CN107216443A - 一种室温自交联型水性环氧酯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水性涂料技术领域，尤其涉及一种室温自交联型水性环氧酯及其制备方法，以质量份数计：将26‑32份亚麻油酸、12‑16份环氧树脂E‑20、8.5‑12.5份环氧树脂E‑03、4.8‑7.5份苯甲酸、2.2‑3.8份苯酐和0.2份抗氧剂放入反应釜，升温至120℃开启搅拌；升温至160℃，保温1h；升温至180℃，保温1h；最后升温至240℃，保温3‑4h；开始降温降至160℃，加入0.5‑2份多氮丙啶，保温1h；随后再降温至120℃加入18‑25份乙二醇丁醚，搅拌均匀，得到产品。本发明通过多氮丙啶与环氧树脂中羧基交联反应，合成耐水性、耐腐蚀性和对基材强附着力的室温自交联型水性改性环氧酯树脂。

Description

一种室温自交联型水性环氧酯及其制备方法
技术领域
本发明涉及水性涂料技术领域，尤其涉及一种室温自交联型水性环氧酯及其制备方法。
背景技术
水性涂料常用的水性树脂有：水性环氧树脂、水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂等。水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系。由于环氧树脂是线型结构的热固性树脂，所以施工前必须加入水性环氧固化剂，在室温环境下发生化学交联反应，环氧树脂固化后就改变了原来可溶可熔的性质而变成不溶不熔的空间网状结构，显示出优异的性能。
为了改善水性涂料的漆膜性能，使其能达到溶剂型涂料漆膜的优异性能，涂膜干燥后形成交联已成普遍要求。通过交联，涂膜形成高度的三维网络结构，从而使涂膜的耐水性、耐腐蚀性及机械强度较之非交联型得到很大程度的提高。按照交联方式，交联可以分为高温交联、UV固化交联和室温交联。高温交联需要加热而消耗大量能量，而UV固化交联的应用范围受到限制，如不能应用于建筑涂料中。而室温交联不仅能够节省能源，而且还适用于任何涂装和施工条件。
随着人们对涂料的涂膜性能要求越来越高，现有的水性涂料的性能往往不能满足应用的要求，需要改进漆膜的耐水性、耐磨性、耐腐蚀性和机械强度等性能。水性环氧酯是水性环氧树脂的一种,为水性环氧树脂的改性产品之一，可配制成水性工业涂料，涂膜对金属的附着力强，具有优良的耐水性、耐碱性、耐化学腐蚀性，涂膜坚韧、耐冲击力等突出的性能优势。现有的室温自交联型水性环氧酯耐水性差，耐候性差。部分通过丙烯酸改性后得到的室温自交联型水性环氧酯其干燥速度有所提高，但其耐腐蚀性相对较差。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种耐水性能、耐腐蚀性能好的室温自交联型水性环氧酯及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种室温自交联型水性环氧酯，包括亚麻油酸、环氧树脂E-20、环氧树脂E-03、苯甲酸、苯酐、抗氧剂、多氮丙啶交联剂和乙二醇丁醚；以质量份数计，所述亚麻油酸：26-32份；环氧树脂E-20：12-16份；环氧树脂E-03：8.5-12.5份；苯甲酸：4.8-7.5份；苯酐:2.2-3.8份；抗氧剂：0.2份；多氮丙啶交联剂：0.5-2份；乙二醇丁醚18-25份。
进一步，作为优选的，以质量份数计，包括所述亚麻油酸：28-30份；环氧树脂E-20：13-15份；环氧树脂E-03：9-11份；苯甲酸：5.5-7.2份；苯酐:2.5-3.5份；抗氧剂：0.2份；多氮丙啶交联剂：0.8-1.5份；乙二醇丁醚18-25份。
其中，所述环氧树脂E-20为双酚A型环氧树脂(E-20)。
所述环氧树脂E-03为双酚A型环氧树脂(E-03)。
所述多氮丙啶交联剂为三官能团的氮丙啶交联剂。
进一步，所述三官能团的氮丙啶交联剂为三羟甲基丙烷-三[3-(2-甲基氮丙啶基)]丙酸酯、三羟甲基丙烷-三(3-氮丙啶基)丙酸酯或季戊四醇-三(3-氮丙啶基)丙酸酯)。
本发明提供一种制备室温自交联型水性环氧酯的方法，
步骤一、将26-32份亚麻油酸、12-16份环氧树脂E-20、8.5-12.5份环氧树脂E-03、4.8-7.5份苯甲酸、2.2-3.8份苯酐、0.2份抗氧剂依次添加到反应釜中，将反应釜的温度从室温升温到120℃；
