CN104803885B - 不依赖循环的阴极电泳涂料的环氧树脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阴极电泳涂料技术领域，具本发明涉及阴极电泳涂料技术领域，具体的说是一种可以不依赖循环而能保证正常使用的阴极电泳涂料的环氧树脂及其制备方法。该环氧树脂中通过双酚A聚氧乙烯醚树脂参与扩链并用胺改性，同时在侧链上引入了半封闭的异氰酸酯，侧基具有包裹和高增韧的主链。本发明具有良好的流平外观效果、泳透力；涂料在停止循环时，颜填料沉降速度大大降低，在停止循环后重新循环能正常使用。

Description

不依赖循环的阴极电泳涂料的环氧树脂及其制备方法

[技术领域]

本发明涉及阴极电泳涂料技术领域，具体的说是一种可以不依赖循环而能保证正常使用的阴极电泳涂料的乳液树脂的制备方法。

[背景技术]

从二十世纪七十年代开始，阴极电泳涂料开始在工业化应用以来，因为其优良的耐腐蚀性能，优异的机械性能和其在涂装应用时的高度自动化。使其在汽车工业上迅速的大面积使用并得以普及。阴极电泳涂料作为水性涂料中的佼佼者，一是以水为溶剂，无污染、无毒、无火灾危险，二是采用电泳涂装工艺，对于任何复杂的工件能得到均匀致密涂层，具有较高的耐腐蚀性，对其研究与开发受到了人们广泛的青睐。随着国内汽车行业的壮大，以环氧树脂为主的阴极电泳涂料在汽车涂装业越来越体现出它的优越性。但传统的电泳涂料使用时，因其槽液较低的固含量，必须时刻搅拌循环，确保电泳槽液的稳定性，即使不需要电泳作业时。不依赖循环的电泳涂料的出现，有效的节省了人力物力成本，同时相对更加的环保，有效的解决了电泳线开线不停循环的难题。

[发明内容]

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中电泳涂料的乳液树脂需要依赖持续不停的机械搅拌循环才能确保电泳槽液的电稳定性。

为了解决上述技术问题，设计一种用于阴极电泳涂料的环氧树脂，该环氧树脂具有式I的结构：

其中，

R代表各种基础环氧树脂的分子链中非环氧基团部分；

R1、R2分别为CH₃(CH₂)_n-或CH₂OH(CH₂)_n-，n＝0～4。

本发明还包括一种式I的结构环氧树脂的制备方法，包括以下步骤

a先由双酚A聚氧乙醚中加入惰性有机溶剂、丁二酸酐及有机碱，不断搅拌下升温到70-85℃，保温5-8小时后，降温出料，反应式如下式所述：

b基础环氧树脂在有机碱的催化下与步骤a的产物进行扩链反应，即制得环氧当量为700-2000的环氧树脂，放入干净密封的容器中备用，反应式如下式所示：

c混合二异氰酸酯或其衍生物、惰性溶剂、有机锡催化剂，升温至50℃后，缓慢滴加封闭剂，1.5-2小时滴加完成后，继续保温2小时后得到半封闭异氰酸酯，放入干燥密封的容器中备用。反应式如下式所示：

d将步骤b所制备的环氧树脂，在不断搅拌下升温至95-125℃，然后缓慢滴加步骤c所制备的半封闭异氰酸酯，0.5-1小时完成滴加，滴加完成后继续保温1小时。反应式如下式所示：

e.将步骤c所制备的环氧树脂加入惰性有机溶剂，在不断搅拌下升温至90-95℃，加入含活泼氢的胺化合物，加完后升温至100-120℃保温3小时后降温出料，得到扩链后的胺改性的双酚a环氧树脂，放入干净密封的容器中备用，溶剂的加入量随所得目标产物的环氧当量而改变，本组分的固体份控制在70-90％之间，反应式如下式所示：

上述制备方法进一步还具有如下优化方案：

步骤a中所述的惰性有机溶剂为甲苯类溶剂或酮类溶剂。甲苯类溶剂可选择甲苯、邻二甲苯、间二甲苯；酮类溶剂可选择甲乙酮、甲基异丁基酮，所用的有机碱催化剂选用三乙胺、N-N二甲基苄胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、三苯基磷、甲基二乙醇胺。

