CN105754073A - 水性环氧树脂的制备及固化方法 - Google Patents

水性环氧树脂的制备及固化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水性环氧树脂的制备及固化方法。水溶型环氧树脂取代溶剂型环氧树脂是大势所趋。水性环氧树脂的制备方法有机械法，化学改性法和相反转法。机械法制得的环氧树脂粒子尺寸分布较广，分散性不好；化学改性法操作复杂，成本较高。本发明是水性环氧树脂乳化剂特征在于聚乙二醇分子上的羟基，在过硫酸钾的催化下，与环氧树脂发生反应，环氧树脂开环，将羟基引入到环氧树脂分子上去。本发明其方法包括：水性环氧树脂乳化剂的制备；水性环氧树脂乳的制备；水性环氧树脂固化剂的制备；水性环氧树脂固化混合物的制备；水性环氧树脂的固化，固化完成后自然冷却至室温。本发明用于水性环氧树脂的制备及固化方法。

Description

水性环氧树脂的制备及固化方法
技术领域：
本发明涉及一种水性环氧树脂的制备及固化方法。
背景技术：
环氧树脂因其良好的附着力、电气绝缘性、化学稳定性作为涂料、胶粘剂以及复合材料等的树脂基体,应用的领域非常广泛。但由于其粘度较大，使用时一般需加入有机溶剂。随着人们对绿色环保的意识越来越高，许多国家也相继地制定了限定有机挥发物（VOC）排放的法规，水溶型环氧树脂取代溶剂型环氧树脂是大势所趋。水性环氧树脂的制备方法有机械法，化学改性法和相反转法。机械法制得的环氧树脂粒子尺寸分布较广，分散性不好；化学改性法操作复杂，成本较高。本发明采用化学改性法与相反转法相结合，有效降低成本，得到的水性环氧树脂尺寸分布窄，稳定性良好。
发明内容：
本发明目的是提供一种水性环氧树脂的制备及固化方法。
上述的目的通过以下技术方案实现：
一种水性环氧树脂的制备及固化方法，该方法包括如下步骤：
（1）水性环氧树脂乳化剂的制备：称取环氧树脂E-51和聚乙二醇加入到三口烧瓶中，搅拌、加热至100℃，待其混合均匀，加入催化剂过硫酸钾，升温至180℃后恒温，计时2～3h后停止反应，得到水性环氧树脂乳化剂；
（2）水性环氧树脂乳的制备：将步骤（1）中制得的水性环氧树脂乳化剂和环氧树脂E-51混合，混合后在60℃的水浴中加热搅拌0.5h,搅拌均匀后加入去离子水，高速搅拌0.1～0.5h，制得水性环氧树脂乳液；
（3）水性环氧树脂固化剂的制备：将二乙烯三胺加入到三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴下，滴加封端剂苄基缩水甘油醚，反应2h后滴加环氧树脂E-51反应2h，之后根据成盐度加入冰醋酸，反应0.5h，制得水性环氧固化剂；
（4）水性环氧树脂固化混合物的制备：将步骤（2）制得的水性环氧树脂乳液和步骤（3）制得的水性环氧固化剂混合后搅拌10min，加入去离子水调节其粘度，搅拌均匀后得到水性环氧树脂固化混合物；
（5）水性环氧树脂的固化：将步骤（4）制得的水性环氧树脂固化混合物置于真空烘箱中，抽真空到0.03～0.04MPa，升温到80℃后恒温1h、再次升温到100℃后恒温3h、再次升温到110℃后恒温2h，固化完成后自然冷却至室温。
所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，步骤（1）水性环氧树脂乳化剂的制备：称取3.9g环氧树脂E-51和40g聚乙二醇加入到三口烧瓶中，搅拌、加热至100℃，待其混合均匀，加入催化剂过硫酸钾1g，升温至180℃后恒温，计时2～3h后停止反应，得到水性环氧树脂乳化剂。
所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，步骤（2）水性环氧树脂乳夜的制备：将步骤（1）中制得的水性环氧树脂乳化剂和环氧树脂E-51混合，混合的质量比为1:4～1:6，混合后在60℃的水浴中加热搅拌0.5h,搅拌均匀后加入质量分数40%的去离子水，高速搅拌0.1～0.5h，制得水性环氧树脂乳液。
所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，步骤（3）水性环氧树脂固化剂的制备：将9.6～13g的二乙烯三胺加入到三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴下，滴加封端剂苄基缩水甘油醚15～17g反应2h，再滴加环氧树脂E-5116～20g反应2h，之后根据成盐度加入冰醋酸3.6～6g，反应0.5h，制得水性环氧固化剂。
所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，将步骤（2）制得的水性环氧树脂乳液和步骤（3）制得的水性环氧固化剂混合，混合比例是所述的水性环氧树脂乳液中的环氧基与所述的水性环氧固化剂中的氨基的摩尔比例1:1，搅拌10min，加入去离子水调节其粘度，搅拌均匀后得到水性环氧树脂固化混合物。
所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，步骤（3）水性环氧树脂固化剂的制备：将12.4g的二乙烯三胺加入到三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴下，滴加封端剂苄基缩水甘油醚16.8g反应2h，再滴加环氧树脂E-5119.6g反应2h，之后根据成盐度加入冰醋酸3.6～6g，反应0.5h，制得水性环氧固化剂。
本发明的有益效果是：
