CN105505132B - 一种水性环氧树脂涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性环氧树脂涂料及其制备方法，该水性环氧树脂涂料通过环氧树脂与乳化剂混合乳化，然后和固化剂混合得到；其中，环氧树脂采用E‑44型环氧树脂；乳化剂采用E‑44型环氧树脂和聚乙二醇反应制得；固化剂采用E‑44型环氧树脂和甲基氨基葡萄糖反应制得。本发明水性环氧树脂涂料中仅添加了少量水，不含有机溶剂，且涂料进行涂覆得到的涂膜透明牢固，硬度适中，耐有机溶剂侵蚀。

Description

一种水性环氧树脂涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水性涂料，具体涉及一种水性环氧树脂涂料及其制备方法。
背景技术
环氧树脂具有非常好的力学效果、电绝缘性、耐化学品和粘接功能，然而，目前市面上的常见涂料配方都含有较多的有机溶剂，如丙酮、甲苯等，会造成环境污染并危及人们的身体健康。特别是最近几年，因为环境的恶化，公众的环保意识逐渐提高，政府在大力限制VOCs的排放，环保型涂料的发展向水性的趋向越来越明显。水性环氧涂料体系污染环境较小，不需要处理污染物排放及后处理的问题，此外，涂料的使用成本也较低廉。发展高效水性环氧涂料是解决溶剂型环氧树脂涂料高VOCs排放的有效途径。
水性涂料的制备主要以分散剂和环氧树脂通过机械法混合乳化，然后和固化剂混合涂覆。比如最新的中国专利CN10427163OA和CN104520356A公布了陶氏公司的以聚乙烯醇为分散剂，制备稳定的水性环氧树脂分散体的研究。除此之外，化学改性，将极性亲水基团引入环氧树脂分子结构中，使其具有双亲性，无需另加乳化剂，环氧树脂也能分散于水中而形成稳定的水分散液。如中国专利CN104311795A所采用的以氨基酸等物质与环氧树脂中的环氧键反应得到极性基团的环氧树脂，后者和水形成分散体或者加入无机碱形成水溶液。但是，无论是通过外加乳化剂法还是自乳化法，提高环氧树脂和固化剂的相容性、降低对环境造成的的污染，延长涂料适用期，实现高性能涂膜成为这一体系研究的核心内容。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种不含有机溶剂、性能较好的水性涂料。
为了达到上述目的，本发明提供了一种水性环氧树脂涂料，该水性环氧树脂涂料通过环氧树脂与乳化剂混合乳化，然后和固化剂混合得到；其中，环氧树脂采用E-44型环氧树脂；乳化剂采用E-44型环氧树脂和聚乙二醇反应制得，结构式如下：
；
固化剂采用E-44型环氧树脂和甲基氨基葡萄糖反应制得，结构式如下：
；
其中，n=0-1，m=20-22。
乳化剂制备的具体步骤如下：机械搅拌下，将58.9gE-44型环氧树脂和30.0g聚乙二醇（PEG1000）投入三颈烧瓶中，置于油浴锅中，温度上升至180℃，添加0.76g过硫酸铵，保持180℃恒温，机械搅拌2小时制得。
固化剂制备的具体步骤如下： 3.37g甲基氨基葡萄糖用13g二氧六环溶解后，与2.04g环氧树脂于80℃下搅拌2小时，然后加入氢氧化钠固体0.07g，继续搅拌1h，所得溶液蒸干即得所述固化剂。
本发明还提供了上述水性环氧树脂涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）环氧树脂乳液的制备：取47.44g环氧树脂和9.65g乳化剂置于水浴锅中，加热至60℃并保持恒温，匀速加入25g蒸馏水，机械搅拌1小时制得乳液；
（2）水性环氧树脂涂料的制备：取4.94 g步骤（1）制备得到的乳液、4.18g固化剂置于水浴锅中，加热至50℃并保持恒温，搅拌1h，即得所述水性环氧树脂涂料。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明以自制乳化剂乳化环氧树脂，乳化液稳定性好，放置7天仍不分层。同时以甲基氨基葡萄糖和E-44型环氧树脂的亲核取代反应得到一种水溶性较好的固化剂，该固化剂对环氧树脂乳液的固化效果优良，涂膜退火固化后涂膜牢固，稳定性好，透明有一定光泽。本发明水性环氧树脂涂料中仅条件了少量水，不含有机溶剂，且涂料进行涂覆得到的涂膜透明牢固，硬度适中，耐有机溶剂侵蚀。
附图说明
图1为本发明乳化剂的制备反应式；
图2为本发明固化剂的制备反应室式。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：乳化剂的制备
机械搅拌下，将58.9gE-44型环氧树脂和30.0g聚乙二醇（PEG1000）投入100ml三颈烧瓶中，置于油浴锅中，温度上升至180℃，添加0.76g过硫酸铵，保持180℃恒温，机械搅拌2小时制得乳化剂，为棕黄色液体。温度降至室温后，乳化剂凝固呈固体状。反应式如图1所示。。
实施例2：环氧树脂乳液的制备
在装有机械搅拌器的100ml三颈反应瓶中，将47.44gE-44型环氧树脂和9.65g实施例1中的自制乳化剂投入瓶中，置于水浴锅中，加热至60℃并恒温，匀速加入25g蒸馏水，机械搅拌1小时制得乳液。乳液为白色。
实施例3：固化剂的制备
三口烧瓶上装好机械搅拌器和回流冷凝管，将2.04gE-44型环氧树脂投入反应烧瓶中，3.37g甲基氨基糖用13g二氧六环溶于烧杯中，转移至反应烧瓶，烧瓶置于水浴锅中，加热至80℃后保持恒温，搅拌2小时，然后加入氢氧化钠固体0.07g，继续搅拌1h，制得产物溶液，固化剂蒸干，得到乳白色均匀体系。薄层硅胶色谱（TLC）发现，产物和两个反应物，包括氨基葡萄糖和E-44的极性差异较大，且在254nm紫外光下显色，说明含有芳烃，极性比E-44大，说明引入了强极性的羟基化合物氨基糖。1HNMR检测发现，化学位移值6.5-7.0左右有信号，应该是苯环上的H的峰，4.5~4.75有信号峰，应该是与氧相连的亚甲基上的H的峰，3.5~4.2有信号峰，应该是甲基氨基葡萄糖的上糖环的H的峰，2.0~2.75有信号峰，应该是与氮原子相连的烷基的H的峰，1.0~1.5有信号峰，应该是甲基上的H的峰。这说明，生成的产物分子中包含了苯环和甲基氨基葡萄糖，环氧树脂分子与甲基氨基葡萄糖反应成功。反应式如图2所示。
实施例4：乳液和固化剂的混合制备水性涂料
装好机械搅拌器，将4.94g实施例2中制备得到的环氧树脂乳液、4.18g实施例3中制备得到的固化剂、10mL水投入50ml单口烧瓶中，置于水浴锅中，加热至50℃并保持恒温，搅拌1h。得到水性涂料。
实施例5：水性涂料的性能表征
乳液固含量的测定：称取 3.26试样，置于干燥洁净的表面皿上，干燥温度为 105℃左右，干燥时间 3-4 小时，通过测量干燥前后的重量，确定固含量的大小。计算得到乳液的固含量为60%。
实施例6：水性涂料的涂覆和固化
首先准备好尺寸为 40×90mm 的马口铁片，用粗细两种砂纸、丙酮处理好铁片的表面。将实施例4制备得到的水性涂料用玻璃棒均匀涂覆在铁片上，室温下24h晾干，最后将铁片置于烘箱中50℃下24h烘干成膜。制备好的涂抹样板完全干燥后，外观理想，透明，有光泽，非常平整，无气泡，光滑且不易脱落。
取实施例4制备得到的水性涂料，涂在干燥洁净的载玻片上，放在 100℃烘箱下干燥成膜，观察其成膜外观，主要是观察固化后膜表面的光滑度、光泽度及是否有缩孔。发现外观理想，透明，有光泽，非常平整，无气泡，光滑且不易脱落。
选用乙酸乙酯倒入洁净的玻璃培养皿，将涂膜固化后的载玻片置于其中，24h后取出。发现涂膜对其的耐性较好，浸泡24h后没有脱落，没有气泡，依旧平滑。

