CN103554434B - 一种水性环氧酯树脂的制备方法及其应用 - Google Patents

一种水性环氧酯树脂的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水性环氧酯树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：环氧树脂A与油酸在90～220℃下发生酯化反应得到产物Ⅰ；将产物Ⅰ与扩链剂混合，在10～120℃下反应3～9小时反应得到产物Ⅱ；环氧树脂B与油酸在90～220℃下发生酯化反应得到产物Ⅲ；将产物Ⅲ与产物Ⅱ混合，在10～120℃下反应3～9小时反应得到产物Ⅳ；向产物Ⅳ中滴加酸类中和剂，再添加交联剂，最后滴水乳化，即得到水性环氧酯树脂。本发明制备出的环氧酯树脂有广泛的应用，可以制备防锈漆，可以喷涂，可以刷涂施工，即使喷涂在钢铁表面也不会闪锈；当涂料固化成膜后树脂中不含亲水基团，提高了涂膜的耐水和耐腐蚀性。

Description

一种水性环氧酯树脂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种水性环氧酯树脂的制备方法及其应用，属于水性涂料领域。
背景技术
为了使环氧树脂实现水性化，通常通过外加乳化剂或者在环氧树脂中引入羟基、羧酸、磺酸、胺基等亲水基团，使环氧树脂实现水性化。当涂料成膜后这些亲水基团会残留在涂膜中影响涂膜的耐水性和耐腐性。因此，开发一种涂料成膜时能够消除亲水基团的水性树脂，具有很大的意义。
同时，环氧树脂中的环氧基较活泼，室温下就可以与胺类等固化剂发生反应，因此环氧树脂常做成两个组份。双组份环氧树脂施工前需要按照比例配比，给施工和运输带来不便。
另外，目前国内外适用于金属基材的水性工业涂料领域中，阴离子型树脂型的水性涂料应用较为广泛，而阳离子树脂类型的涂料由于受闪蚀的影响，其主要以阴极电泳涂装为主，此涂装方式中工件作为电泳阴极，以避免工件的闪蚀，而以喷涂，刷涂施工的阳离子树脂类型涂料非常容易出现闪蚀，影响和限制了阳离子树脂涂料的推广应用。目前已经研发出的可以喷涂施工的阳离子树脂类型涂料，但因为未能解决在金属表面的闪蚀以及与颜填料的稳定问题，其应用仍仅限于塑料等基材上。例如，申请公布号为CN102504199A的专利报道的水性环氧树脂等，没有涉及金属表面的闪锈问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水性环氧酯树脂的制备方法及其应用，解决了上述亲水基残留影响耐水性、双组份施工运输不方便和水性阳离子树脂在金属表面的闪锈的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种水性环氧酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
（1）环氧树脂A与油酸在90～220℃下发生酯化反应得到产物Ⅰ；
（2）将产物Ⅰ与扩链剂混合，在10～120℃下反应3～9小时反应得到产物Ⅱ；
（3）环氧树脂B与油酸在90～220℃下发生酯化反应得到产物Ⅲ；
（4）将产物Ⅲ与产物Ⅱ按照重量比0.5～2:1进行混合，在10～120℃下反应3～9小时反应得到产物Ⅳ；
（5）向产物Ⅳ中滴加酸类中和剂，混合搅拌发生反应，得到产物Ⅴ；
（6）向产物Ⅴ中添加交联剂，混合搅拌发生反应，得到产物Ⅵ；
（7）向产物Ⅵ中滴水乳化得到固体含量为30wt%～70wt%的乳液，即为水性环氧环氧酯树脂。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤（1）中环氧树脂A其环氧当量在180～3000之间。
进一步，所述步骤（1）中油酸为亚麻油酸、豆油酸、托尔油酸、脱水蓖麻油酸、椰子油酸、桂酸中的一种或者几种，其与环氧树脂A的摩尔比为0.1～3:1。
进一步，所述步骤（2）中扩链剂为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮、二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚酰胺、异佛尔酮胺、间苯二胺中的一种或几种，其与环氧树脂A的摩尔比为0.1～1:1。
进一步，所述步骤（3）中环氧树脂B其环氧当量在180～3000之间。
进一步，所述步骤（3）中油酸为亚麻油酸、豆油酸、托尔油酸、脱水蓖麻油酸、椰子油酸、桂酸中的一种或者几种，其与环氧树脂B的摩尔比为0.1～3:1。
