CN107189084A - 由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液 - Google Patents

由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液，涉及水性环氧乳液技术领域，由如下质量百分比的原料制成：环氧树脂40‑65％、乳化剂6‑20％、溶剂0‑12％、去离子水35‑40％。本发明利用所制结构规整的反应型环氧乳化剂通过相反转法制得水性环氧树脂乳液，乳化效果好且稳定性好，乳液粒径在0.6‑1.8um。

Description

由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液
技术领域：
本发明涉及水性环氧乳液技术领域，具体涉及一种由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液。
背景技术：
环氧树脂具有粘结性好、固化收缩率低、机械强度高、耐腐蚀性及耐溶剂性良好等优点，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，溶剂的使用会产生大量的挥发性有机化合物，污染环境且对人体健康造成不利影响。水性环氧树脂作为一种环境友好型产品，越来越受到人们关注。但是环氧树脂本身不溶于水，不能直接加水进行乳化，必须在其分子链中引入亲水基团或在体系中加入亲水亲油组分。
目前，相反转法是一种适合工业化制备水性环氧树脂的方法。利用相反转法制备的水性环氧树脂不仅粒径小，稳定性好，成本低，并能避免传统外加小分子乳化剂存在的所制乳液容易破乳、不稳定且游离的小分子会降低涂料涂膜耐水性的问题。
以环氧树脂分子主链作为亲油部分，接枝的亲水基团或亲水链段作为亲水部分，合成具有双亲性能的环氧树脂乳化剂，此种乳化剂与环氧树脂的分子结构相似，与环氧树脂相容性好，从而可提高环氧树脂水乳液的稳定性；并且乳化剂结构中所含的环氧基团可以与固化剂反应，稳定地存在于固化产物中，而不像小分子乳化剂有利于体系之外，从而改善涂膜性能。目前常见的环氧乳化剂多为单环氧或双环氧化合物，通常分子量较大，但环氧基的活性弱于小分子环氧基活性，导致乳化剂反应不充分，以致影响涂膜的耐水性和耐盐雾性。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种乳化用量少且乳化效果好、质量稳定性好的由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液，由如下质量百分比的原料制成：
所述乳化剂由如下质量百分比的原料制成：
环氧树脂 15％-34％
单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚 66％-85％。
所述溶剂选自乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种。
所述环氧树脂的环氧当量为0.35-0.45。
所述环氧树脂的分子量在360-3000。
所述乳化剂的制备方法为：将环氧树脂和单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚混合，并升温至50-100℃反应3-6h，待自然冷却至室温，即得乳化剂。
所述水性环氧乳液的制备方法为：将环氧树脂、乳化剂、溶剂混合后加热熔融，高速搅拌，待冷却至70℃后开始滴加去离子水，直至相反转得到稳定的乳液。
所述单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚由如下质量百分比的原料制成：
2,4-甲苯二异氰酸酯 11-44％
聚乙二醇单甲醚 56-89％。
所述聚乙二醇单甲醚的分子量在400-1500。
其制备方法为：将2,4-甲苯二异氰酸酯和聚乙二醇单甲醚混合后升温至40-100℃反应3-10h，自然冷却至室温，即得单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用所制结构规整的反应型环氧乳化剂通过相反转法制得水性环氧树脂乳液，乳化效果好且稳定性好，乳液粒径在0.6-1.8um；
(2)所制反应型环氧乳化剂的每个乳化剂分子至少含有两个环氧基团，且所含的环氧基团能与胺固化剂反应而稳定地存在于固化产物中，不迁移，从而提高涂料所形成涂膜的耐水性和耐盐雾性；
(3)所制反应型环氧乳化剂对环氧树脂的乳化效果与进口乳化剂相当，其制备成本仅为进口乳化剂价格的40％，从而极大地降低了成本。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚由如下质量百分比的原料制成：
2,4-甲苯二异氰酸酯 20％
聚乙二醇单甲醚 80％
将2,4-甲苯二异氰酸酯和聚乙二醇单甲醚混合后升温至100℃反应5h，自然冷却至室温，即得单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚。
(2)乳化剂由如下质量百分比的原料制成：
环氧树脂E51 25％
单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚 75％
其制备方法为：将环氧树脂E51和单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚混合，并升温至80℃反应6h，待自然冷却至室温，即得乳化剂。
(3)水性环氧乳液由如下质量百分比的原料制成：
将环氧树脂E51、乳化剂、丙二醇甲醚混合后加热熔融，高速搅拌，待冷却至70℃后开始滴加去离子水，直至相反转得到稳定的乳液。
实施例2
(1)单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚由如下质量百分比的原料制成：