Claims (2)

1.一种水性环氧树脂涂料，所述水性环氧树脂涂料通过环氧树脂与乳化剂混合乳化，然后和固化剂混合得到；其特征在于：所述环氧树脂采用E-44型环氧树脂；所述乳化剂采用E-44型环氧树脂和聚乙二醇反应制得；所述固化剂采用E-44型环氧树脂和甲基氨基葡萄糖反应制得；所述乳化剂通过以下步骤制备得到：机械搅拌下，将58.9gE-44型环氧树脂和30.0g聚乙二醇投入三颈烧瓶中，置于油浴锅中，温度上升至180℃，添加0.76g过硫酸铵，保持180℃恒温，机械搅拌2小时制得；所述固化剂通过以下步骤制备得到： 3.37g甲基氨基葡萄糖用13g二氧六环溶解后，与2.04g环氧树脂于80℃下搅拌2小时，然后加入氢氧化钠固体0.07g，继续搅拌1h，所得溶液蒸干即得所述固化剂。
2.权利要求1所述水性环氧树脂涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）环氧树脂乳液的制备：取47.44g环氧树脂和9.65g乳化剂置于水浴锅中，加热至60℃并保持恒温，匀速加入25g蒸馏水，机械搅拌1小时制得乳液；
（2）水性环氧树脂涂料的制备：取4.94 g步骤（1）制备得到的乳液、4.18g固化剂置于水浴锅中，加热至50℃并保持恒温，搅拌1h，即得所述水性环氧树脂涂料。
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