CN105504296A - 一种非离子型水性环氧固化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非离子型水性环氧固化剂，该环氧固化剂由以下重量份配比原料制成：10～30份多元胺，20～50份端羧基聚醚，15～35份环氧树脂，25～55份端氨基聚醚。本发明的优点是综合考虑了成膜后的韧性、耐磨性及与环氧树脂的相容性，在本发明环氧固化剂的分子结构中引入聚醚链段，乳化环氧树脂的同时增强了涂膜的韧性；同时引入环氧树脂链段，使环氧固化剂与环氧树脂有良好的相容性；还引入聚氨酯结构，增强了涂膜的耐磨性；采用单环氧化合物封端，增加了适用期。总之，本发明的环氧固化剂是一种具有综合性能的固化剂，提高了涂膜的耐磨性，克服了水性环氧树脂耐磨性较油性环氧差的性能缺陷，扩宽了水性环氧的应用领域。

Description

一种非离子型水性环氧固化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种非离子型水性环氧固化剂及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
环氧树脂具有粘结性好，固化收缩率低，机械性能优异以及良好的耐腐蚀、耐溶剂和电绝缘性等性能，在化工、电器、建筑航空等领域有着广泛的应用。传统的环氧树脂多为溶剂型环氧树脂，其含有的有机溶剂会造成大量VOC，给生态环境和人类健康造成危害，同时由于有机溶剂存在挥发性及易燃性，溶剂型环氧树脂在施工、运输、储存等方面存在较大的安全隐患，。而且溶剂的大量使用也会增加应用成本。随着人们环保意识的不断增强，涂料工业向着经济、环境友好方向发展，水性环氧树脂是其发展的重点之一。
环氧体系的水性化包括环氧树脂的水性化和固化剂的水性化，由于固化剂的种类繁多，能够满足不同应用的需求，因此水性环氧固化剂的研制是水性环氧体系的一个重要发展方向。水性环氧固化剂通常是采用引入相关基团方式使其能够乳化环氧树脂，具有乳化固定性能。
经检索发现，专利号为200910063839.9的中国专利提供了一种自乳化水性环氧树脂固化剂的制备方法，该方法通过三乙烯四胺与液态环氧树脂反应得到加成物，然后滴加混合封端剂至加成物中，再用有机酸中和，最后采用水稀释得到自乳化水性环氧固化剂，此方法能提高固化物的性能，但是引入了有机酸，会导致体系对pH值敏感，限制其应用领域；专利号为201410069641.2的中国专利公开了一种自乳化型水性环氧树脂固化剂及其制备方法，该方法通过将单一多胺与环氧树脂反应得到中间体加成物，然后采用单环氧基化合物对中间体加成物进行封端，得到自乳化型水性环氧树脂固化剂，该制备方法虽然摒弃了自乳化水性环氧树脂固化剂制备过程中需要有机酸中和封端的方式，避免了有机酸中和制备的阳离子型水性环氧固化剂对pH值敏感的问题，然而其分子结构中缺少柔性链段，导致固话产物的韧性较差。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种具有多个柔性链段，能够提高固化物韧性的非离子型水性环氧固化剂，同时给出了其制备方法。
为了达到以上目的，本发明的一个技术方案提供了一种非离子型水性环氧固化剂，该环氧固化剂由以下重量份配比原料制成：10～30份多元胺，20～50份端羧基聚醚，15～35份环氧树脂，25～55份端氨基聚醚。
本发明的水性环氧固化剂与环氧树脂相容性好，能较好地乳化环氧树脂，交联密度高，涂膜硬度高。在水性环氧固化剂的分子结构中引入了两个聚醚结构，不仅在很大程度上改善了固化产物的韧性，还有利于水性环氧固化剂的稳定性
上述技术方案中，所述多元胺为己二酸二酰肼、二乙烯三胺，三乙烯四胺，二氨基二苯基甲烷、四乙烯五胺，异佛尔酮二胺，双（4-氨基-3-甲基环己烷）甲烷，间苯二甲胺中的一种或几种。
上述技术方案中，所述端羧基聚醚的分子量为200～10000中的一种或几种。
上述技术方案中，所述环氧树脂为E-51，E-44，E-20，F-44，F-51，F-48中的一种或几种。
上述技术方案中，所述端氨基聚醚的分子量为200～10000中的一种或几种。
