CN106928809B - 一种环氧树脂涂料及其制备方法 - Google Patents

一种环氧树脂涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种环氧树脂涂料及其制备方法，涉及建筑涂料技术领域。一种环氧树脂涂料，包括6‑14:1的重量比混合的第一组分和第二组分。第一组分包括粉料和由聚氨酯预聚体改性的环氧树脂。粉料包括绢云母粉以及表面改性的无机粉末中的一种或多种。第二组分包括固化剂。聚氨酯预聚体主要由聚醚多元醇和异氰酸酯反应生成。聚氨酯预聚体与环氧树脂的相容性很好，且环氧树脂与聚氨酯预聚体间互穿改性，形成两相互穿网络聚合物复合材料，对环氧树脂起到增强增韧的效果。粉料的添加，改善了环氧树脂涂料的抗冲击及抗断裂性能，提高耐磨性和耐候性，防止使用过程中出现粉化现象，从而提高使用寿命。

Description

一种环氧树脂涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑涂料技术领域，且特别涉及一种环氧树脂涂料及其制备方法。
背景技术
环氧树脂涂料具有良好的机械性能、电绝缘性能和较好的热、化学稳定性，且具有防腐、防水、防霉、收缩率低等优势。被广泛用于汽车、造船、航空、机械、化工以及大型水利工程和土木建筑工业等方面。但因其特殊结构为脆性材料，又具有韧性差、质脆、易开裂、冲击强度低等缺陷，这就在很大程度上限制了其在某些高科技领域的应用。
为改善环氧树脂涂料的诸多缺陷，拓宽环氧涂料的应用范围，前人己经进行了大量的研究，大多采用塑性增韧机理以低分子量聚酰胺、聚醚、邻苯二甲酸酯或聚砜为增韧剂，将环氧树脂涂料进行增韧改性。塑性增韧存在的问题是当环氧树脂的韧性得到改进的同时，材料的抗冲击性和抗断裂性等机械性能和耐热性会变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环氧树脂涂料，该环氧树脂涂料增韧的同时具备了高强度以及良好的耐候性，且能够降解环境中的有害物质。
本发明的另一目的在于提供一种环氧树脂涂料的制备方法，该方法操作简单，制备的环氧树脂涂料力学性能优异。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种环氧树脂涂料，包括按照6-14:1的重量比混合的第一组分和第二组分。第一组分包括粉料和由聚氨酯预聚体改性的环氧树脂。粉料包括绢云母粉以及表面改性的无机粉末中的一种或多种，聚氨酯预聚体主要由聚醚多元醇和异氰酸酯反应生成。第二组分包括固化剂。
本发明提出一种环氧树脂涂料的制备方法，包括将第一组分和第二组分按照6-14:1的质量比混合反应。
本发明实施例的环氧树脂涂料及其制备方法的有益效果是：
使用聚氨酯预聚体改性环氧树脂，由于聚氨酯预聚体是由多异氰酸酯和低聚物多元醇制备而成，其结构中，既有柔性的C-C链、C-O-C链，又有活性的聚酰胺基团，与环氧树脂的相容性很好，因此对环氧树脂的改性效果很好。且环氧树脂与聚氨酯预聚体间互穿改性，形成两相互穿网络聚合物复合材料，对环氧树脂起到增强增韧的效果。粉料的添加，改善了环氧树脂涂料的抗冲击及抗断裂性能，提高耐磨性和耐候性，防止使用过程中出现粉化现象，从而提高使用寿命。其中，钛白粉可吸收紫外线提高涂料的耐候性，同时利用其特有的光催化特性将有害物质氧化、降解，达到净化环境的目的。表面改性的无机粉末能够更好的与环氧树脂相容，且减少无机粉末在环氧树脂中的团聚现象，进一步增强了环氧树脂涂料的力学性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的环氧树脂涂料及其制备方法进行具体说明。
一种环氧树脂涂料主要包括：按照6-14:1的重量比混合的第一组分和第二组分。第一组分包括粉料和由聚氨酯预聚体改性的环氧树脂。聚氨酯预聚体主要由聚醚多元醇和异氰酸酯反应生成，粉料包括绢云母粉以及表面改性的无机粉末中的一种或多种。第二组分包括固化剂。
聚醚多元醇主要选用相对分子质量为800-3000，官能度为2-5的聚醚多元醇。例如可以是环氧丙烷聚醚多元醇、环氧乙烷聚醚多元醇及其混合物。本发明实施例优选对分子质量为1000，官能度为2的聚醚多元醇。
