CN107522873A - 一种零voc水性环氧乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述一种零VOC水性固体环氧乳液及其制备方法，其步骤为：1)亲水性二元醇与环氧树脂反应制备得到端环氧乳化剂；2)将端环氧乳化剂、环氧树脂、环氧稀释剂和双酚A升温搅拌均匀；3)投入催化剂，升温反应；4)降温，滴加去离子水，通过相转变法制备得到零VOC水性环氧乳液。反应步骤较少，操作工艺简单；通过制备得到的端环氧基乳化剂能参与扩链反应，使制备的固体环氧树脂中嵌入亲水性链段，不存在游离的乳化剂，不仅提高了环氧树脂的柔韧性，而且得到的环氧乳液粒径小，储存稳定性好。本发明在整个的制备过程中不加入有机溶剂，不会对环境造成污染，响应了国家对环保的要求。

Description

一种零VOC水性环氧乳液及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子技术领域，具体涉及一种零VOC水性固体环氧乳液及其制备方法，该乳液可用于水性涂料及胶粘剂等领域。

背景技术

环氧树脂因为具有附着力好、固化收缩率低、良好的耐化学药品性、耐磨性好以及耐腐蚀性好等性能，广泛用于胶粘剂、涂料及地坪等领域。但是，一般的环氧树脂很难溶于水，只能用大量的醇类、醚类及酮类溶剂等有机溶剂去开稀，进而达到施工条件。传统的溶剂型环氧涂料因为含有大量有机挥发物，不仅对环境造成污染，对我们的操作工人身体健康也带来的了一定的威胁。近年来，随着国家政策对环境保护日益严格以及一些环境保护的法律法规出台，低VOC或者零VOC的水性涂料已成一种趋势。因此，展开水性环氧乳液的研究，特别是对低VOC及零VOC水性环氧乳液研究，具有很重要的工业价值。

目前，制备环氧乳液主要有外乳化法和自乳化法。专利CN101463180A公布了一种水性单组分外乳化环氧树脂乳液的制备方法，采用非离子乳化剂与阴离子乳化剂对环氧树脂进行了乳化，虽然操作工艺简单，但缺点是做出来的环氧乳液粒径大，储存稳定性不好，且产品固含低。专利CN101338064A公布了一种液体环氧树脂乳液及用其制备的水性环氧地坪涂料，也是采用外乳化进行制备，其缺点是与固化剂配制备得到的漆膜耐水性欠佳以及表干较慢。专利CN102504282A公布了一种水性环氧树脂乳液的制备方法，该方法虽然制备的环氧乳液具有较低的VOC，但是得到的乳液固含也低，且该方法中公布的环氧乳化剂工艺操作繁琐，不利于工业化生产。专利US4315044通过环氧树脂、双酚A、催化剂以及乳化剂混合，升温至150-160度反应，然后降温，加入乙二醇单丁醚，最后加水乳化。该方法不仅使用了有机溶剂，且乳液的粒径偏大，同时漆膜硬度不高。专利US8586704B2将聚乙二醇通过高氧高压以及浓硝酸等条件下反应得到端羧基中间体，再与多元胺反应，然后与单环氧基的活性稀释剂反应得到一种反应性环氧乳化剂，最后用此环氧乳化剂、环氧树脂及双酚A等制备环氧乳液。该发明的缺点是制备工艺复杂，反应条件苛刻，对设备要求高，成本较高，不易大规模生产。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，解决现有技术中固含低、操作工艺复杂、粒径大及含有大量有机挥发物等问题，提供了一种零VOC水性固体环氧乳液及其制备方法，其操作工艺简单，不含有机挥发物，高固低粘，环氧乳液储存稳定性好。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种零VOC水性环氧乳液，按重量百分比由以下的组份：

进一步，所述环氧乳化剂由以下组份按重要百分比反应获得：

双酚A型环氧树脂 4.5％～19.5％

亲水性二元醇 80％～95％

第二催化剂 0.1％～0.5％。

进一步，所述的双酚A型环氧树脂是环氧树脂E-50、E-51、E-44、E-20的一种或几种。

进一步，所述的环氧稀释剂是苯基缩水甘油醚、叔碳酸缩水甘油酯、丁基缩水甘油醚、C12-C14混合脂肪醇缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚或正丁基缩水甘油醚中的一种或几种。

进一步，所述的第一催化剂是三苯基磷、三苄基甲基氯化铵、三氟化硼胺类络合物中的一种或几种。

进一步，所述的水分散介质是去离子水。

进一步，所述的亲水性二元醇是聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇8000、聚乙二醇10000中的一种或几种。

进一步，所述的第二催化剂是硼酸、三氟化硼醚类络合物、过硫酸钾、三氟化硼胺类络合物中的一种或几种。

一种零VOC水性环氧乳液的制备方法，由以下步骤组成：

a，将4.5％～19.5％的双酚A型环氧树脂和80％～95％的亲水性二元醇加热混合均匀，再加入0.1％～0.5％的第二催化剂，在80～130度下反应1～3小时，降温得到环氧乳化剂；

b，取2％～8％上述制备的环氧乳化剂、25％～50％的双酚A型环氧树脂、5％～15％的环氧稀释剂、10％～20％的双酚A混合，加热升温至100-120度搅拌0.5小时；

c，加入0.05％～0.2％的第一催化剂，升温至140-160，保温反应1-3小时；

d，降温，滴加30％～50％的去离子水且高速分散乳化，得到零VOC的水性固体环氧乳液。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述一种零VOC水性固体环氧乳液及其制备方法，反应步骤较少，操作工艺简单；通过制备得到的端环氧基乳化剂能参与扩链反应，使制备的固体环氧树脂中嵌入亲水性链段，不存在游离的乳化剂，不仅提高了环氧树脂的柔韧性，而且得到的环氧乳液粒径小，储存稳定性好。本发明在整个的制备过程中不加入有机溶剂，不会对环境造成污染，响应了国家对环保的要求。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