步骤a、b中所用的有机碱催化剂选用三乙胺、N-N二甲基苄胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、三苯基磷、甲基二乙醇胺。

步骤c中所述封闭剂为含活泼氢的醇类、醇醚类、酮肟类、内酰胺或酚类化合物。所述的含活泼氢的封闭剂的活泼氢总和与异氰酸酯基团总和之比为0.55-0.7:1。

有机锡催化剂选用辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。

步骤c可选择在反应中添加部分惰性溶剂。可选择的惰性溶剂包括脂类或酮类溶剂。可选用的脂类溶剂包括乙酸乙酯、乙酸丁脂等，而可选用的酮类溶剂主要有甲乙酮、甲基异丁基酮等，本组分的固体份控制在70-95％之间

步骤e中所述含活泼氢的胺化合物的活泼氢总和与环氧基团总和之比为0.6-0.9:1，所选择的一元仲胺(R₁-NH-R₂)可以是烷基胺类、酮亚胺类、醇胺类等或其混合物，其中烷基胺类可选择二乙基胺、甲基异丁基胺，二丁基胺，酮亚胺类可选择羟甲基乙二胺酮亚胺、二乙烯三胺酮亚胺类，醇胺类溶剂可选择二乙醇胺、甲基乙醇胺。

所述的惰性有机溶剂可为醇类溶剂、醇醚类溶剂甲苯类溶剂或酮类溶剂。其中醇类溶剂可以选择异丙醇、正丁醇、异丁醇、正己醇、异辛醇等，醇醚类溶剂则可选择乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇己醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚，甲苯类溶剂可选择甲苯、邻二甲苯、间二甲苯；酮类溶剂可选择甲乙酮、甲基异丁基酮，

采用本发明的方案后，具有以下有益效用：

a.高增韧改性环氧树脂，使得涂料具有良好的柔韧性和耐冲击效果，同时具有良好的流平外观效果。

b.双酚A聚氧乙烯醚树脂参与扩链并用胺改性，增强了环氧树脂的耐电压性能。这样使得电泳涂料可以在高电压情况下使用，对于提高电泳涂料的泳透力亦有明显的益处。

c.侧链上引入半封闭的异氰酸酯，有效的提高了涂料对颜填料的包裹能力。使得涂料可以在停止循环搅拌时，颜填料沉降速度大大降低。

d.侧基的包裹和高增韧的主链，使得电泳涂料在停止循环后重新开启搅拌时，颜填料能被树脂有效的包裹而均匀分布，涂料能在停止循环后重新循环后正常使用。

[具体实施方式]

实施例1

制备羧基化的双酚A聚氧乙烯醚

具体配方如下表：

物质名称	份数(g)
		双酚A聚氧乙烯醚	560
丁二酸酐	200
		三乙胺	2
二甲苯	30

在配有温度计、搅拌桨、冷凝管的四口烧瓶中，加入双酚A聚氧乙醚，丁二酸酐、三乙胺和二甲苯，升温到85℃，保温5小时后，降温出料，即得羧基化的双酚A聚氧乙烯醚。放入干燥密闭的容器中备用。反应式如下：

实施例2

具体配方如下表：

物质名称	份数(g)
		实施例1树脂	90
128环氧树脂	200
		三乙胺	1

在配有温度计、搅拌桨、冷凝管的四口烧瓶中，加入128环氧树脂(南亚公司生产，环氧当量186)再加入实施例1树脂。加入三乙胺作催化剂，升温到130℃，保温3小时后，降温出料，制得环氧当量为1100左右的环氧树脂，放入干净密封的容器中备用，反应式如下：

实施例3

制备半封闭的异氰酸酯。

具体配方如下表：

物质名称	份数(g)
		甲苯二异氰酸酯	200
甲基异丁基酮	100
		二乙二醇单丁醚	185

在配有温度计、搅拌桨、冷凝管的四口烧瓶中，在配有温度计、搅拌桨、冷凝管的四口烧瓶中，加入甲苯二异氰酸酯和甲基异丁基酮，升温至50℃后，往里面滴加二乙二醇乙二醇单丁醚。约两小时滴加完成后继续保温两小时后得到半封闭的异氰酸酯。放入干燥密封的容器中备用，反应式如下：

