂乳化剂的制备方法,具体步骤为:
组分1的制备:
将双酚A型环氧树脂和聚乙二醇以摩尔比为2︰1混合均匀,加热至80℃~85℃,再加入N,N-二甲基苄胺作为催化剂,催化剂用量占双酚A型环氧树脂质量的0.8%-0.9%,在130℃-135℃下恒温反应7-9小时,冷却至室温,得所述组分1;
组分2-5的制备:
步骤1:在双酚A型环氧树脂中加入乙二醇单丁醚和正丁醇的混合溶液,其中乙二醇单丁醚和正丁醇的重量比为0.9-1.1︰1,混合溶液加入量占原料总质量的20%-30%;搅拌均匀,升温到75℃-85℃至环氧树脂溶解后,加入2-氨基-5-磺酸基苯甲酸,控制反应温度80℃-85℃,保温10-14h;然后滴加聚乙二醇二缩水甘油醚,滴完保温反应10h-14h,得混合产物;所述混合产物的重量份组成为:组分2︰组分3︰组分4︰组分5=50-60︰15-25︰20-25︰0.1-0.5;其中双酚A型环氧树脂、2-氨基-5-磺酸基苯甲酸和聚乙二醇二缩水甘油醚的摩尔比为1︰0.67-1︰0.33-0.5;所述原料为双酚A型环氧树脂、混合溶液、2-氨基-5-磺酸基苯甲酸和聚乙二醇二缩水甘油醚;
按重量份比例,将组分1与所述混合产物按照组分1︰混合产物=5︰2.5-3.5的比例混合,得环氧树脂复合乳化剂。
所述双酚A型环氧树脂、2-氨基-5-磺酸基苯甲酸和聚乙二醇二缩水甘油醚的摩尔比优选为1︰0.67︰0.33;所述乙二醇单丁醚和正丁醇混合溶液的加入量优选为原料总质量的25%。
其中,混合产物优选的重量份组成为:组分2︰组分3︰组分4︰组分5=50-60︰19-22︰19-22︰0.1-0.5。
下面对本发明做进一步的解释和说明:
本发明采用的复合乳化剂中含有亲油的环氧树脂链、酯链、醚链,同时含有具有螺旋结构的聚乙二醇链段、磺酸基团、聚醚链段、羧酸链段等多个亲水链段,这些结构的乳化剂有机组合,兼具了亲水、亲油性的特性,利用相反转技术配制了稳定性高的水性环氧树脂乳液,所得乳液固含量高、粒径小、粘度低、稳定性高、施工方便。
组分1制备过程的反应反应式如下:
其中反应物聚乙二醇可为聚乙二醇4000至聚乙二醇10000,最佳为聚乙二醇6000。(j的取值94至238,最佳为143)
组分2-5混合产物的制备过程的反应反应式如下:
其中-R-为:其中m的取值为0~3。
本发明的复合环氧树脂乳化剂的乳化方法,具体步骤为:
准备待乳化的环氧树脂100份,加入正丁醇与乙二醇单丁醚按照体积比1︰1混合组成的助剂4.9份,加热到60℃,搅拌溶解;再加入8份-11份所述复合环氧树脂乳化剂,搅拌均匀;同时滴加水和滴加质量浓度为10%-12%的三乙醇胺水溶液。三乙醇胺水溶液的滴加量以保持溶液的总的pH为7~8为准;继续搅拌,直到体系的粘度发生突变为止,停止加水,继续搅拌30~60分钟,获得水性环氧乳液,完成乳化过程。
与现有技术相比,本发明的优势是:
1、本发明的乳化剂与环氧树脂的相容性、稳定性好;
2、使用本发明的乳化剂所得乳液固含量高、粒径小、粘度低、稳定性高、施工方便。
3、本发明的乳化剂有阴离子和非离子乳化剂的协同增效作用,小分子和中等分子的五种乳化剂复合增强其分散性,使乳液乳化性能增加。
4、本发明的乳化剂制备工艺简单,适用于批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例所述固化试样的断面电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
1.复合环氧树脂乳化剂的制备:
步骤1:将E-44和聚乙二醇6000以摩尔比1.42:1(2:1)加入到反应釜中,加热至80~85℃,搅拌物料使其混合均匀,加入相对于E-44量约0.8wt%的N,N-二甲基苄胺,在130℃-135℃下保持恒温反应7-9小时,之后冷却至室温,得组分1。
步骤2:将环氧树脂E-44质量为45.8g加到反应釜中,加入20g体积比为1:1的乙二醇单丁醚和正丁醇混合溶液,升温到80℃,搅拌至E-44溶解,加入14.8g 2-氨基-5-磺酸基苯甲酸,控制反应温度在80-85℃,保温14小时。往反应釜中滴加13.8g聚乙二醇二缩水甘油醚(400),保温12h;得2-5的混合产物,组分2-5混合产物总量为70g,组分2占39.55g,组分3占14.7g,组分4占15.4g,组分5占0.35g。
步骤3:将步骤1所得的反应产物5.0g和步骤2所得的混合产物3.0g混合均匀,得本发明的复合环氧树脂乳化剂,其中,组分1为5.0g,组分2为1.695g,组分3为0.63g,组分4为0.66g,组分5为0.015g。
2.应用:
脂E-4430g、步骤1所得的反应产物5.0g和步骤2所得的混合产物3.0g分别加入到乳化容器中,再加1g乙二醇单丁醚和0.5g正丁醇助剂,加热到60℃,在2000r/min转速下,滴加水,同时滴加约10%的三乙醇胺水溶液,保持溶液的pH为7-8。当体系的粘度突然下降时停止滴加水,继续在2000r/min转速下搅拌30min,制得稳定的水性环氧乳液。乳液呈乳白色,泛蓝光。
所得乳液乳滴粒径为0.32微米,在25℃、固含量50%时乳液粘度为25mpa.s,乳液固含为65%。在3000转/分钟中不分层,静置6个月不分层。
实施例2
1.环氧树脂乳化剂的制备:
将E-51和聚乙二醇6000以摩尔比1.42︰1(2:1)加入反应釜中,加热至80~85℃,搅拌物料使其混合均匀,加入N,N-二甲基苄胺(占树脂,0.8%,wt%),在130℃-135℃下保持恒温反应7-9小时冷却至室温,得组分1。
将39.5克的环氧树脂E-51加到反应釜中,加入18g质量比为1:1的乙二醇单丁醚和正丁醇混合溶液,升温到80℃搅拌至E-51溶解后,加入14.8克2-氨基-5-磺酸基苯甲酸,控制反应温度在80-85℃左右,保温14小时。往反应釜中滴加13.8g聚乙二醇二缩水甘油醚(400)。保温12h,得组分2-5的混合产物,总量为64.17g,其中组分2占36.1g,组分3占13.5g,组分4占14.22g,组分5占0.32g。
按质量比为5︰3的比例,将步骤1和步骤2所得的产物混合得复合环氧树脂乳化剂,其中,组分1为4.3g,组分2为1.469g,组分3为0.546g,组分4为0.572g,组分5为0.013g。
2.应用:
将6.9g复合环氧树脂乳化剂加入到26g待乳化的环氧树脂E-51中,再加0.8g乙二醇单丁醚和0.4g正丁醇助剂,加热到60℃,搅拌溶解,在2000r/min转速下,滴加水,并同时滴加10%的三乙醇胺水溶液保持水溶液的pH为7-8。当溶液的粘度突然下降时停止滴加水,继续2000r/min搅拌30min,制得稳定的水性环氧乳液。乳液呈乳白色,泛蓝光。
本实施例所得乳液乳滴粒径为0.70μm,乳液粘度为90mpa.s,乳液固含为66%。在3000转/分钟中不分层,静置6个月不分层。
实施例3
步骤1.将E-20和聚乙二醇6000以摩尔比2:1加入反应釜中,加热至80~85℃,搅拌物料使其混合均匀,加入N,N-二甲基苄胺(占树脂,0.8%,wt%),在130℃-135℃下保持恒温反应7-9小时冷却至室温,得组分1。
步骤2.将100g环氧树脂E-20加到反应釜中,加入38g质量比为1:1的乙二醇单丁醚和正丁醇混合溶液,升温到80℃搅拌至E-20溶解后,加入14.8g 2-氨基-5-磺酸基苯甲酸,控制反应温度在80-85℃,保温14h。往反应釜中滴加13.8g聚乙二醇二缩水甘油醚(400)。保温12h,得组分2-5的混合产物,混合产物总量为124.12g,组分2占71.73g,组分3占25.74g,组分4占26.30g,组分5占0.6206g。
步骤3:步骤1所得的反应产物10.5g和步骤2所得的反应产物6.5g混合得复合环氧树脂乳化剂,其中,组分1为10.5g,组分2为3.6725g,组分3为1.365g、组分4为1.43g、组分5为0.0325g。
应用:
将65g环氧树脂E-20、步骤1所得的反应产物10.5g和步骤2所得的反应产物6.5g分别加入到乳化容器中,再加2.2g乙二醇单丁醚和1.1g正丁醇助剂,加热到70℃,搅拌溶解,在2000r/min转速下,滴加水并同时滴加10%的三乙醇胺水溶液,保持溶液的pH为7-8。当体系的粘度突然下降时停止滴加水,继续搅拌30min,制得稳定的水性环氧乳液。乳液呈乳白色,泛蓝光。
本实施例所得乳液乳滴粒径为0.95微米,乳液粘度为100mpa.s,乳液固含为70%。在3000转/分钟中不分层,静置6个月不分层。
实施例4
按照实施例1-3之一所述方法制备复合环氧树脂乳化剂,其中原料和产物中各组分含量见表1,
表1原料和产物中各组分含量
实施例5
按照实施例1-3之一所述方法制备复合环氧树脂乳化剂,其中原料和产物中各组分含量见表2,
表2原料和产物中各组分含量
实施例4、5所得乳液乳滴粒径为0.7~1.0微米,乳液粘度为80~100mpa.s。在3000转/分钟中不分层,静置6个月不分层。
图1为实施例1与环氧-多胺固化剂按环氧基与胺氢的摩尔比为1︰1的比例混合固化后,固化试样的断面电子显微镜图。断面结构致密,光滑无气孔。可见乳化均匀。分别测试的该固化试样的拉伸强度为35Mpa,压缩强度为72Mpa,拉伸率1.3%,弯曲强度38Mpa,粘结强度13.4Mpa。利用实施例2-5所述乳化剂固化后可以达到与实施例1同样的效果。
Claims (7)
1.一种复合环氧树脂乳化剂,其特征是,由以下重量份的组分组成:
其中,组分1-4所述R为双酚A型环氧基团,结构式为其中m的取值为0~3。
2.根据权利要求1所述复合环氧树脂乳化剂,其特征是,组分1所述j的取值为143。
3.根据权利要求1所述复合环氧树脂乳化剂,其特征是,组分5所述n的取值为7。
4.根据权利要求1-3之一所述复合环氧树脂乳化剂,其特征是,所述组分1的重量份为62份-68份,组分2的重量份为17份-22份,组分3的重量份为6份-9份,组分4的重量份为6份-9份,组分5的重量份为0.1份-0.3份。
5.权利要求1-4之一所述复合环氧树脂乳化剂的制备方法,其特征是,具体步骤为:
组分1的制备:
将双酚A型环氧树脂和聚乙二醇以摩尔比为2︰1混合均匀,加热至80℃~85℃,再加入N,N-二甲基苄胺作为催化剂,催化剂用量占双酚A型环氧树脂质量的0.8%-0.9%,在130℃-135℃下恒温反应7-9小时,冷却至室温,得所述组分1;
组分2-5的制备:
步骤1:在双酚A型环氧树脂中加入乙二醇单丁醚和正丁醇的混合溶液,其中乙二醇单丁醚和正丁醇的重量比为0.9-1.1︰1,混合溶液加入量占原料总质量的20%-30%;搅拌均匀,升温到75℃-85℃至环氧树脂溶解后,加入2-氨基-5-磺酸基苯甲酸,控制反应温度80℃-85℃,保温10-14h;然后滴加聚乙二醇二缩水甘油醚,滴完保温反应10h-14h,得混合产物;所述混合产物的重量份组成为:组分2︰组分3︰组分4︰组分5=50-60︰15-25︰20-25︰0.1-0.5;其中双酚A型环氧树脂、2-氨基-5-磺酸基苯甲酸和聚乙二醇二缩水甘油醚的摩尔比为1︰0.67-1︰0.33-0.5;所述原料为双酚A型环氧树脂、混合溶液、2-氨基-5-磺酸基苯甲酸和聚乙二醇二缩水甘油醚;
按重量份比例,将组分1与所述混合产物按照组分1︰混合产物=5︰2.5-3.5的比例混合,得环氧树脂复合乳化剂。
6.根据权利要求5所述复合环氧树脂乳化剂的制备方法,其特征是,所述双酚A型环氧树脂、2-氨基-5-磺酸基苯甲酸和聚乙二醇二缩水甘油醚的摩尔比为1︰0.67︰0.33;所述乙二醇单丁醚和正丁醇混合溶液的加入量为原料总质量的25%。
7.根据权利要求5或6所述复合环氧树脂乳化剂的制备方法,其特征是,所述混合产物的重量份组成为:组分2︰组分3︰组分4︰组分5=50-60︰19-22︰19-22︰0.1-0.5。
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