为实现上述目的，本发明还提供了一种非离子型水性环氧固化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
第一步、按重量份配比取多元胺10～30份和端羧基聚醚20～50份，混合均匀，在50～90℃温度条件下反应3～6h，获得产物A；
第二步、按重量份配比取环氧树脂15～35份和端氨基聚醚25～55份，混合均匀，在60～110℃温度条件下反应4～7h，获得产物B；
第三步、将产物A与产物B混合均匀，并在70～120℃温度条件下反应2～5h后，加水搅拌获得固含量在45～65%的非离子型水性环氧固化剂。
端羧基聚醚与端氨基聚醚的顺序不能调换。第一步中端羧基聚醚与胺反应在产物A的分子结构中既引入了第一个聚醚链段，以提高其韧性和亲水性，也引入了胺，为进一步反应提供反应基团；第二步中端氨基聚醚与环氧树脂反应不仅在产物B的分子结构中引入了第二个聚醚链段，提高了其韧性和亲水性，还引入了环氧链段和环氧基团，环氧链段提高了固化剂与环氧树脂的相容性，环氧基团与产物A的胺基团反应，将两个聚醚链段连接在一起。
本发明的优点是综合考虑了成膜后的韧性、耐磨性及与环氧树脂的相容性，在本发明环氧固化剂的分子结构中引入聚醚链段，乳化环氧树脂的同时增强了涂膜的韧性；同时引入环氧树脂链段，使环氧固化剂与环氧树脂有良好的相容性；还引入聚氨酯结构，增强了涂膜的耐磨性；采用单环氧化合物封端，增加了适用期。总之，本发明的环氧固化剂是一种具有综合性能的固化剂，提高了涂膜的耐磨性，克服了水性环氧树脂耐磨性较油性环氧差的性能缺陷，扩宽了水性环氧的应用领域。
具体实施方式
本发明所用到的化学试剂及材料均为市购。
实施例一
向装有搅拌和控温装置的三口烧瓶中加入10g己二酸二酰肼和20g分子量为200的端羧基聚醚，二者混合均匀后在50℃温度条件下反应3h，获得产物A。
向另一装有搅拌和控温装置的三口烧瓶中加入15g环氧树脂E-51和25g分子量为1500的端氨基聚醚，二者混合均匀后在60℃温度条件下反应4h，获得产物B。
将产物A与产物B混合均匀，在70℃温度条件下加热反应4.5h，再加水搅拌均匀后获得固含量约在45%的非离子型水性环氧固化剂。将该非离子型水性环氧固化剂与市售环氧树脂E-54制备涂膜，养护一周后对该涂膜性能按GB/T22374-2008标准进行测试，结果见表1。
实施例二
向装有搅拌和控温装置的三口烧瓶中加入15g二乙烯三胺和30g分子量为1000的端羧基聚醚，二者混合均匀后在60℃温度条件下反应3.5h，获得产物A。
向另一装有搅拌和控温装置的三口烧瓶中加入18g环氧树脂E-44和30g分子量为3000的端氨基聚醚，二者混合均匀后在75℃温度条件下反应4.5h，获得产物B。
将产物A与产物B混合均匀，在90℃温度条件下加热反应3h，再加水搅拌均匀后获得固含量约在45%的非离子型水性环氧固化剂。将该非离子型水性环氧固化剂与市售环氧树脂E-54制备涂膜，养护一周后对该涂膜性能按GB/T22374-2008标准进行测试，结果见表1。
实施例三
向装有搅拌和控温装置的三口烧瓶中加入20g双（4-氨基-3-甲基环己烷）甲烷和35g分子量为4000的端羧基聚醚，二者混合均匀后在70℃温度条件下反应4h，获得产物A。
向另一装有搅拌和控温装置的三口烧瓶中加入15g环氧树脂E-44，10g环氧树脂E-20和40g分子量为200的端氨基聚醚，三者混合均匀后在85℃温度条件下反应5h，获得产物B。
将产物A与产物B混合均匀，在100℃温度条件下加热反应4h，再加水搅拌均匀后获得固含量约在50%的非离子型水性环氧固化剂。将该非离子型水性环氧固化剂与市售环氧树脂E-54制备涂膜，养护一周后对该涂膜性能按GB/T22374-2008标准进行测试，结果见表1。
实施例四
向装有搅拌和控温装置的三口烧瓶中加入10g三乙烯四胺,15g四乙烯五胺，20g分子量为600的端羧基聚醚和20g分子量为7000的端羧基聚醚，四者混合均匀后在80℃温度条件下反应5h，获得产物A。
向另一装有搅拌和控温装置的三口烧瓶中加入30g环氧树脂F-44和25g分子量为10000的端氨基聚醚及25g分子量为8500的端氨基聚醚，三者混合均匀后在100℃温度条件下反应6h，获得产物B。