(1)，将102g的E-51环氧树脂和1050g的聚乙二醇4000加热至100度，搅拌混合均匀，再加入1.8g的三氟化硼胺络合物，在120-130度下反应2小时，测其环氧当量达到理论值，降温得到端环氧基环氧乳化剂；

(2),取45g上述制备的环氧乳化剂、370g的E-51环氧树脂、50g的叔碳酸缩水甘油酯、100g的双酚A混合，加热升温至120度搅拌0.5小时；

(3),加入0.82g的三苯基膦，升温至150-160度，保温反应2小时；

(4)，降温至50度，缓慢滴加400g的去离子水同时开转速至1000r/min，搅拌3小时后，通过相转变法得到零VOC的水性固体环氧乳液。

固含：58.6％

粘度(25℃)mpa.s：≤2000

储存稳定性:6个月不分层

外观：乳白色液体

粒径um：≤0.5

VOC含量％：0％。

本发明的水性环氧乳液高固低粘，环保，无挥发的有机溶剂，乳液粒径小，储存稳定性好；与水性环氧固化剂制备的涂膜具有附着力好、耐冲击及耐雾性能优异。

实施例2

(1)，将147g的E-51环氧树脂和1050g的聚乙二醇4000加热至100度，搅拌混合均匀，再加入1.8g的三氟化硼胺络合物，在120-130度下反应2小时，测其环氧当量达到理论值，降温得到端环氧基环氧乳化剂；

(2),取30g上述制备的环氧乳化剂、370g的E-51环氧树脂、60g的聚乙二醇缩水甘油醚、145g的双酚A混合，加热升温至120度搅拌0.5小时；

(3),加入0.62g的三苯基膦，升温至150-160度，保温反应2小时；

(4)，降温至50度，缓慢滴加400g的去离子水同时开转速至1000r/min，搅拌3小时后得到零VOC的水性固体环氧乳液。

固含：60.5％

粘度(25℃)mpa.s：≤1000

储存稳定性:6个月不分层

外观：乳白色液体

粒径um：≤0.5

VOC含量％：0％

实施例3

(1)，将147g的E-51环氧树脂和1050g的聚乙二醇4000加热至100度，搅拌混合均匀，再加入1.8g的三氟化硼胺络合物，在120-130度下反应2小时，测其环氧当量达到理论值，降温得到端环氧基环氧乳化剂；

(2),取36g上述制备的环氧乳化剂、370g的E-51环氧树脂、60g的聚乙二醇缩水甘油醚、124g的双酚A混合，加热升温至120度搅拌0.5小时；

(3),加入1.02g的三苯基膦，升温至150-160度，保温反应2小时；

(4)，降温至50度，缓慢滴加400g的去离子水同时开转速至1000r/min，搅拌3小时后得到零VOC的水性固体环氧乳液。

固含：60.0％

粘度(25℃)mpa.s：≤1000

储存稳定性:6个月不分层

外观：乳白色液体

粒径um：≤0.5

VOC含量％：0％。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种零VOC水性环氧乳液，其特征在于，按重量百分比由以下的组份：

2.根据权利要求1所述一种零VOC水性环氧乳液，其特征在于，所述环氧乳化剂由以下组份按重要百分比反应获得：

双酚A型环氧树脂 4.5％～19.5％

亲水性二元醇 80％～95％

第二催化剂 0.1％～0.5％。

3.根据权利要求2所述一种零VOC水性环氧乳液，其特征在于，所述的双酚A型环氧树脂是环氧树脂E-50、E-51、E-44、E-20的一种或几种。

4.根据权利要求2所述一种零VOC水性环氧乳液，其特征在于，所述的环氧稀释剂是苯基缩水甘油醚、叔碳酸缩水甘油酯、丁基缩水甘油醚、C12-C14混合脂肪醇缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚或正丁基缩水甘油醚中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述一种零VOC水性环氧乳液，其特征在于，所述的第一催化剂是三苯基磷、三苄基甲基氯化铵、三氟化硼胺类络合物中的一种或几种。

6.根据权利要求2所述一种零VOC水性环氧乳液，其特征在于，所述的水分散介质是去离子水。

7.根据权利要求2所述一种零VOC水性环氧乳液，其特征在于，所述的亲水性二元醇是聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇8000、聚乙二醇10000中的一种或几种。

8.根据权利要求2所述一种零VOC水性环氧乳液，其特征在于，所述的第二催化剂是硼酸、三氟化硼醚类络合物、过硫酸钾、三氟化硼胺类络合物中的一种或几种。

9.根据权利要求2所述一种零VOC水性环氧乳液的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：

a，将4.5％～19.5％的双酚A型环氧树脂和80％～95％的亲水性二元醇加热混合均匀，再加入0.1％～0.5％的第二催化剂，在80～130度下反应1～3小时，降温得到环氧乳化剂；

b，取2％～8％上述制备的环氧乳化剂、25％～50％的双酚A型环氧树脂、5％～15％的环氧稀释剂、10％～20％的双酚A混合，加热升温至100-120度搅拌0.5小时；

c，加入0.05％～0.2％的第一催化剂，升温至140-160，保温反应1-3小时；

d，降温，滴加30％～50％的去离子水且高速分散乳化，得到零VOC的水性固体环氧乳液。