2,4-甲苯二异氰酸酯 25％
聚乙二醇单甲醚 75％
将2,4-甲苯二异氰酸酯和聚乙二醇单甲醚混合后升温至80℃反应6h，自然冷却至室温，即得单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚。
(2)乳化剂由如下质量百分比的原料制成：
环氧树脂144 30％
单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚 70％
其制备方法为：将环氧树脂144和单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚混合，并升温至100℃反应5h，待自然冷却至室温，即得乳化剂。
(3)水性环氧乳液由如下质量百分比的原料制成：
将环氧树脂144、乳化剂、丙二醇甲醚混合后加热熔融，高速搅拌，待冷却至70℃后开始滴加去离子水，直至相反转得到稳定的乳液。
实施例3
(1)单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚由如下质量百分比的原料制成：
2,4-甲苯二异氰酸酯 15％
聚乙二醇单甲醚 85％
将2,4-甲苯二异氰酸酯和聚乙二醇单甲醚混合后升温至70℃反应6h，自然冷却至室温，即得单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚。
(2)乳化剂由如下质量百分比的原料制成：
环氧树脂E20 20％
单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚 80％
其制备方法为：将环氧树脂E20和单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚混合，并升温至90℃反应4h，待自然冷却至室温，即得乳化剂。
(3)水性环氧乳液由如下质量百分比的原料制成：
将环氧树脂E20、乳化剂、丙二醇甲醚混合后加热熔融，高速搅拌，待冷却至70℃后开始滴加去离子水，直至相反转得到稳定的乳液。
实施例4
分别将实施例1、实施例2、实施例3所制水性环氧树脂乳液在4000r/min转速下离心30min，观察乳液是否分层，结果如表1所示。
实施例5
分别将实施例1、实施例2、实施例3所制水性环氧树脂乳液与市售胺固化剂H330制备清漆涂膜，养护一周后按国标GB/T22374-2008、GB/T1771-2007测试涂膜耐水性和耐盐雾性，结果如表1所示；并设置对照例1、对照例2、对照例3，以市售水性环氧树脂乳化剂Disponil LS 500替换实施例1、实施例2、实施例3中所制乳化剂以制备水性环氧树脂乳液。
表1乳液稳定性和涂膜耐水性、耐盐雾性试验结果
组别 清液高度 耐水时间/h 耐盐雾时间/h
实施例1 ＜1mm 504 240
实施例2 ＜1mm 528 268
实施例3 ＜1mm 516 240
对照例1 ＞2mm 276 108
对照例2 ＞2mm 300 108
对照例3 ＞2mm 312 96
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液，其特征在于，由如下质量百分比的原料制成：
所述乳化剂由如下质量百分比的原料制成：
环氧树脂 15％-34％
单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚 66％-85％。
2.根据权利要求1所述的由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液，其特征在于：所述溶剂选自乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种。
3.根据权利要求1所述的由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液，其特征在于：所述环氧树脂的环氧当量为0.35-0.45。
4.根据权利要求1所述的由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液，其特征在于：所述环氧树脂的分子量在360-3000。
5.根据权利要求1所述的由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液，其特征在于，所述乳化剂的制备方法为：将环氧树脂和单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚混合，并升温至50-100℃反应3-6h，待自然冷却至室温，即得乳化剂。
6.根据权利要求1所述的由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液，其特征在于：所述水性环氧乳液的制备方法为：将环氧树脂、乳化剂、溶剂混合后加热熔融，高速搅拌，待冷却至70℃后开始滴加去离子水，直至相反转得到稳定的乳液。
7.根据权利要求1或5所述的由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液，其特征在于：所述单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚由如下质量百分比的原料制成：
2,4-甲苯二异氰酸酯 11-44％
聚乙二醇单甲醚 56-89％；
其制备方法为：将2,4-甲苯二异氰酸酯和聚乙二醇单甲醚混合后升温至40-100℃反应3-10h，自然冷却至室温，即得单异氰酸酯聚氧乙烯单甲醚。
8.根据权利要求7所述的由含异氰酸酯双环氧官能团的乳化剂制备的水性环氧乳液，其特征在于：所述聚乙二醇单甲醚的分子量在400-1500。
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