步骤二、开启反应釜的搅拌装置进行搅拌，将温度升温至160℃，然后保温进行第一次酯化反应，反应时间1小时；
步骤三，继续将温度升温至180℃，然后保温进行第二次酯化反应，反应时间1小时；
步骤四、继续将温度升温至240℃，然后保温进行第三次酯化反应，反应时间3至4小时；
步骤五、开启反应釜内的冷却系统将反应釜内的温度降至160℃，加入0.5-2份多氮丙啶交联剂后保温进行交联反应，反应时间1小时；
步骤六、再次开启反应釜内的冷却系统将反应釜内的温度降至120℃，加入18-25份乙二醇丁醚，搅拌均匀后制得耐水性、耐腐蚀性好的室温自交联型水性环氧酯。
与现有技术相比，本发明的有点和有益效果是：采用本发明的技术方案后，通过多氮丙啶这种氮杂环类型的交联固化剂与环氧树脂分子链中的羧基亲水基团进行交联反应，把环氧树脂原有的线型结构通过交联改性形成网状立体结构，提高水性环氧酯树脂的内聚力，合成了耐水性、防腐性均优良的室温自交联型水性改性环氧酯树脂，大大提高了该水性环氧酯树脂的耐腐蚀性、耐酸碱性、耐水性和对基材的附着力。
具体实施方式
一种室温自交联型水性环氧酯，包括亚麻油酸、环氧树脂E-20、环氧树脂E-03、苯甲酸、苯酐、抗氧剂、多氮丙啶交联剂和乙二醇丁醚；以质量份数计，所述亚麻油酸：26-32份；环氧树脂E-20：12-16份；环氧树脂E-03：8.5-12.5份；苯甲酸：4.8-7.5份；苯酐:2.2-3.8份；抗氧剂：0.2份；多氮丙啶交联剂：0.5-2份；乙二醇丁醚18-25份。
作为优选的，以质量份数计，包括所述亚麻油酸：28-30份；环氧树脂E-20：13-15份；环氧树脂E-03：9-11份；苯甲酸：5.5-7.2份；苯酐:2.5-3.5份；抗氧剂：0.2份；多氮丙啶交联剂：0.8-1.5份；乙二醇丁醚18-25份。
下面通过三个具体实施方式来对本发明的技术方案进行详细阐述：
实施方式一
一种室温自交联型水性环氧酯，包括亚麻油酸、环氧树脂E-20、环氧树脂E-03、苯甲酸、苯酐、抗氧剂、多氮丙啶交联剂和乙二醇丁醚；以质量份数计，所述亚麻油酸：29份；环氧树脂E-20：14份；环氧树脂E-03：10份；苯甲酸：6份；苯酐:3份；抗氧剂：0.2份；多氮丙啶交联剂：1份；乙二醇丁醚21.5份。
其中，所述环氧树脂E-20为双酚A型环氧树脂(E-20)。
所述环氧树脂E-03为双酚A型环氧树脂(E-03)。
所述多氮丙啶交联剂为三官能团的氮丙啶交联剂。
进一步的，所述三官能团的氮丙啶交联剂为三羟甲基丙烷-三[3-(2-甲基氮丙啶基)]丙酸酯、三羟甲基丙烷-三(3-氮丙啶基)丙酸酯或季戊四醇-三(3-氮丙啶基)丙酸酯)。
一种室温自交联型水性环氧酯的制备过程如下：
步骤一、将29份亚麻油酸、14份环氧树脂E-20、10份环氧树脂E-03、6份苯甲酸、3份苯酐、0.2份抗氧剂依次添加到反应釜中，将反应釜的温度从室温升温到120℃；
步骤二、开启反应釜的搅拌装置进行搅拌，将温度升温至160℃，然后保温进行第一次酯化反应，反应时间1小时；
步骤三，继续将温度升温至180℃，然后保温进行第二次酯化反应，反应时间1小时；
步骤四、继续将温度升温至240℃，然后保温进行第三次酯化反应，反应时间3.5小时；
步骤五、开启反应釜内的冷却系统将反应釜内的温度降至160℃，加入3份多氮丙啶交联剂后保温进行交联反应，反应时间1小时；在反应过程中，多氮丙啶中的氮丙环与环氧树脂分子链中的羧基交联反应。
所述多氮丙啶交联剂为三官能团的氮丙啶交联剂，其的分子结构式为：
三官能团的氮丙啶交联剂是一种含有氮丙环有机活性基的氮杂环类型交联固化剂。氮丙环具有与羧基进行交联反应的活性，其反应机理为：
与羧基反应：
与羧基室温自交联反应
经过反应后将环氧树脂原有的线型结构通过交联改性形成网状立体结构，提高水性环氧酯树脂的内聚力，合成了耐水性、防腐蚀性均优良的室温自交联型水性改性环氧酯树脂，大大提高了该水性环氧酯树脂的耐腐蚀性、耐酸碱性、耐水性和对基材的附着力。
步骤六、再次开启反应釜内的冷却系统将反应釜内的温度降至120℃，加入19.5份乙二醇丁醚，搅拌均匀后制得耐水性、耐腐蚀性好的水室温自交联型水性环氧酯。
本实施例得到的产品室温自交联型水性环氧酯检测结果：
本发明得到的室温自交联型水性环氧酯应用于水性工业防腐涂料中，将其与有机胺中和，制得水性工业涂料，采用喷涂方式涂覆于标准马口铁板表面上，室温放置7天后，铁板表面形成一层厚度25-30μm的漆膜，取出放至恒温，进行各项性能检测，该漆膜的性能如下表所示：