进一步，所述步骤（5）中酸类中和剂为盐酸、硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、乳酸、酒石酸、甘氨酸中的一种或几种，其与产物Ⅱ的摩尔比为0.1～3:1。
进一步，所述步骤（6）中交联剂为硅烷偶联剂、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸、二乙烯三胺、三乙烯四胺、聚酰胺、双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂中的一种或几种中的一种或几种，其与产物Ⅴ的摩尔比为0.1～3:1。
本发明制备的水性环氧酯通过两种方式减少涂膜的亲水性。一方面本发明制备的水性环氧酯未使用乳化剂而是通过胺成盐的方法提供亲水性，在涂料的干燥过程中随着酸类的挥发，涂膜亲水性降低。另一方面在涂料的成膜过程中，随着水分的挥发，芯材得到有效释放，与涂膜中具有亲水的胺类发生化学反应进一步减少了亲水基团含量。
本发明制备的水性环氧酯通过微胶囊原理将性质活泼的环氧基团保护起来，在储存过程中很稳定，当涂料在挥发的过程中，被保护的芯材得到释放。本发明制备的环氧酯树脂能将活泼的环氧基保留下来，从而使双组份的环氧树脂转化为了单组份，给施工和运输带来了便利。
水性阳离子环氧酯树脂为了提高亲水性需要通过酸类来中和，而这些酸会对金属底才产生闪蚀，为了解决闪蚀问题，常需要添加防闪蚀助剂。本发明通过化学改性的方法将具有抗抗闪蚀的官能团接枝到了水性环氧酯分子上，从而有效的解决了阳离子树脂闪蚀的问题。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种水性环氧酯树脂的应用，所述水性环氧酯树脂用于制备阳离子防锈漆。
进一步，取重量份数为120份的去离子水，在分散的状态下添加重量份数为0.5份的分散剂、0.2份的润湿剂和0.1份的消泡剂，然后添加重量份数为120份的钛白粉、40份的高岭土、80份的硫酸钡、60份的磷酸锌和30份的三聚磷酸铝，添加完毕后高速分散20分钟，然后添加玻璃珠研磨至细度小于30μm，得到色浆；取得到的色浆450重量份，按颜基比（色漆配方中,颜料与基料的质量比）1.5:1，添加固体含量为40wt%的水性环氧酯树脂550重量份，再添加增稠剂0.3重量份，最后加入去离子水调匀，得到阳离子防锈漆。
本发明制备出的环氧酯树脂有广泛的应用，可以制备防锈漆，可以喷涂，可以刷涂施工，即使喷涂在钢铁表面也不会闪锈；当涂料固化成膜后树脂中不含亲水基团，提高了涂膜的耐水和耐腐蚀性。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
（1）称取100g环氧树脂A和50g椰子油酸添加到三口瓶中，升温至170～180℃，保温5小时，得到产物Ⅰ；
（2）降温至60℃，向产物Ⅰ中加入18g异佛尔酮胺，保温3小时，得到产物Ⅱ；
（3）称取300g环氧树脂B和910g椰子油酸放入三口瓶中，升温至110～120℃，保温3小时，得到产物Ⅲ；
（4）将产物Ⅲ与产物Ⅱ按照重量比0.5：1进行混合，在10～120℃下反应3～9小时反应得到产物Ⅳ；
（5）向产物Ⅳ中15g甲酸，混合搅拌20min发生反应，得到产物Ⅴ；
（6）向产物Ⅴ中添加20g硅烷偶联剂，混合搅拌均匀发生反应，得到产物Ⅵ；
（7）向产物Ⅵ中滴水乳化得到固体含量为40wt%的环氧酯乳液，即为水性环氧环氧酯树脂。
实施例2
（1）称取100g环氧树脂A和50g大豆油酸添加到三口瓶中，升温至170～180℃，保温5小时，得到产物Ⅰ；
（2）降温至60℃，向产物Ⅰ中加入16g甲苯二异氰酸酯，保温3小时，得到产物Ⅱ；
（3）称取300g环氧树脂B和910g大豆油酸放入三口瓶中，升温至110～120℃，保温3小时，得到产物Ⅲ；
（4）将产物Ⅲ与产物Ⅱ按照重量比2：1进行混合，在10～120℃下反应3～9小时反应得到产物Ⅳ；
（5）向产物Ⅳ中20g乙酸，混合搅拌20min发生反应，得到产物Ⅴ；
（6）向产物Ⅴ中添加30g双酚A环氧树脂，混合搅拌均匀发生反应，得到产物Ⅵ；
（7）向产物Ⅵ中滴水乳化得到固体含量为30wt%的环氧酯乳液，即为水性环氧环氧酯树脂。
实施例3
（1）称取100g环氧树脂A和50g椰子油酸添加到三口瓶中，升温至170～180℃，保温5小时，得到产物Ⅰ；
（2）降温至60℃，向产物Ⅰ中加入18g二乙烯三胺，保温3小时，得到产物Ⅱ；
（3）称取300g环氧树脂B和910g椰子油酸放入三口瓶中，升温至110～120℃，保温3小时，得到产物Ⅲ；
