CN104193963B - 一种阳离子型水性环氧乳液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阳离子型的水性环氧乳液。该水性环氧乳液原料的重量百分比组成如下：20‑35重量％的环氧树脂、3‑8重量％的长链脂肪酸、1‑5重量％的有机胺、5‑22重量％的有机溶剂、1‑3重量％的酸类物质，余量为去离子水。本发明将环氧当量为160‑2500的环氧树脂在70‑130℃的条件下用有机胺和长链脂肪酸进行反应，增加其分子量，第一步反应完成后，加入酸中和，并用去离子水稀释；添加剩余的液体环氧树脂，继续在70‑90℃下保温3‑4小时后得到阳离子型水性环氧乳液。本发明的阳离子型水性环氧乳液具有附着力强、表干时间短、漆膜耐腐蚀性好和漆膜铅笔硬度高等特点。

Description

一种阳离子型水性环氧乳液

技术领域

本发明涉及一种常温自干型的水性漆用成膜物质的制备方法，具体地说，涉及一种阳离子型的水性环氧乳液。属于涂料化工技术领域。

背景技术

水性涂料技术的平均增长率正在超过传统的溶剂型涂料，越来越多的成功应用案例也证明，即使在恶劣的环境条件下，水性涂料也可为钢材提供良好的防腐蚀性能。另外，水性涂料的干燥、复涂时间短，保险费用低，无稀释剂成本，停工时间短，使用较少的涂层和产生较少溶剂，所以它的优点是涂料的高性能以及高效施工带来的低成本。

有一类自干型单组份防锈漆，它有施工方便，储存期长等优点，在工业制造领域内很受欢迎。可以用作水性单组份防锈漆的基料有，水性环氧酯，水性丙烯酸乳液，水性聚氨酯分散体等，目前市售的这些基料在实际使用中，存在着漆膜耐水性不理想或者硬度不高等缺点，虽然有些水性双组份涂料可以弥补水性单组份在性能上的缺陷，但毕竟使用起来有一定的局限性，在施工时要时刻注意涂料的使用时间，而目前的技术无法使双组份水性涂料的使用寿命达到溶剂型的水平。因此市场迫切需求一种性能良好的单组份水性基料，用于提供具有更好的耐水性和硬度的膜漆。

环氧树脂因其良好的性能而被广泛应用于防护涂料中，可以用作单组份涂料的环氧基料往往分子量很大，要求溶剂稀释量很多，虽然有着干燥快，耐水性好等优点，但其中含有大量的挥发物，使用时造成对环境的污染。将大分子或超大分子量的环氧树脂进行水性化制成水性涂料，不仅可以保留该树脂的特性，也可以大大降低VOC的排放。常规的大分子环氧水性化的技术路线主要通过丙烯酸接枝并用胺中和来获得，但此方法得到的水性环氧树脂中留有亲水的羧基，影响了漆膜的耐水性和耐蚀性。

溶剂型双组份环氧/胺固化涂料体系，被认为是最佳的防腐蚀成膜物质，虽然目前已有水性的双组份环氧/胺固化体系，但双组份在操作上存在不便，有适用期的限制，因此获得一种水性的单组份环氧/胺体系既可以保留双组份体系优良的耐水耐蚀性能，又可以不受适用期的限制。为获得良好的耐蚀漆膜，环氧/胺加成物必须达到一定的分子量才能保证足够的性能，但是大的分子量必定具有很高的粘度，造成后期使用不便。

发明内容

本发明通过配方和工艺上的创新，很好的解决了上述问题，首先利用环氧与胺固化剂进行扩链反应得到一定分子量的环氧/胺加成物，并用酸去中和获得水性化；然后将其分散于水中，降低体系粘度，再添加环氧树脂进行扩链得到分子量足够大的成膜物质。此方法不仅避免了过去大分子环氧树脂水性化时留有的羧基对漆膜带来的不利影响，同时也巧妙的将环氧/胺加成物体系水性化，为水性单组份防锈乳液带来一种性能优异的成膜物质。

本发明是这样实现的，这种阳离子型水性环氧乳液的原料的重量百分比组成如下：20-35重量％的环氧树脂、3-8重量％的长链脂肪酸、1-5重量％的有机胺、5-22重量％的有机溶剂、1-3重量％的酸类物质，余量为去离子水。

本发明中所述的环氧树脂为环氧当量为160-2500的双酚A环氧树脂或双酚F环氧树脂。

本发明中所述的长链脂肪酸为具有8个碳原子以上的单元脂肪酸或二元脂肪酸中的一种或几种。

本发明中所述的具有8个碳原子以上的单元脂肪酸或二元脂肪酸为妥尔油酸、癸酸、月桂酸、癸二酸、二聚酸和硬脂酸中的一种或几种。

本发明中所述的有机胺为二乙醇胺、二乙胺、3-二甲胺基丙胺中的一种或几种。

本发明中所述的酸类物质为甲酸、冰醋酸和磷酸中的一种或几种。

本发明中所述的有机溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、乙二醇丁醚和二乙二醇甲醚中的一种或几种。

本发明中所述的阳离子型水性环氧乳液的制备方法包括如下工艺步骤：

1)将18-25重量％的环氧当量为160-2500的环氧树脂、3-8重量％长链脂肪酸、1-5重量％有机胺和5-22重量％有机溶剂在70-130℃下反应2-4小时，进行扩链；

