CN103497338A - 水性环氧涂料中离子型环氧树脂专用乳化剂的制备及应用方法 - Google Patents
水性环氧涂料中离子型环氧树脂专用乳化剂的制备及应用方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种新型的水性环氧涂料中离子型环氧树脂专用乳化剂的制备及应用方法，其步骤为：(1)在双酚A型环氧树脂中加入适量的溶剂，室温混匀；(2)升温并缓慢加入聚乙二醇及催化剂，保温反应；(3)继续滴加二乙醇胺，保温反应后，滴加溴代乙烷成盐；(4)减压蒸馏除去过量的溴代乙烷，用醋酸调节至适当pH，即得高性能季铵盐离子型乳化剂；(5)将环氧树脂与乳化剂混合，搅拌均匀，并缓慢滴加去离子水，达相反转点后继续加水，得到水性环氧树脂乳液；(6)将环氧树脂乳液与适量的固化剂混合，搅拌均匀，涂膜，室温下固化。该产品的主要特点是施工中无有机溶剂挥发，无异味，属环保产品，适用于各类工业用厂房、办公室地面，可在室温和潮湿的环境中使用，弥补了溶剂型环氧地坪涂料对水敏感的弱点。
Description
技术领域
本发明涉及有机化工材料、水性涂料领域，具体涉及环氧树脂乳化剂及环氧乳液的制备方法，应用于环氧地坪涂料。
背景技术
环氧树脂是一种环氧低聚物与固化剂反应可形成三维网状、具有优良的耐碱、耐油及耐腐蚀性的热固性塑料。由环氧树脂制成的涂料、层压制品、塑封料、胶黏剂等产品已大量用于机械、电子、交通、石油石化、建筑、国防等诸多领域。环氧树脂体系的应用技术已成为专业技术学科。
随着科学技术的发展、人类环保意识的日趋增强以及各国环保标准、法规的不断完善，不含或少含可挥发性有机物（VOC）与空气有害污染物（HAP）的环境友好绿色环氧材料受到广泛关注并得到迅速发展。水性环氧涂料体系已成为当前国内外相关领域关注、研究的热点。环氧涂料是由环氧树脂乳液和水性环氧固化剂组成。水性环氧乳液是影响水性环氧树脂体系物理、化学性能的重要组分，高性能新型乳化剂的研制已成为涂料水性化发展的新方向。外加乳化剂可以保证乳液随时使用，使用方法简便快捷，成本低，对比于化学改性接枝等环氧乳液有化学性能稳定、原材料利用率高等特点，在实际应用与工业化进程中有明显优势。
发明内容
本发明提出水性环氧涂料中，环氧树脂专用离子型乳化剂的合成方法步骤及水性环氧乳液的制备方法。从环氧分子结构出发，设计出水溶性好与环氧树脂分子结构相匹配的高效乳化性能的离子型专用乳化剂。利用环氧基与一定量的聚乙二醇发生加成反应引入羟基亲水性基团，同时又引入具有表面活性的二乙醇胺，从而制得既有亲水性又有亲油性的适宜HLB值的高性能乳化剂。由于羟基的缔合作用，使乳化性能降低，加入弱酸使缔合的羟基解离，具有更好的乳化效果更保证水溶性以及水性环氧乳液的稳定性。
本发明采用如下技术方案：
(1)在双酚A型环氧树脂中加入适量的溶剂，室温混匀；(2)升温并缓慢加入聚乙二醇及催化剂，保温反应；(3)继续滴加二乙醇胺，保温反应后，滴加溴代乙烷成盐；(4)减压蒸馏除去过量的溴代乙烷，用醋酸调节至适当pH，即得高性能季铵盐离子型乳化剂；(5)将环氧树脂与适量的乳化剂混合，搅拌均匀，并缓慢滴加去离子水，达相反转点后继续加水，得到水性环氧树脂乳液；(6)将环氧树脂乳液与适量的固化剂混合，搅拌均匀，涂膜，室温下固化。
具体来说，其具体步骤如下：
(1)、将双酚A型环氧树脂用一定量助溶剂，如丙二醇甲醚，使其溶解，搅拌均匀使环氧树脂完全溶解。
(2)、(1)产物与聚乙二醇反应制得改性环氧树脂，为增加反应速度，还可以加入催化剂，催化剂优选为三氟化硼乙醚溶液。反应完毕后，保持恒温继续滴加一定化学计量的二乙醇胺溶液反应得非离子型乳化剂。反应结束后用溴代乙烷成盐，同时检验胺是否全部季胺化。胺存在促使乳液不稳定，发生固化交联反应；减压除去溴代乙烷，产物颜色加深，粘度增加。