本发明是水性环氧树脂乳化剂特征在于聚乙二醇分子上的羟基，在过硫酸钾的催化下，与环氧树脂发生反应，环氧树脂开环，将羟基引入到环氧树脂分子上去。固化剂特征在于二乙烯三胺上的氨基与环氧树脂发生开环反应，反应后得到的分子中仍有氨基，这使得改性后的固化剂活性适中，能使固化反应能温和的进行，而本发明采用先用封端剂与二乙烯三胺反应后，再加入环氧树脂的方法，得到的固化剂分子量可控，能与乳液更好的进行固化反应。固化反应的特征在于固化采用真空固化，并采用梯度升温的固化方法，产物力学性能得到很大提高。
本发明创新点在于环氧树脂分子中引入羟基；所用的催化剂为过硫酸钾；采用先封端后加环氧树脂的方法，得到的改性固化剂分子量可控；采用真空固化，并采用梯度升温的固化方法。
本发明步骤（1）中所述的环氧树脂E-51和聚乙二醇的混合比例是摩尔比1:1～2:1；本发明步骤（2）中可以以乳化剂的含量为15wt%、16.7wt%、20wt%、25wt%的比例添加纯的E-51，制备水性环氧树脂乳的制备。
具体实施方式：
实施例1：
一种水性环氧树脂的制备及固化方法，该方法包括如下步骤：
（1）水性环氧树脂乳化剂的制备：称取环氧树脂E-51和聚乙二醇加入到三口烧瓶中，搅拌、加热至100℃，待其混合均匀，加入催化剂过硫酸钾，升温至180℃后恒温，计时2～3h后停止反应，得到水性环氧树脂乳化剂；
（2）水性环氧树脂乳的制备：将步骤（1）中制得的水性环氧树脂乳化剂和环氧树脂E-51混合，混合后在60℃的水浴中加热搅拌0.5h,搅拌均匀后加入去离子水，高速搅拌0.1～0.5h，制得水性环氧树脂乳液；
（3）水性环氧树脂固化剂的制备：将二乙烯三胺加入到三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴下，滴加封端剂苄基缩水甘油醚，反应2h后滴加环氧树脂E-51反应2h，之后根据成盐度加入冰醋酸，反应0.5h，制得水性环氧固化剂；
（4）水性环氧树脂固化混合物的制备：将步骤（2）制得的水性环氧树脂乳液和步骤（3）制得的水性环氧固化剂混合后搅拌10min，加入去离子水调节其粘度，搅拌均匀后得到水性环氧树脂固化混合物；
（5）水性环氧树脂的固化：将步骤（4）制得的水性环氧树脂固化混合物置于真空烘箱中，抽真空到0.03～0.04MPa，升温到80℃后恒温1h、再次升温到100℃后恒温3h、再次升温到110℃后恒温2h，固化完成后自然冷却至室温。
实施例2：
根据实施例1所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，步骤（1）水性环氧树脂乳化剂的制备：称取3.9g环氧树脂E-51和40g聚乙二醇加入到三口烧瓶中，搅拌、加热至100℃，待其混合均匀，加入催化剂过硫酸钾1g，升温至180℃后恒温，计时2～3h后停止反应，得到水性环氧树脂乳化剂。
实施例3：
根据实施例1或2所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，步骤（2）水性环氧树脂乳夜的制备：将步骤（1）中制得的水性环氧树脂乳化剂和环氧树脂E-51混合，混合的质量比为1:4～1:6，混合后在60℃的水浴中加热搅拌0.5h,搅拌均匀后加入质量分数40%的去离子水，高速搅拌0.1～0.5h，制得水性环氧树脂乳液。
实施例4：
根据实施例1或2或3所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，步骤（3）水性环氧树脂固化剂的制备：将9.6～13g的二乙烯三胺加入到三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴下，滴加封端剂苄基缩水甘油醚15～17g反应2h，再滴加环氧树脂E-5116～20g反应2h，之后根据成盐度加入冰醋酸3.6～6g，反应0.5h，制得水性环氧固化剂。
实施例5：
根据实施例1或2或3或4所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，将步骤（2）制得的水性环氧树脂乳液和步骤（3）制得的水性环氧固化剂混合，混合比例是所述的水性环氧树脂乳液中的环氧基与所述的水性环氧固化剂中的氨基的摩尔比例1:1，搅拌10min，加入去离子水调节其粘度，搅拌均匀后得到水性环氧树脂固化混合物。
实施例6：
根据实施例1或2或3或4或5所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，步骤（3）水性环氧树脂固化剂的制备：将12.4g的二乙烯三胺加入到三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴下，滴加封端剂苄基缩水甘油醚16.8g反应2h，再滴加环氧树脂E-5119.6g反应2h，之后根据成盐度加入冰醋酸3.6～6g，反应0.5h，制得水性环氧固化剂。
实施例7：
根据实施例1或2或3或4或5或6所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，按一定比例称取环氧树脂E-51和聚乙二醇加入到三口烧瓶中，加热至聚乙二醇全部溶解开始搅拌，在100℃是加入一定量的催化剂过硫酸钾，升温至180℃开始计时，3h后停止反应，得到乳化剂。把制得的乳化剂、环氧树脂E-51和蒸馏水按一定比例混合，高速搅拌0.5h，制得水性环氧树脂乳液。水性环氧固化剂的制备：取一定量的二乙烯三胺加入到三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴下按比例滴加封端剂苄基缩水甘油醚，反应2h后，滴加一定量的环氧树脂E-51，2h后根据成盐度加入冰醋酸，反应0.5h，制得水性环氧固化剂。取制得的水性环氧乳液和固化剂混合，快速搅拌10min，期间可加水调节其粘度，搅拌均匀后固化混合物。固化过程采用梯度升温法，将上步制得的混合物置于真空烘箱中，采取80℃1h、100℃3h、110℃2h的升温方法，固化完成后自然冷却至室温。