将产物A与产物B混合均匀，在110℃温度条件下加热反应2h，再加水搅拌均匀后获得固含量约在60%的非离子型水性环氧固化剂。将该非离子型水性环氧固化剂与市售环氧树脂E-54制备涂膜，养护一周后对该涂膜性能按GB/T22374-2008标准进行测试，结果见表1。
实施例五
向装有搅拌和控温装置的三口烧瓶中加入10g二氨基二苯基甲烷,10g异佛尔酮二胺，10g间苯二甲胺和20g分子量为9000的端羧基聚醚及30g分子量为10000的端羧基聚醚，五者混合均匀后在90℃温度条件下反应6h，获得产物A。
向另一装有搅拌和控温装置的三口烧瓶中加入15g环氧树脂F-51，20g环氧树脂F-48和55g分子量为6000的端氨基聚醚，三者混合均匀后在110℃温度条件下反应7h，获得产物B。
将产物A与产物B混合均匀，在120℃温度条件下加热反应5h，再加水搅拌均匀后获得固含量约在65%的非离子型水性环氧固化剂。将该非离子型水性环氧固化剂与市售环氧树脂E-54制备涂膜，养护一周后对该涂膜性能按GB/T22374-2008标准进行测试，结果见表1。
表1涂膜性能
检测项目 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四 实施例五
铅笔硬度（H） 4H 3H 4H 3H 3H
柔韧性（mm） 1 0.5 1 0.5 0.5
附着力 1级 1级 1级 1级 1级
耐水性(168h) 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常
耐碱性（120h） 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常
耐酸性（120） 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常
上表中，涂膜耐碱性测试采用20%NaOH溶液，耐酸性测试采用10%H2SO4溶液，附着力测试采用涂膜划格法。
除上述实施例外，本发明还可有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种非离子型水性环氧固化剂，其特征是，由以下重量份配比原料制成：10～30份多元胺，20～50份端羧基聚醚，15～35份环氧树脂，25～55份端氨基聚醚。
2.根据权利要求1所述非离子型水性环氧固化剂，其特征是，所述多元胺为己二酸二酰肼、二乙烯三胺，三乙烯四胺，二氨基二苯基甲烷、四乙烯五胺，异佛尔酮二胺，双（4-氨基-3-甲基环己烷）甲烷，间苯二甲胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述非离子型水性环氧固化剂，其特征是，所述端羧基聚醚的分子量为200～10000中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述非离子型水性环氧固化剂，其特征是，所述环氧树脂为E-51，E-44，E-20，F-44，F-51，F-48中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述非离子型水性环氧固化剂，其特征是，所述端氨基聚醚的分子量为200～10000中的一种或几种。
6.权利要求1至5所述非离子型水性环氧固化剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、按重量份配比取多元胺10～30份和端羧基聚醚20～50份，混合均匀，在50～90℃温度条件下反应3～6h，获得产物A；
第二步、按重量份配比取环氧树脂15～35份和端氨基聚醚25～55份，混合均匀，在60～110℃温度条件下反应4～7h，获得产物B；
第三步、将产物A与产物B混合均匀，并在70～120℃温度条件下反应2～5h后，加水搅拌获得固含量在45～65%的非离子型水性环氧固化剂。
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