（4）将产物Ⅲ与产物Ⅱ按照重量比1：1进行混合，在10～120℃下反应3～9小时反应得到产物Ⅳ；
（5）向产物Ⅳ中30g酒石酸，混合搅拌20min发生反应，得到产物Ⅴ；
（6）向产物Ⅴ中添加25g二乙烯三胺，混合搅拌均匀发生反应，得到产物Ⅵ；
（7）向产物Ⅵ中滴水乳化得到固体含量为70wt%的环氧酯乳液，即为水性环氧环氧酯树脂。
将上述制备出的水性环氧环氧酯树脂应用于阳离子防锈漆，具体步骤为：取120kg的去离子水，在分散的状态下添加0.5kg的分散剂、0.2kg的润湿剂和0.1kg的消泡剂，然后添加120kg的钛白粉、40kg的高岭土、80kg的硫酸钡、60kg的磷酸锌和30kg的三聚磷酸铝，添加完毕后高速分散20分钟，然后添加玻璃珠研磨至细度小于30μm，得到色浆；取得到的色浆450kg，按颜基比1.5:1，添加固体含量为40wt%的水性环氧酯树脂550kg，再添加增稠剂0.3kg，最后加入去离子水调匀，得到阳离子防锈漆。将得到的阳离子防锈漆喷涂在钢铁表面，通过检测发现没有出现闪锈的现象，其产生的涂膜耐水和耐腐蚀性良好，可长时间使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水性环氧酯树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)环氧树脂A与油酸在90～220℃下发生酯化反应得到产物Ⅰ；
(2)将产物Ⅰ与扩链剂混合，在10～120℃下反应3～9小时反应得到产物Ⅱ；
(3)环氧树脂B与油酸在90～220℃下发生酯化反应得到产物Ⅲ；
(4)将产物Ⅲ与产物Ⅱ按照重量比0.5～2:1进行混合，在10～120℃下反应3～9小时反应得到产物Ⅳ；
(5)向产物Ⅳ中滴加酸类中和剂，混合搅拌发生反应，得到产物Ⅴ；
(6)向产物Ⅴ中添加交联剂，混合搅拌发生反应，得到产物Ⅵ；
(7)向产物Ⅵ中滴水乳化得到固体含量为30wt％～70wt％的乳液，即为水性环氧环氧酯树脂。
2.根据权利要求1所述水性环氧酯树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中环氧树脂A其环氧当量在180～3000之间。
3.根据权利要求1所述水性环氧酯树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中油酸为亚麻油酸、豆油酸、托尔油酸、脱水蓖麻油酸、椰子油酸、桂酸中的一种或者几种，其与环氧树脂A的摩尔比为0.1～3:1。
4.根据权利要求1所述水性环氧酯树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中扩链剂为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、异佛尔酮胺、间苯二胺中的一种或几种，其与环氧树脂A的摩尔比为0.1～1:1。
5.根据权利要求1所述水性环氧酯树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中环氧树脂B其环氧当量在180～3000之间。
6.根据权利要求1所述水性环氧酯树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中油酸为亚麻油酸、豆油酸、托尔油酸、脱水蓖麻油酸、椰子油酸中的一种或者几种，其与环氧树脂B的摩尔比为0.1～3:1。
7.根据权利要求1所述水性环氧酯树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中酸类中和剂为盐酸、硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、乳酸、酒石酸、甘氨酸中的一种或几种，其与产物Ⅱ的摩尔比为0.1～3:1。
8.根据权利要求1所述水性环氧酯树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中交联剂为硅烷偶联剂、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸、二乙烯三胺、三乙烯四胺、聚酰胺、双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂中的一种或几种，其与产物Ⅴ的摩尔比为0.1～3:1。
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