(3)、对(2)反应产物减压蒸馏除去溴代乙烷，然后用弱酸调节所得产物至pH=6.5左右。目的解离乳化剂分子结构中缔合羟基，提高乳化剂水溶性及表面活性。加酸的速度以20d/min。所述的弱酸可以为质量比为1:1的冰乙酸。
(4)、取一定量(3)产物，加环氧树脂混合，缓慢滴加一定量的水，得均匀稳定的环氧乳液。稀释固含量为50%-60%。开始环氧树脂油性高，加水速度缓慢，达相反转点后加水速度可加快，待加水完毕继续搅拌一段时间，以便增加乳液的稳定性。
所述步骤(1)中采用的双酚A型环氧树脂可为E-44、E-51或者E-20，加入助溶剂量为环氧树脂质量的40-50%。
所述步骤(2)中聚乙二醇的分子量为4000、2000或者400，离子型乳化剂合成过程中环氧树脂、聚乙二醇、二乙醇胺的摩尔比为1:0.3-0.6:1-1.5。反应温度为70-90℃，反应时间每步均为2-4h。
按照上述方案所制备的水性环氧树脂乳液的应用方法：将所得水性环氧乳液与三乙烯四胺改性固化剂按照3:1的质量比混合均匀，涂于马口铁上，室温固化成膜。
本发明所得水性环氧乳液的性能：
(1)离心稳定性：3000r/min30min不分层。
(2)储存稳定性：6个月不分层不破乳
(3)乳液的平均粒径220nm
(4)乳白色液体，固含量50-60%，
(5)乳液环氧值对比纯环氧树脂的环氧值几乎不变，环氧分散在乳液中为物理变化。
具体实施方式
本发明采用高分子溶液聚合的方法，以双酚A型环氧树脂为母体，聚乙二醇、二乙醇胺为单体，以三氟化硼乙醚溶液作催化剂，合成出高性能的离子型乳化剂。该分子结构有适宜的亲水亲油性能，用弱酸调节pH使乳化环氧树脂的性能最佳。制得的水性环氧乳液化学性能稳定，应用在水性环氧地坪涂料中具有较好的效果。
实施例1
A、离子型水性环氧乳化剂的合成
（1）在配备有搅拌装置、温度计和氮气充入管的四口烧瓶中加入0.1mol环氧树脂E-44和质量分数为环氧树脂40%的丙二醇甲醚溶剂，搅拌使环氧树脂完全溶解，通氮气排除烧瓶中的空气，加入0.03mol聚乙二醇4000，加热至90℃，搅拌至环氧树脂和聚乙二醇混合均匀。
（2）缓慢加入三氟化硼乙醚溶液数滴，恒温反应2h。继续滴加0.15mol的二乙醇胺溶液，控温80℃持续反应3h，滴加溴代乙烷成盐，用兴士堡实验检验，溶液无玫瑰红色，得到离子型水性环氧乳化剂。
B、水性环氧乳液的制备
(1)将离子型环氧树脂乳化剂减压蒸馏除去过量的溴代乙烷，滴加醋酸中和成盐，调节pH=6.5左右。
(2)将8g乳化剂加入100g环氧树脂中搅拌均匀，缓慢滴加蒸馏水，达到相反转点后，继续加水搅拌，总加水量约为100ml，高剪切下继续搅拌15min，即得水性环氧树脂乳液。
本水性环氧树脂乳液的使用：
双组分水性环氧树脂漆膜的制备：
甲组分：水性环氧树脂固化剂 乙组分：水性环氧树脂乳液
甲组分：乙组分=1:3(质量比)的比例混合，搅拌均匀，涂于马口铁上，水分挥发后形成透明膜，涂膜性能为：
实施例2
A、离子型水性环氧乳化剂的合成
（1）在配备有搅拌装置、温度计和氮气充入管的四口烧瓶中加入0.1mol环氧树脂E-44和质量分数为环氧树脂40%的丙二醇甲醚溶剂，搅拌使环氧树脂完全溶解，通氮气排除烧瓶中的空气，加入0.05mol聚乙二醇2000，加热至80℃，搅拌至环氧树脂和聚乙二醇混合均匀。
（2）缓慢加入三氟化硼乙醚溶液数滴，恒温反应2h。继续滴加0.12mol的二乙醇胺溶液，控温80℃持续反应2h，滴加溴代乙烷成盐，用兴士堡实验检验，溶液无玫瑰红色，得到离子型水性环氧乳化剂。
B、水性环氧乳液的制备
(1)将离子型环氧树脂乳化剂减压蒸馏除去过量的溴代乙烷，滴加醋酸中和成盐，调节pH=6.5左右。