本发明实施例中主要选用4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)作为异氰酸酯来源，其毒性相对现在使用较多的甲苯二异氰酸酯(TDI)小很多，因此使用MDI改性的环氧树脂更环保。当然4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的异构体例如：2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯等均可以作为本发明实施例的较优选择。
在添加表面改性的无机粉末、绢云母粉的基础上，根据不同的使用需求，还可选地向第一组分添加增塑剂、消泡剂、二元酸酯中的一种或多种。可选地向粉料中添加粉煤灰、钛白粉中的一种或多种。绢云母粉能够改善涂料的耐候性，防止涂料粉化变色，同时还能提高涂料的耐水性、防腐性、稳定性等。钛白粉能够吸收紫外线，能够在提高涂料耐候性的同时利用光催化特性，将有害物质氧化分解，净化环境。改性的无机粉末例如可以是表面改性钙粉，可以改善环氧树脂的韧性。普通的无机粉末由于本身是无机粒子，因此直接添加到作为有机粒子的环氧树脂中不易分散，极易团聚，且相容性差。经过改性的无机粒子(例如改性剂可以是钛酸酯偶联剂、硬脂酸、硅烷偶联剂等)，与环氧树脂的相容性优异，因此能够大幅提高环氧树脂的韧性。本发明中，无机粉末可以是层状硅酸盐、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、二氧化钛等等。
增塑剂、消泡剂、粉煤灰、二元酸酯选择性的使用，有助于涂料进一步提高其力学性能。例如，消泡剂(可选用二甲基硅油)可以防止涂料制备过程中出现大量泡沫，导致涂料固化后内部孔隙过多，力学性能不达标。例如，增塑剂(可选用邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异壬酯等)可增加涂料制备过程中的加工性能，保证了涂料后期具有较优的综合力学性能。增塑剂、消泡剂可根据具体需要选择不同类型，本发明不做具体限定。
第一组分主要由按重量份数计的以下原料制得：环氧树脂15份-25份，聚氨酯预聚体5份-15份，增塑剂1.5份-3.5份，消泡剂0.1份-0.5份，二元酸酯1份-3份，粉煤灰、表面改性钙粉、钛白粉、绢云母粉共计10份-20份。环氧树脂选自使用较多的双酚A型，酚基丙烷类环氧树脂中的一种或二种。上述原料的使用份数只是作为本发明实施例的较优选择，若有其他不同的需求，可自行调节各原料的比例，本发明不作具体限定。
为了制备更环保的环氧树脂涂料，本发明实施例中的固化剂主要选用芳香二胺。优选地，为了更好的将芳香二胺与环氧树脂混合，选用二元酸酯将芳香二胺溶解后与环氧树脂混合。选用按重量份数计的固化剂65份-75份、二元酸酯15份-25份可制得第二组分，当然可根据具体要求适当调整各原料的重量份数，本发明不作具体限定。
本发明实施例还提供一种环氧树脂涂料的制备方法。将第一组分和第二组分按照质量比为6-14:1混合反应。其中第一组分包括聚氨酯预聚体改性的环氧树脂与含有绢云母粉、钛白粉的功能性助剂的混合料；第二组分包括固化剂。
较优地，具体制备方法举例如下。将聚醚多元醇脱水后与异氰酸酯于真空反应釜中，在75℃-85℃下恒温搅拌反应1-3小时，降温即得聚氨酯预聚体。再将已脱水处理的环氧树脂加入到聚氨酯预聚体中，搅拌20分钟-60分钟即可，再向其中加入粉料以及其他填料(如消泡剂、增塑剂等)经高速分散即可得到第一组分。将固化剂和环保溶剂-二元酸酯按重量比为13/5-5的比例混合搅拌即得第二组分。按照6-14:1的重量比混合第一组分和第二组分可得环氧树脂涂料，并在1-4小时内可完全固化。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
第一组分所用原料及其具体用量如表1所示。
表1.第一组分原料用量
Figure BDA0001250576410000051
Figure BDA0001250576410000061
其中，E-44为工业通用的双酚A型环氧树脂。聚氨酯预聚体采用250g DL2000以及65g MDI合成。DL2000为环氧丙烷聚合的聚醚多元醇。
第一组分制备过程如下：聚醚多元醇DL-2000、环氧树脂E-44分别于真空反应釜中，温度120℃，真空度-0.09MPa下真空、高温脱水2h，降温至40℃保存，备用。