其中，干燥速度：按照GB1728的规定进行检测，测得实际数据。
漆膜厚度：按照GB1764的规定进行检测，符合标准样板的要求。
附着力：按照GB/T1720-1988的规定，使用划格法进行测试，检验结果均在1级以上。
硬度：按照GB/T6739-2006的规定进行检测，按标准测试方法进行铅笔法试验，检测结果的硬度大于等于HB，性能达到检测指标要求。
耐冲击性：按照GB/T1732-2007的规定进行检测，检测结果的耐冲击性大于等于40cm，性能达到检测指标要求。
耐水性：按照GB/T1733-93的规定进行检测，耐水性大于等于240h，允许轻微变色，6小时可恢复。
耐盐雾性：按照GB/T1771-2007的规定进行检测，耐盐雾性能大于等于400h，漆膜无变化。
实施方式二
一种室温自交联型水性环氧酯，以质量份数计，所述亚麻油酸：32份；环氧树脂E-20：16份；环氧树脂E-03：12.5份；苯甲酸：7.5份；苯酐:3.8份；抗氧剂：0.2份；多氮丙啶交联剂:2份；乙二醇丁醚25份。采用上述配比后，将制备方法的步骤四的保温时间设定为4小时。制得产品后，经过测试产品效果满足要求，并应用于水性工业防腐涂料中，制得的水性工业涂料具有良好的耐水性、耐腐蚀性和对基材的附着力等性能。
实施方式三
一种室温自交联型水性环氧酯，以质量份数计，所述亚麻油酸：26份；环氧树脂E-20：12份；环氧树脂E-03：8.5份；苯甲酸：4.8份；苯酐:2.2份；抗氧剂：0.2份；多氮丙啶交联剂:0.5份；乙二醇丁醚18份。采用上述配比后，将制备方法的步骤四的保温时间设定为3小时。制得产品后，经过测试产品效果满足要求，并应用于水性工业防腐涂料中，制得的水性工业涂料具有良好的耐水性、耐腐蚀性和对基材的附着力等性能。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种室温自交联型水性环氧酯，其特征在于：包括亚麻油酸、环氧树脂E-20、环氧树脂E-03、苯甲酸、苯酐、抗氧剂、多氮丙啶交联剂和乙二醇丁醚；以质量份数计，所述亚麻油酸：26-32份；环氧树脂E-20：12-16份；环氧树脂E-03：8.5-12.5份；苯甲酸：4.8-7.5份；苯酐:2.2-3.8份；抗氧剂：0.2份；多氮丙啶交联剂：0.5-2份；乙二醇丁醚18-25份。
2.根据权利要求1所述的室温自交联型水性环氧酯，其特征在于：作为优选的，以质量份数计，包括所述亚麻油酸：28-30份；环氧树脂E-20：13-15份；环氧树脂E-03：9-11份；苯甲酸：5.5-7.2份；苯酐:2.5-3.5份；抗氧剂：0.2份；多氮丙啶交联剂：0.8-1.5份；乙二醇丁醚18-25份。
3.根据权利要求1所述的室温自交联型水性环氧酯，其特征在于：所述环氧树脂E-20为双酚A型环氧树脂(E-20)。所述环氧树脂E-03为双酚A型环氧树脂(E-03)。
4.根据权利要求1所述的室温自交联型水性环氧酯，其特征在于：所述多氮丙啶交联剂为三官能团的氮丙啶交联剂，所述三官能团的氮丙啶交联剂为三羟甲基丙烷-三[3-(2-甲基氮丙啶基)]丙酸酯、三羟甲基丙烷-三(3-氮丙啶基)丙酸酯或季戊四醇-三(3-氮丙啶基)丙酸酯)。
5.一种室温自交联型水性环氧酯的制备方法，其特征在于：
步骤一、将26-32份亚麻油酸、12-16份环氧树脂E-20、8.5-12.5份环氧树脂E-03、4.8-7.5份苯甲酸、2.2-3.8份苯酐、0.2份抗氧剂依次添加到反应釜中，将反应釜的温度从室温升温到120℃；
步骤二、开启反应釜的搅拌装置进行搅拌，将温度升温至160℃，然后保温进行第一次酯化反应，反应时间1小时；
步骤三，继续将温度升温至180℃，然后保温进行第二次酯化反应，反应时间1小时；
步骤四、继续将温度升温至240℃，然后保温进行第三次酯化反应，反应时间3至4小时；
步骤五、开启反应釜内的冷却系统将反应釜内的温度降至160℃，加入0.5-2份多氮丙啶交联剂后保温进行交联反应，反应时间3-4小时；
步骤六、再次开启反应釜内的冷却系统将反应釜内的温度降至120℃，加入18-25份乙二醇丁醚，搅拌均匀后制得室温自交联型水性环氧酯。
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