Claims (6)

1.一种水性环氧树脂的制备及固化方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
（1）水性环氧树脂乳化剂的制备：称取环氧树脂E-51和聚乙二醇加入到三口烧瓶中，搅拌、加热至100℃，待其混合均匀，加入催化剂过硫酸钾，升温至180℃后恒温，计时2～3h后停止反应，得到水性环氧树脂乳化剂；
（2）水性环氧树脂乳的制备：将步骤（1）中制得的水性环氧树脂乳化剂和环氧树脂E-51混合，混合后在60℃的水浴中加热搅拌0.5h,搅拌均匀后加入去离子水，高速搅拌0.1～0.5h，制得水性环氧树脂乳液；
（3）水性环氧树脂固化剂的制备：将二乙烯三胺加入到三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴下，滴加封端剂苄基缩水甘油醚，反应2h后滴加环氧树脂E-51反应2h，之后根据成盐度加入冰醋酸，反应0.5h，制得水性环氧固化剂；
（4）水性环氧树脂固化混合物的制备：将步骤（2）制得的水性环氧树脂乳液和步骤（3）制得的水性环氧固化剂混合后搅拌10min，加入去离子水调节其粘度，搅拌均匀后得到水性环氧树脂固化混合物；
（5）水性环氧树脂的固化：将步骤（4）制得的水性环氧树脂固化混合物置于真空烘箱中，抽真空到0.03～0.04MPa，升温到80℃后恒温1h、再次升温到100℃后恒温3h、再次升温到110℃后恒温2h，固化完成后自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，其特征是：步骤（1）水性环氧树脂乳化剂的制备：称取3.9g环氧树脂E-51和40g聚乙二醇加入到三口烧瓶中，搅拌、加热至100℃，待其混合均匀，加入催化剂过硫酸钾1g，升温至180℃后恒温，计时2～3h后停止反应，得到水性环氧树脂乳化剂。
3.根据权利要求1或2所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，其特征是：步骤（2）水性环氧树脂乳夜的制备：将步骤（1）中制得的水性环氧树脂乳化剂和环氧树脂E-51混合，混合的质量比为1:4～1:6，混合后在60℃的水浴中加热搅拌0.5h,搅拌均匀后加入质量分数40%的去离子水，高速搅拌0.1～0.5h，制得水性环氧树脂乳液。
4.根据权利要求1或2或3所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，其特征是：步骤（3）水性环氧树脂固化剂的制备：将9.6～13g的二乙烯三胺加入到三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴下，滴加封端剂苄基缩水甘油醚15～17g反应2h，再滴加环氧树脂E-5116～20g反应2h，之后根据成盐度加入冰醋酸3.6～6g，反应0.5h，制得水性环氧固化剂。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，其特征是：将步骤（2）制得的水性环氧树脂乳液和步骤（3）制得的水性环氧固化剂混合，混合比例是所述的水性环氧树脂乳液中的环氧基与所述的水性环氧固化剂中的氨基的摩尔比例1:1，搅拌10min，加入去离子水调节其粘度，搅拌均匀后得到水性环氧树脂固化混合物。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的水性环氧树脂的制备及固化方法，其特征是：步骤（3）水性环氧树脂固化剂的制备：将12.4g的二乙烯三胺加入到三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴下，滴加封端剂苄基缩水甘油醚16.8g反应2h，再滴加环氧树脂E-5119.6g反应2h，之后根据成盐度加入冰醋酸3.6～6g，反应0.5h，制得水性环氧固化剂。
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