将称量好的MDI和脱水后的聚醚多元醇DL-2000于真空反应釜中，在82℃下恒温搅拌反应2.5小时，降温至50℃，即得聚氨酯预聚体。
将已脱水并降温至50℃左右的E-44加入到聚氨酯预聚体中，机械搅拌反应30min，然后加入邻苯二甲酸二丁酯、二元酸酯、粉煤灰、钛白粉、表面改性精细钙粉、绢云母粉、二甲基硅油，经过高速分散均匀并过滤即可得到第一组分。
第二组分所用原料及其具体用量如下：芳香二胺15g、二元酸酯5g。将固化剂芳香二胺于分散罐中，加入环保溶剂二元酸酯，室温下，搅拌混合均匀，得第二组分。
使用该环氧树脂涂料时，需要现场混合第一组分和第二组分，本实施例中第一组分和第二组分按质量比为6:1进行混合，并在30分钟内使用完毕。
实施例2
本实施例中第一组分与第二组分的制备方法相同，所用各组分的原料不同，具体如下。
第一组分所用原料及其具体用量如表2所示。
表2.第一组分原料用量
Figure BDA0001250576410000071
其中，E-51为工业通用的双酚A型环氧树脂。聚氨酯预聚体采用250g DL1000以及50g MDI合成。DL1000为环氧丙烷聚合的聚醚多元醇。
第二组分所用原料及其具体用量如下：芳香二胺150g、环保溶剂-二元酸酯50g。
使用该环氧树脂涂料时，需要现场混合第一组分和第二组分，本实施例中第一组分和第二组分按质量比为14:1进行混合，并在30分钟内使用完毕。
实施例3
本实施例与实施例2中制备第一组分和第二组份时使用的原料及其用量相同，具体制备过程如下。
第一组分制备过程如下：聚醚多元醇DL-1000、环氧树脂E-51分别于真空反应釜中，温度130℃，真空度-0.08MPa下真空、高温脱水2.5h，降温至50℃保存，备用。
将称量好的MDI和脱水后的聚醚多元醇DL-1000于真空反应釜中，在85℃下恒温搅拌反应2小时，降温至40℃，即得聚氨酯预聚体。
将已脱水并降温至40℃左右的E-51加入到聚氨酯预聚体中，机械搅拌反应60分钟，然后加入邻苯二甲酸二异壬酯、二元酸酯、粉煤灰、表面改性二氧化硅、绢云母粉、乳化硅油，经过高速分散均匀并过滤即可得到第一组分。
第二组分制备过程如下：将固化剂芳香二胺于分散罐中，加入环保溶剂二元酸酯，室温下，搅拌混合均匀，得第二组分。
使用该环氧树脂涂料时，需要现场混合第一组分和第二组分，本实施例中第一组分和第二组分按质量比为14:1进行混合，并在30分钟内使用完毕。
实施例4
本实施例与实施例3中制备第一组分和第二组分的方法相同，所用各组分原料不同，具体用量如下。
第一组分所用原料及其具体用量如表3所示。
表3.第一组分原料用量
Figure BDA0001250576410000081
其中，聚氨酯预聚体采用200g 330N以及40g MDI合成。330N为环氧丙烷聚合环氧乙烷封端的聚醚多元醇。
第二组分所用原料及其具体用量如下：芳香二胺130g、二元酸酯30g。
使用该环氧树脂涂料时，需要现场混合第一组分和第二组分，本实施例中第一组分和第二组分按质量比为10:1进行混合，并在40分钟内使用完毕。
实施例5
本实施例与实施例3中制备第一组分和第二组分的方法相同，所用各组分原料不同，具体用量如下。
第一组分所用原料及其具体用量如表4所示。
表4.第一组分原料用量
Figure BDA0001250576410000091
其中，聚氨酯预聚体采用25g DL1000、100g环氧丙烷聚醚二元醇以及90g MDI合成。
第二组分所用原料及其具体用量如下：芳香二胺170g、二元酸酯65g。
使用该环氧树脂涂料时，需要现场混合第一组分和第二组分，本实施例中第一组分和第二组分按质量比为8:1进行混合，并在45分钟内使用完毕。
实施例6
本实施例与实施例5制备第一组分和第二组分时使用的原料相同，具体制备方法如下。
第一组分制备过程如下：聚醚多元醇DL-1000、环氧丙烷聚醚二元醇、环氧树脂E-44分别于真空反应釜中，温度110℃，真空度-0.1MPa下真空、高温脱水1h，降温至45℃保存，备用。
将称量好的MDI和脱水后的DL-1000、环氧丙烷聚醚二元醇于真空反应釜中，在70℃下恒温搅拌反应1小时，降温至55℃，即得聚氨酯预聚体。
