CN104231231B - 一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有机‑无机杂化水性树脂的制备方法，具体步骤为：(1)树脂或化合物中加入溶剂，搅拌均匀使环氧树脂或化合物完全溶解，得到产物1；(2)产物1与多元酸反应，得到产物2；(3)产物2与硅烷偶联剂反应，得到产物3；(4)产物3与无机溶胶及硅氧烷反应，得到产物4；(5)向产物4中加入有机或者无机碱中和成盐，得到产物5；(6)向产物5中加入水或者去离子水，得有机‑无机杂化水性树脂。本发明的有机部分提供良好的附着，高光泽，丰满度、颜料润湿性以及一定的柔韧性；无机部分主要提高树脂的硬度、耐候性、阻燃性、低表面能等；通过中间的多元酸提供额外的羧酸，与有机碱或者无机碱中和后，成为水性树脂。

Description

一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法
【技术领域】
本发明涉及高分子及无机溶胶-凝胶技术领域，具体地说，是一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法。
【背景技术】
目前，水性树脂的发展较慢且应用较少。主要是由于水性树脂的性能相对于油性树脂较差，不能满足客户的需求。客户一般情况下之所以选择水性树脂，首先也是看重树脂的性能；其次，水性树脂的价格较高。虽然水作为溶剂相对便宜，但是水性树脂的研发成本较高，也限制了其应用。尽管如此，随着对环境保护要求的日益严格，水性树脂必将成为未来发展的重点。
有机树脂具有优良的颜料分散、施工、机械性能，被广泛地应用于工业涂料，建筑涂料、粘合剂以及油墨等领域。无机材料具有高硬度、高耐候、耐高温、低表面能等特点，但是其颜料分散性差，施工不方便，有必要对其进行改性。目前，有机-无机杂化水性树脂主要停留在物理混合阶段，性能有待提高，通过化学键将有机-无机材料相结合，其性能会有较大的提升，大大拓展其应用领域。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法，其具体步骤为：
(1)在含环氧基团结构的树脂或化合物中加入溶剂，搅拌均匀使环氧树脂或化合物完全溶解，得到产物1；
所述的树脂为采用缩水甘油型环氧以及脂环族环氧或者芳香族环氧的树脂，其环氧值在0.1～1.0mol/100g；
所述的化合物为采用缩水甘油型环氧以及脂环族环氧或者芳香族环氧的化合物，其环氧值在0.1～1.0mol/100g；
所述的溶剂为丙二醇甲醚溶剂等有机溶剂，即为树脂溶解的有机溶剂即可；溶剂的用量为树脂质量的30～70％。
(2)产物1与多元酸反应，得到产物2；
所述的多元酸为两元或者两元以上的酸；酸酐视为两元酸。
所述的多元酸与树脂的环氧基的摩尔比为6∶1～1∶2。
所述的反应温度为60～180℃，反应时间为0.5小时～24小时。
(3)产物2与硅烷偶联剂反应，得到产物3；
所述的硅烷偶联剂为含有环氧基或者胺基或者异氰酸酯的硅烷。
所述的硅烷偶联剂与多元酸的摩尔比为：4∶1～1∶2。
所述的反应温度为60～180℃，反应时间为0.5小时～24小时。
(4)产物3与无机溶胶及硅氧烷反应，得到产物4；
所述的无机溶胶为硅溶胶，铝溶胶，钛溶胶等。
产物3与无机溶胶及硅氧烷的质量比为20～60∶5～40∶5～40；
(5)向产物4中加入有机或者无机碱中和成盐，得到产物5；
所述的碱与多元酸的摩尔比为1∶1～0.05∶1。
(6)向产物5中加入水或者去离子水，得有机-无机杂化水性树脂。
所述的水或者去离子水的加入质量为产物5的质量分数的10～30％。
所述的产物5的固含量为40％～55％。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明提出的有机-无机杂化水性树脂是一种综合了有机树脂和无机树脂有点的水性树脂。有机部分提供良好的附着，高光泽，丰满度、颜料润湿性以及一定的柔韧性。无机部分主要提高树脂的硬度、耐候性、阻燃性、低表面能等。通过中间的多元酸提供额外的羧酸，与有机碱或者无机碱中和后，成为水性树脂。
所得树脂的性能：
储存稳定性：一年无变化
光泽(60o)：＞90
硬度：2H
耐候性：QUV 4000小时
耐燃烧：达到A1水平
【具体实施方式】
以下提供本发明一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法的具体实施方式。
实施例1
(1)将200份环氧树脂(环氧值为0.5mol/100g)与100份丙二醇甲醚溶剂一起投入四口烧瓶中，通入氮气，加热至60℃，开动搅拌使环氧树脂完全溶解。(2)加入146份己二酸，升温至160℃左右，反应时间2小时。
(3)降温至100℃左右，加入68份缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，反应温度控制在80℃-90℃，反应时间为6小时。
(4)加入50份甲基三甲氧基硅烷，搅拌均匀后控制温度在60℃-70℃，再加入50份硅溶胶，控制反应温度在60℃左右，反应时间为6小时。
(5)降温至50℃左右，加入30份二甲基乙醇胺中和成盐，搅拌均匀。
(6)加入一定量的去离子水，稀释固体含量至55％左右，即得有机-无机杂化水性树脂。
本水性树脂的使用：
作为涂料的成膜物质，可以自身加热固化，也可以与氨基树脂、聚氨酯树脂等固化剂固化成膜。制成白漆的性能如下表1所示：
表1
项目 性能
硬度 3H
光泽(60°) 90
附着力 0
耐候性(QUV) 4000小时
耐燃烧 A1级
本发明的有机部分提供良好的附着，高光泽，丰满度、颜料润湿性以及一定的柔韧性；无机部分主要提高树脂的硬度、耐候性、阻燃性、低表面能等；通过中间的多元酸提供额外的羧酸，与有机碱或者无机碱中和后，成为水性树脂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)在含环氧基团结构的树脂或化合物中加入溶剂，搅拌均匀使环氧树脂或化合物完全溶解，得到产物1；
(2)产物1与多元酸反应，得到产物2；所述的多元酸与树脂的环氧基的摩尔比为6：1～1：2；
(3)产物2与硅烷偶联剂反应，得到产物3；
(4)产物3与无机溶胶及硅氧烷反应，得到产物4；
(5)向产物4中加入有机或者无机碱中和成盐，得到产物5；
(6)向产物5中加入水或者去离子水，得有机-无机杂化水性树脂。
2.如权利要求1所述的一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(1)中，所述的树脂为采用缩水甘油型环氧以及脂环族环氧或者芳香族环氧的树脂，其环氧值在0.1～1.0mol/100g。
3.如权利要求1所述的一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中，所述的多元酸为两元或者两元以上的酸；酸酐为两元酸。
4.如权利要求1所述的一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中，所述的反应温度为60～180℃，反应时间为0.5小时～24小时。
5.如权利要求1所述的一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(3)中，所述的硅烷偶联剂为含有环氧基或者胺基或者异氰酸酯的硅烷。
6.如权利要求1所述的一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(3)中，所述的硅烷偶联剂与多元酸的摩尔比为：4：1～1：2。
7.如权利要求1所述的一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(3)中，所述的反应温度为60～180℃，反应时间为0.5小时～24小时。
8.如权利要求1所述的一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(5)中，所述的碱与多元酸的摩尔比为1：1～0.05：1。
9.如权利要求1所述的一种有机-无机杂化水性树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(6)中，所述的水或者去离子水的加入质量为产物5的质量分数的10～30％。
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