实施例4

制备枝化高增韧环氧树脂

具体配方如下表：

物质名称	份数(g)
		实施例2树脂	400
实施例3树脂	30

在配有温度计、搅拌桨、冷凝管的四口烧瓶中，加入实施例2所制备的环氧树脂，升温至120℃，往里面滴加实施例3所制备的半封闭异氰酸酯。约一小时滴加完成后继续保温一小时后得到枝化结构的分子的树脂。放入干净密封的容器中备用，反应式如下：

实施例5

制备胺化改性的枝化高增韧环氧树脂

具体配方如下表：

物质名称	份数(g)
		实施例4树脂	400
甲基异丁基酮	60
		甲基乙醇胺	50
二乙烯三胺酮亚胺	56

配有温度计、搅拌桨、冷凝管的四口烧瓶中，加入实施例4树脂和甲基异丁基酮，升温至90℃后，往里面加入二乙烯三胺酮亚胺和甲基乙醇胺的混合物。反应放热并升温至120℃，继续保温两小时后得到胺化改性的枝化高增韧环氧树脂，放入干燥密封的容器中备用，反应式如下：

实施例6

制备封闭端异氰酸酯

具体配方如下表：

物质名称	份数(g)
		六亚甲基二异氰酸酯三聚体	200
甲基异丁基酮	20
		二乙二醇单丁醚	320

制备采用含有活泼氢的有机化合物为封闭剂的全封闭异氰酸酯。在配有温度计、搅拌桨、冷凝管的四口烧瓶中，加入六亚甲基二异氰酸酯和甲基异丁基酮，升温至70℃后，往里面滴加二乙二醇乙二醇单丁醚。约两小时滴加完成后继续保温两小时后得到全封闭的异氰酸酯。

实施例7

制备本发明树脂乳液

具体配方如下表：

物质名称	份数(g)
		胺化改性的枝化高增韧环氧树脂(实施例5)	550
封闭端异氰酸酯(实施例6)	220
		乳酸	20
丙二醇苯醚	4
		去离子水	1000

在配有温度计、搅拌桨、冷凝管的四口烧瓶中，如表中所示。依次加入实施例5所得的获得胺改性扩链后环氧树、实施例6所得的封闭端异氰酸酯、丙二醇苯醚，升温至60℃后，搅拌均匀并保温30分钟后，加入乳酸中和，在60℃搅拌1小时，搅拌状态下慢慢加入去离子水，加完后继续搅拌30分钟制得本发明的树脂乳液。

实施例8

配制本发明的电泳涂料及电泳涂装

具体配方如下表：

物质名称

份数(g)

本发明乳液(实施例7)	250
		HL-1600黑浆(HLS公司产品)	50
去离子水	300

按表中所示的配方进行混合后配制成阴极电泳涂料，其中去离子水的电导率控制在10us/cm以下，黑浆选择HLS公司现有的通用黑浆产品。具体制备是由通用的季铵盐改性的环氧树脂30份配合高岭土60份炭黑10份，二丁基氧化锡3份和去离子水100份经分散后由砂磨机研磨至细度小于15μm而得。

按上述方案配制的电泳涂料置于电泳槽中熟化24小时后，控制施工电压在250伏特、槽液温度在30℃的条件下。电泳3分钟后。获得涂膜在170℃烘烤30分钟，得到黑色干膜厚度在22μm，外观均匀平整，涂膜的各项指标均符合产品标准。将涂膜喷涂灰色环氧粉末后170℃烘干后测试附着力，评价指标为0级，附着力优异。

实施例9

配制本发明的电泳涂料及电泳涂装

具体配方如下表：

物质名称	份数(g)
		本发明乳液(实施例8)	250
HL-1600黑浆(HLS公司产品)	50

去离子水

300

按表中所示的配方进行混合后配制成阴极电泳涂料，其中去离子水的电导率控制在10us/cm以下，黑浆选择HLS公司现有的通用黑浆产品。按上述方案配制的电泳涂料置于电泳槽中熟化24小时后，控制施工电压在250伏特、槽液温度在30℃的条件下。电泳3分钟后。获得涂膜在170℃烘烤30分钟，得到黑色干膜厚度在23μm，外观均匀平整，涂膜的各项指标均符合产品标准。将涂膜喷涂灰色环氧粉末后170℃烘干后测试附着力，评价指标为0级，附着力优异。