将已脱水并降温至55℃左右的E-44加入到聚氨酯预聚体中，机械搅拌反应40分钟，然后加入邻苯二甲酸二丁酯、二元酸酯、粉煤灰、表面改性碳酸钙、绢云母粉、二甲基硅油、钛白粉，经过高速分散均匀并过滤即可得到第一组分。
第二组分制备过程如下：将固化剂芳香二胺于分散罐中，加入环保溶剂-二元酸酯，室温下，搅拌混合均匀，得第二组分。
使用该环氧树脂涂料时，需要现场混合第一组分和第二组分，本实施例中第一组分和第二组分按质量比为8:1进行混合，并在45分钟内使用完毕。
对比例
本对比例提供一种市面上购买的环氧树脂涂料，包括第一组分和第二组分。
第一组分由按重量份数计的以下原料制得：DL-2000聚醚多元醇200g、DL-1000聚醚多元醇140g、甲苯二异氰酸酯40g、邻苯二甲酸二丁酯200g、二甲基硅油1g、丁晴橡胶5g、表面改性二氧化硅20g。
第二组分由按重量份数计的以下原料制得：乙二胺100g、二元酸酯50g。
该水工防护涂料使用时，按质量比为3:1现场混合第一组分和第二组分，并在30分钟内使用完毕。
试验例
将实施例1-6以及对比例中所提供的环氧树脂涂料在相同温度、湿度的情况下在堤坝表面进行涂刷，并在10天后对堤坝表面的水工防护涂料按照GB/T19250-2013进行以下各项性能测试，测试结果如表5所示。其中，在0.3MPa，120℃下测试耐水性。
表5.性能测试结果
Figure BDA0001250576410000121
根据表5所示的数据可知：本发明实施例所提供的环氧树脂涂料各方面的性能均高于市购的环氧树脂涂料。表明聚氨酯预聚体对于环氧树脂涂料的改性能够提高环氧树脂涂料的综合力学性能，其他粉料以及其他填料的添加，使得环氧树脂涂料的耐热性、耐候性等性能有所增强。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种环氧树脂涂料，其特征在于，包括按照6-14:1的重量比混合的第一组分和第二组分，所述第一组分包括粉料和由聚氨酯预聚体改性的环氧树脂，所述粉料包括绢云母粉以及表面改性的无机粉末中的一种或多种，所述聚氨酯预聚体主要由聚醚多元醇和异氰酸酯反应生成；所述第二组分包括固化剂；
所述环氧树脂涂料的制备方法包括：
将所述聚醚多元醇脱水后与所述异氰酸酯于真空反应釜中，在75℃-85℃下恒温搅拌反应1-3小时，降温即得所述聚氨酯预聚体；再将已脱水处理的环氧树脂加入到所述聚氨酯预聚体中，搅拌20分钟-60分钟，再向其中加入所述粉料经分散即得到所述第一组分；按照6-14:1的重量比混合所述第一组分和所述第二组分可得所述环氧树脂涂料，所述环氧树脂涂料在1-4小时内能完全固化。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂涂料，其特征在于，所述聚醚多元醇的相对分子质量为800-3000，官能度为2-5。
3.根据权利要求1所述的环氧树脂涂料，其特征在于，所述异氰酸酯包括4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯。
4.根据权利要求1-3任一项所述的环氧树脂涂料，其特征在于，所述第一组分还包括增塑剂、消泡剂、二元酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的环氧树脂涂料，其特征在于，所述粉料还包括粉煤灰、钛白粉中的一种或多种，所述表面改性的无机粉末为表面改性钙粉。
6.根据权利要求5所述的环氧树脂涂料，其特征在于，所述第一组分主要由按重量份数计的以下原料制得：所述环氧树脂15份-25份，所述聚氨酯预聚体5份-15份，所述增塑剂1.5份-3.5份，所述消泡剂0.1份-0.5份，所述二元酸酯1份-3份，所述粉料10份-20份，所述粉料包括所述粉煤灰、所述表面改性钙粉、所述钛白粉、所述绢云母粉。
7.根据权利要求1所述的环氧树脂涂料，其特征在于，所述环氧树脂选自酚基丙烷类环氧树脂。
8.根据权利要求4所述的环氧树脂涂料，其特征在于，所述固化剂为芳香二胺。
9.根据权利要求8所述的环氧树脂涂料，其特征在于，所述第二组分主要由按重量份数计的以下原料经混溶制得：所述固化剂65份-75份，二元酸酯15份-25份。
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