(2)将8g乳化剂加入100g环氧树脂中搅拌均匀，缓慢滴加蒸馏水，达到相反转点后，继续加水搅拌，总加水量约为100ml，高剪切下继续搅拌15min，即得水性环氧树脂乳液。
本水性环氧树脂乳液的使用：
双组分水性环氧树脂漆膜的制备：
甲组分：水性环氧树脂固化剂 乙组分：水性环氧树脂乳液
甲组分：乙组分=1:3(质量比)的比例混合，搅拌均匀，涂于马口铁上，水分挥发后形成透明膜，涂膜性能为：
实施例3
A、离子型水性环氧乳化剂的合成
（1）在配备有搅拌装置、温度计和氮气充入管的四口烧瓶中加入0.1mol环氧树脂E-51和质量分数为环氧树脂40%的丙二醇甲醚溶剂，搅拌使环氧树脂完全溶解，通氮气排除烧瓶中的空气，加入0.05聚乙二醇400，加热至70℃，搅拌至环氧树脂和聚乙二醇混合均匀。
（2）缓慢加入三氟化硼乙醚溶液数滴，恒温反应4h。继续滴加0.1mol的二乙醇胺溶液，控温90℃持续反应2h，滴加溴代乙烷成盐，用兴士堡实验检验，溶液无玫瑰红色，得到离子型水性环氧乳化剂。
B、水性环氧乳液的制备
(1)将离子型环氧树脂乳化剂减压蒸馏除去过量的溴代乙烷，滴加醋酸中和成盐，调节pH=6.5左右。
(2)将8g乳化剂加入100g环氧树脂中搅拌均匀，缓慢滴加蒸馏水，达到相反转点后，继续加水搅拌，总加水量约为100ml，高剪切下继续搅拌15min，即得水性环氧树脂乳液。
本水性环氧树脂乳液的使用：
双组分水性环氧树脂漆膜的制备：
甲组分：水性环氧树脂固化剂 乙组分：水性环氧树脂乳液
甲组分：乙组分=1:3(质量比)的比例混合，搅拌均匀，涂于马口铁上，水分挥发后形成透明膜，涂膜性能为：
实施例4
A、离子型水性环氧乳化剂的合成
（1）在配备有搅拌装置、温度计和氮气充入管的四口烧瓶中加入0.1mol环氧树脂E-51和质量分数为环氧树脂40%的丙二醇甲醚溶剂，搅拌使环氧树脂完全溶解，通氮气排除烧瓶中的空气，加入0.06mol的聚乙二醇4000，加热至80℃，搅拌至环氧树脂和聚乙二醇混合均匀。
（2）缓慢加入三氟化硼乙醚溶液数滴，恒温反应2h。继续滴加0.15mol二乙醇胺溶液，控温90℃持续反应2h，滴加溴代乙烷成盐，用兴士堡实验检验，溶液无玫瑰红色，得到离子型水性环氧乳化剂。
B、水性环氧乳液的制备
(1)将离子型环氧树脂乳化剂减压蒸馏除去过量的溴代乙烷，滴加醋酸中和成盐，调节pH=6.5左右。
(2)将8g乳化剂加入100g环氧树脂中搅拌均匀，缓慢滴加蒸馏水，达到相反转点后，继续加水搅拌，总加水量约为100ml，高剪切下继续搅拌15min，即得水性环氧树脂乳液。
本水性环氧树脂乳液的使用：
双组分水性环氧树脂漆膜的制备：
甲组分：水性环氧树脂固化剂 乙组分：水性环氧树脂乳液
甲组分：乙组分=1:3(质量比)的比例混合，搅拌均匀，涂于马口铁上，水分挥发后形成透明膜，涂膜性能为：
实施例5
A、离子型水性环氧乳化剂的合成
（1）在配备有搅拌装置、温度计和氮气充入管的四口烧瓶中加入0.1mol环氧树脂E-20和质量分数为环氧树脂50%的丙二醇甲醚溶剂，搅拌使环氧树脂完全溶解，通氮气排除烧瓶中的空气，加入0.045聚乙二醇4000，加热至90℃，搅拌至环氧树脂和聚乙二醇混合均匀。
（2）缓慢加入三氟化硼乙醚溶液数滴，恒温反应2h。继续滴加0.12mol的二乙醇胺溶液，控温90℃持续反应2h，滴加溴代乙烷成盐，用兴士堡实验检验，溶液无玫瑰红色，得到离子型水性环氧乳化剂。
B、水性环氧乳液的制备
(1)将离子型环氧树脂乳化剂减压蒸馏除去过量的溴代乙烷，滴加醋酸中和成盐，调节pH=6.5左右。
(2)将8g乳化剂加入100g环氧树脂中搅拌均匀，缓慢滴加蒸馏水，达到相反转点后，继续加水搅拌，总加水量约为100ml，高剪切下继续搅拌15min，即得水性环氧树脂乳液。
本水性环氧树脂乳液的使用：
双组分水性环氧树脂漆膜的制备：