2)第一步反应结束后，降温至70-90℃，加入1-3重量％的酸进行中和反应，加入余量的去离子水稀释；

3)添加2-10重量％的环氧当量为160-250的环氧树脂，并在70-90℃下保温3-6小时，得到所述的阳离子型水性环氧乳液。

本发明将环氧当量为160-2500的环氧树脂在70-130℃的条件下用有机胺和长链脂肪酸进行反应，增加其分子量，一般重均分子量控制在6000-30000，优选在10000-25000，第一步反应完成后，加入酸中和，并用去离子水稀释；添加剩余的液体环氧树脂，继续在70-90℃下保温3-4小时后得到阳离子型水性环氧乳液。

用本发明制备的阳离子型水性环氧乳液制备涂料样板进行检测，样板规格为150mm×75mm×2mm冷轧钢板，漆膜厚度为40-60μm。检测结果说明，本发明的阳离子型水性环氧乳液具有附着力强、表干时间短、漆膜耐腐蚀性好和铅笔硬度高等特点。

具体实施方式

以下是对本发明的原理和内容做具体说明，所列举的实施例是为了解释本发明，并非用于限定本发明。

实施例1

在1000ml带有机械搅拌装置的四口烧瓶中，搅拌下，加入双酚A环氧树脂(环氧当量为450)381.2g，丙二醇甲醚212.8g和妥尔油酸84g，升温至80℃，待环氧树脂溶解后，加入乙二胺21.2g和3-二甲氨基丙胺10.2g，将温度升至120℃，保温2小时后降温至80，搅拌下，加入冰醋酸20g和去离子水223g,搅拌均匀后，继续搅拌加入液体双酚A环氧树脂(环氧当量为180)53.2g，保温直到环氧值为0，制得阳离子型水性环氧乳液。此时该水性环氧乳液固体含量为42重量％，粒径d₉₀＝0.15μm。

实施例2

在500ml带有机械搅拌装置的四口烧瓶中，搅拌下，加入双酚A环氧树脂(环氧当量为450-500)96.4g，妥尔油酸28.4g、丙二醇甲醚55.4g、乙二胺2.5g和3-二甲氨基丙胺3.8g，将温度升至120℃，保温3小时后，测得环氧值为0.02。降温至80℃搅拌下，加入冰醋酸3.8g和去离子水149.2g。搅拌均匀后，继续加入液体双酚A环氧树脂(环氧当量为190)4.4g，保温至环氧值为0，制得阳离子型水性环氧乳液。此时该水性环氧乳液固体含量为41重量％，粒径d₉₀＝0.2μm。

实施例3

在2000ml带有机械搅拌装置的四口烧瓶中，搅拌下，加入双酚F环氧树脂(环氧当量为450-500)380.0g，癸二酸31.2g，丙二醇甲醚189.6g，乙二胺10.8g和3-二甲氨基丙胺20.4g，将温度升至120℃，保温3小时后。降温至80℃，搅拌下，加入冰醋酸22.4g和去离子水596.8g。搅拌均匀后，继续加入液体双酚A环氧树脂(环氧当量为190)118.8g，保温至环氧值为0，制得阳离子型水性环氧乳液。此时该水性环氧乳液固体含量为42重量％，粒径d₉₀＝0.17μm。

用上述实施例制备的阳离子型水性环氧乳液制备涂料样板进行检测，样板规格为150mm×75mm×2mm冷轧钢板，漆膜厚度为40-60μm。检测结果见表1：其中，比较例选用市售的水性环氧酯涂料。

表1

Claims (5)

1.一种阳离子型水性环氧乳液，其特征在于：该水性环氧乳液原料的重量百分比组成如下：20-35重量％的环氧树脂、3-8重量％的长链脂肪酸、1-5重量％的有机胺、5-22重量％的有机溶剂、1-3重量％的酸类物质，余量为去离子水；

所述的环氧树脂为环氧当量为160-2500的双酚A环氧树脂或双酚F环氧树脂；

所述的长链脂肪酸为具有8个碳原子以上的单元脂肪酸或二元脂肪酸中的一种或几种；

该阳离子型水性环氧乳液的制备方法包括如下工艺步骤：

1)将18-25重量％的环氧当量为160-2500的环氧树脂、3-8重量％长链脂肪酸、1-5重量％有机胺和5-22重量％有机溶剂在70-130℃下反应2-4小时，进行扩链；

2)第一步反应结束后，降温至70-90℃，加入1-3重量％的酸进行中和反应，加入余量的去离子水稀释；

3)添加2-10重量％的环氧当量为160-250的环氧树脂，并在70-90℃下保温3-6小时，得到所述的阳离子型水性环氧乳液。

2.根据权利要求1所述的阳离子型水性环氧乳液，其特征在于：所述的具有8个碳原子以上的单元脂肪酸或二元脂肪酸为妥尔油酸、癸酸、月桂酸、癸二酸、二聚酸和硬脂酸中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的阳离子型水性环氧乳液，其特征在于：所述的有机胺为二乙醇胺、二乙胺、3-二甲胺基丙胺中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的阳离子型水性环氧乳液，其特征在于：所述的酸类物质为甲酸、冰醋酸和磷酸中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的阳离子型水性环氧乳液，其特征在于：所述的有机溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、乙二醇丁醚和二乙二醇甲醚中的一种或几种。