实施例10

不循环测试：

槽液	静置时间(h)	L效果
			实施例9	24	正常
实施例9	96	正常
			实施例9	108	少许颗粒
普通电泳槽液	24	部分颗粒
			普通电泳槽液	32	较严重的颗粒

取实施例9所配置的槽液，分别静置如上表中对应的静置时间后再搅拌1小时后进行电泳测试。控制施工电压在250伏特、槽液温度在30℃的条件下。测试L效应，电泳3分钟后。获得涂膜在170℃烘烤30分钟，对比的普通电泳槽液由常规的1600色浆与常规的1507乳液(HLS公司产品)混合后经去离子水稀释而成。所作的对比测试条件均与实施例9相同。实验结果表明普通的电泳槽液在24小时后即开始出现部分颗粒，32小时后颗粒效果严重。而实施例9除108小时后开始出现少许颗粒外，在96小时内的测试均表现正常。完全可以满足在部分假日(如周末双休)等停机的需求。

Claims (8)

1.一种用于阴极电泳涂料的环氧树脂，其特征在于该环氧树脂具有式I的结构：

其中，

其中m+n＝6，

R代表128环氧树脂的分子链中非环氧基团部分；

R1、R2分别为CH₃(CH₂)_n-或CH₂OH(CH₂)_n-，n＝0～4；

A代表用于制备所述环氧树脂的封闭剂HOA中含活泼氢的OH基外的残基，所述的封闭剂HOA为含活泼氢的醇类、醇醚类、酮肟类、内酰胺或酚类。

2.一种权利要求1所述式I结构的环氧树脂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a.先由双酚A聚氧乙醚中加入惰性有机溶剂、顺丁烯二酸酐及Et₃N，不断搅拌下升温到70-85℃，保温5-8小时后，降温出料，反应式如下式所述：

b.128环氧树脂在Et₃N的催化下与步骤a的产物进行扩链反应，即制得环氧当量为700-2000的环氧树脂，放入干净密封的容器中备用，反应式如下式所示：

c.混合二异氰酸酯或其衍生物、惰性有机溶剂、有机锡催化剂，升温至50℃后，缓慢滴加封闭剂HOA，1.5-2小时滴加完成后，继续保温2小时后得到半封闭异氰酸酯，放入干燥密封的容器中备用，反应式如下式所示：

d.将步骤b所制备的环氧树脂，在不断搅拌下升温至95-125℃，然后缓慢滴 加步骤c所制备的半封闭异氰酸酯，0.5-1小时完成滴加，滴加完成后继续保温1小时，反应式如下式所示：

e.将步骤d所制备的环氧树脂加入惰性有机溶剂，在不断搅拌下升温至90-95℃，加入含活泼氢的胺化合物，加完后升温至100-120℃保温3小时后降温出料，得到扩链后的胺改性的双酚a环氧树脂，放入干净密封的容器中备用，溶剂的加入量随所得目标产物的环氧当量而改变，本组分的固体份控制在70-90％之间，反应式如下式所示：

R₁＝CH₃(CH₂)n-或R₁＝CH₂OH（CH₂)n-其中n＝0-4

R₂＝CH₃(CH₂)n-或R₂＝CH₂OH(CH₂)n-其中n＝0-4。

3.如权利要求2所述的式I结构的环氧树脂的制备方法，其特征在于所述的步骤a中惰性有机溶剂为甲苯类溶剂或酮类溶剂。

4.如权利要求2所述的式I结构的环氧树脂的制备方法，其特征在于步骤c中含活泼氢的封闭剂的活泼氢总和与异氰酸酯基团总和之比为0.55-0.7:1。

5.如权利要求2所述的式I结构的环氧树脂的制备方法，其特征在于步骤c中的有机锡催化剂选用辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。

6.如权利要求2所述的式I结构的环氧树脂的制备方法，其特征在于所述的步骤c中的惰性有机溶剂为酯类溶剂或酮类溶剂。

7.如权利要求2所述的式I结构的环氧树脂的制备方法，其特征在于所述步骤e中含活泼氢的胺化合物中活泼氢总和与环氧基团总和之比为0.6-0.9:1。

8.如权利要求2所述的式I结构的环氧树脂的制备方法，其特征在于所述的步骤e中惰性有机溶剂可为醇类溶剂、醇醚类溶剂、甲苯类溶剂或酮类溶剂。