甲组分：水性环氧树脂固化剂 乙组分：水性环氧树脂乳液
甲组分：乙组分=1:3(质量比)的比例混合，搅拌均匀，涂于马口铁上，水分挥发后形成透明膜，涂膜性能为：
实施例6
A、离子型水性环氧乳化剂的合成
（1）在配备有搅拌装置、温度计和氮气充入管的四口烧瓶中加入0.1mol环氧树脂E-20和质量分数为环氧树脂50%的丙二醇甲醚溶剂，搅拌使环氧树脂完全溶解，通氮气排除烧瓶中的空气，加入0.05mol聚乙二醇2000，加热至70℃，搅拌至环氧树脂和聚乙二醇混合均匀。
（2）缓慢加入三氟化硼乙醚溶液数滴，恒温反应4h。继续滴加0.1mol的二乙醇胺溶液，控温80℃持续反应3h，滴加溴代乙烷成盐，用兴士堡实验检验，溶液无玫瑰红色，得到离子型水性环氧乳化剂。
B、水性环氧乳液的制备
(1)将离子型环氧树脂乳化剂减压蒸馏除去过量的溴代乙烷，滴加醋酸中和成盐，调节pH=6.5左右。
(2)将8g乳化剂加入100g环氧树脂中搅拌均匀，缓慢滴加蒸馏水，达到相反转点后，继续加水搅拌，总加水量约为100ml，高剪切下继续搅拌15min，即得水性环氧树脂乳液。
本水性环氧树脂乳液的使用：
双组分水性环氧树脂漆膜的制备：
甲组分：水性环氧树脂固化剂 乙组分：水性环氧树脂乳液
甲组分：乙组分=1:3(质量比)的比例混合，搅拌均匀，涂于马口铁上，水分挥发后形成透明膜，涂膜性能为：
本发明并不局限于实施实例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的，本发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组方法得到的与发明相关的技术，都在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.环氧树脂离子型专用乳化剂的制备方法，其特征包括如下步骤：
（1）、在双酚A型环氧树脂中加入助溶剂使其完全溶解；
（2）、步骤（1）的产物与聚乙二醇反应得改性环氧树脂；所述改性环氧树脂与二乙醇胺反应得非离子型乳化剂，用溴代乙烷季胺化成盐；
（3）、向步骤（2）的产物中加弱酸调节pH中和成盐；
(4)、取步骤(3)的产物，加环氧树脂混合，缓慢滴加水，稀释固含量为50%-60%，即得水性环氧树脂乳液。
2.根据权利要求1所述的水性环氧树脂乳化剂的制备方法，其特征是：所述的双酚A型环氧树脂是环氧树脂可为E-44、E-51或E-20。
3.根据权利要求1所述的水性环氧树脂乳化剂的制备方法，其特征是所述助溶剂为丙二醇甲醚，用量为环氧树脂质量的40-50%。
4.根据权利要求1所述的水性环氧树脂乳化剂的制备方法，其特征是：所述步骤(2)中聚乙二醇的分子量为4000、2000或400，离子型乳化剂合成过程中双酚A型环氧树脂、聚乙二醇、二乙醇胺的摩尔比为1:0.3-0.6:1-1.5，反应温度为70-90℃，反应时间每步均为2-4h。
5.根据权利要求1所述的水性环氧树脂乳化剂的制备方法，其特征是所述的弱酸为质量比为1:1的冰乙酸，调节pH至6.5左右，加酸的速度以20d/min。
6.根据权利要求1所述的水性环氧树脂乳化剂的制备方法，其特征是，所述的步骤（2）还包括检验胺是否全部季胺化。
7.根据权利要求1所述的水性环氧树脂乳化剂的制备方法，其特征是，所述的步骤（2）还包括减压蒸馏除去溴代乙烷。
8.权利要求1-7任一项所制备的水性环氧树脂乳液的应用，其特征是：将所得水性环氧树脂乳液与三乙烯四胺固化剂按照3:1的质量比混合均匀，涂于马口铁上，室温下固化成膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140108 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |