CN107603426A - 一种水性环氧树脂涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性环氧树脂涂料的制备方法，属于涂料技术领域。取马来酸酐、N，N‑二甲基甲酰胺溶液、环氧树脂，加入四口烧瓶中，通入氮气将质硫酸溶液倒入恒压滴液漏斗中，反应得反应产物；将得到的反应产物倒入至盛有去离子水的烧瓶中，搅拌，静置，过滤，干燥得环氧树脂预聚物；取二胺和丙酮，加入三口烧瓶中反应随后加入与二胺重量相同的甲苯，搅拌，将得到的搅拌液进行减压蒸馏，得酮亚胺；取环氧树脂预聚物、三乙胺和酮亚胺，将环氧树脂预聚物和三乙胺先搅拌，继续加入酮亚胺搅拌，得改性环氧树脂；取改性环氧树脂、去离子水、硅烷偶联剂KH‑550、交联剂N，N‑亚甲基双丙烯酰胺，搅拌，得水性环氧树脂涂料。

Description

一种水性环氧树脂涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性环氧树脂涂料的制备方法，属于涂料技术领域。

背景技术

腐蚀是自然界不可避免的化学反应，是金属材料及其设备损坏和失效的重要原因

之一。在金属表面涂覆防腐涂料是防止金属腐蚀、增加美观性最有效最常用的方法。传统溶剂防腐涂料虽然拥有较强的耐蚀、麻镑等性能，然而其VOC含量较高，据不完全统计，溶剂型徐料每年挥发的VOC含量己经超过了200万吨，己经成为环境污染的第一大因素。水性防腐涂料是水为溶剂或分散剂，VOC含量极低，甚至不含VOC，它是一种使用安全型和绿色环保型的涂料，己经逐步取代了大量的溶剂型涂料。尽管如此，与溶剂型防腐涂料相比水性涂料还存在一些严重缺陷，如水下使用性较差、容易出现“闪诱现象”、对基体附着力较差等。所以，研制高效、环保的水性涂料是防腐涂料研究中的一项极为迫切的任务，同时也具有非常广阔的应用前景义及巨大的经济效益。氧树脂涂料具有优异的力学性能、化学稳定性能、耐蚀性、耐水性和耐酸碱性以及较好的附着力、价格低廉等特性，另外环氧涂料所用固化剂的种类繁多，不仅可以满足不同的施工和使用要求，还可以与多种树脂混合或改性使用组成防腐性能优良的环氧树脂涂料体系。水性环氧树脂涂料以其高性能、安全性和环保型等特点在溶剂型环氧涂料、高固分环氧树脂涂料、无溶剂型环氧涂料等环氧树脂涂料体系当中占据首要位置。然而，国内对水性环氧涂料的研究时间较晚，环氧树脂水性化技术比较落后。

近年来，各国出台的环保法规对涂料中VOC使用的限制变得越来越严格，许多国家如美国、英国、日本、澳大利亚等对溶剂型涂料中VOC的含量做了明确限制。

瑞士甚至出台了一项针对涂料中有机溶剂使用的税收；欧洲一些国家出台的法规要求在5年内本国VOC的排放量必须控制在前年的50%。毫无疑问，溶剂型涂料的研究和发展将受到环保法规的极大限制。环保法对VOC的使用和排放的限制使得溶剂型涂料开始向水性涂料、粉末涂料、高固体涂料和无溶剂型徐料方向转变。近年来，在工业防腐涂料领域溶剂型防腐涂料向无溶剂型涂料和高固体涂料的转变成为一大趋势，然而这一趋势也逐渐开始被水性涂料和粉末涂料所取代。无溶剂型涂料具诸多缺陷，例如在低于1(TC的条件下漆膜的干燥速率极为缓慢。此外，相比于溶剂型涂料和水性涂料而言，无溶剂型涂料质量比较差；高固体分涂料容易出现低闪点，使用过程需要加入少量的溶剂。高固体分环氧树脂是液体环氧树脂为基础制备的，容易导致人体接触性过敏；粉末涂料不含有溶剂，是一种环境友好型的涂料。但粉末涂料在生产过程中需要在烤炉中进行烘培干燥，工艺繁琐，因而也成为其使用过程的一大局限。水性涂料是涂料类型中性能最为突出的一种，己经取代了不少传统的溶剂型涂料，在涂料领域的应用日益扩大。水性涂料水为溶剂，价格低廉，无毒环保，使用安全，性能优越，己经成为涂料领域研究的热点。近年来，水性涂料在金属防腐涂料的市场所占份额不断提高，并取代溶剂型涂料为目的经历了快速的发展，成为了低污染涂料产品中的代表目前己经实现工业化的水性防腐涂料有水性环氧树脂涂料、水性无机富悴涂料、水性聚氨醋涂料和水性丙締酸树脂涂料四大类。水性环氧涂料是工业防腐领域内的应用最广泛，同时也是最重要的防腐涂料品种水性环氧树脂的制备及巧防腐性能研巧之一。水性环氧涂料分为水稀释型(又称为水可分散型)和水乳型两大类，具有干燥速度快、附着力好、耐蚀性和耐化学品性优良、固含量高等特点。传统的环氧树脂是不具有水溶性的，只能用有机溶剂如芳烃、醇类、酯类等将其配成特定浓度、粘度的环氧树脂溶液才能使用。有机溶剂作为分散剂不仅成本高，而且造成资源的浪费和环境污染，以及可能带来火灾隐患等。所以，为实现环氧树脂的水性化，开发高性能的水性环氧涂料对降低涂料生产低成本、减少环境污染等都具有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对传统涂料涂层的着附力差，传统涂料漆膜耐酸性能、耐碱性能差，传统涂料漆膜柔韧性能不好，容易出现裂纹、剥落现象的问题，提供了一种水性环氧树脂涂料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）按重量份数计，取1.0~1.5份份马来酸酐、3~5份质量分数为40%的N，N-二甲基甲酰胺溶液、5~6份环氧树脂，加入至四口烧瓶中，通入氮气，滴加硫酸溶液后搅拌，得反应物；

（2）将得到的反应产物倒入至盛有去离子水的烧瓶中搅拌，过滤，烘干后，得环氧树脂预聚物；

（3）按重量份数计，取1~2份乙二胺和10~15份丙酮，加入至三口烧瓶中，搅拌后加入甲苯，搅拌后减压蒸馏，得酮亚胺；

（4）按质量比10:2:1，取环氧树脂预聚物、三乙胺和酮亚胺，将环氧树脂预聚物和三乙胺先搅拌，然后加入酮亚胺搅拌，得改性环氧树脂；

（5）取5~6份改性环氧树脂、9~10份去离子水、0.5~0.8份硅烷偶联剂和0.6~0.8份交联剂，搅拌，得水性环氧树脂涂料。

步骤（1）所述的氮气的速度为20~25mL/min。

步骤（1）所述的硫酸溶液的质量分数为10%。

步骤（1）所述的硫酸溶液的滴加速度为5~6mL/min。

步骤（3）所述的甲苯的重量与乙二胺重量相同。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明在制备水性环氧树脂涂料的过程中，用马来酸酐、N，N-二甲基甲酰胺和环氧树脂制备环氧树脂预聚物，以环氧树脂预聚物制备的涂料着附力较强，耐化学品腐蚀能力也有提高。

（2）本发明在制备水性环氧树脂涂料的过程中，用酮亚胺和三乙胺改性环氧树脂，使制备的涂料膜柔韧性能有了较明显的增强。

具体实施方式

按重量份数计，取1.0~1.5份马来酸酐、3~5份质量分数为40%的N，N-二甲基甲酰胺溶液、5~6份环氧树脂，加入至装有温度计、恒压滴液漏斗、搅拌器和氮气管的干燥四口烧瓶中，以20~25mL/min的速度通入氮气2~3min后，将温度调节至60~70℃，将质量分数为10%的硫酸溶液倒入恒压滴液漏斗中，以5~6mL/min的速度滴加至四口烧瓶中，待滴加完毕后将温度调节至80~85℃，以180~200r/min的转速搅拌2.0~2.5h，得反应产物；按质量比1:5，将反应产物与去离子水混合，以600~650r/min的转速搅拌5~6min，静置4~5min，过滤，得滤饼并置于45~50℃的烘箱中22~24h，得环氧树脂预聚物；按重量份数计，取1~2份乙二胺和10~15份丙酮，加入至装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，温度调节至90~95℃，以150~180r/min的转速搅拌60~80min，随后加入与乙二胺重量相同的甲苯，温度和转速不变继续搅拌1.5~2.0h，将得到的搅拌液进行减压蒸馏，得酮亚胺；按质量比10:2:1，取环氧树脂预聚物、三乙胺和酮亚胺，将环氧树脂预聚物和三乙胺先搅拌15~20min，继续加入酮亚胺搅拌15~20min，得改性环氧树脂；按重量份数计，分别取5~6份改性环氧树脂、9~10份去离子水、0.5~0.8份硅烷偶联剂KH-550、0.6~0.8份交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺，以120~140r/min的转速搅拌20~30min，得水性环氧树脂涂料。

实例1

按重量份数计，取1.0份马来酸酐、3份质量分数为40%的N，N-二甲基甲酰胺溶液、5份环氧树脂，加入至装有温度计、恒压滴液漏斗、搅拌器和氮气管的干燥四口烧瓶中，以20mL/min的速度通入氮气2min后，将温度调节至60℃，将质量分数为10%的硫酸溶液倒入恒压滴液漏斗中，以5mL/min的速度滴加至四口烧瓶中，待滴加完毕后将温度调节至80℃，以180r/min的转速搅拌2.0h，得反应产物；按质量比1:5，将反应产物与去离子水混合，以600r/min的转速搅拌5min，静置4min，过滤，得滤饼并置于45℃的烘箱中24h，得环氧树脂预聚物；按重量份数计，取1份乙二胺和10份丙酮，加入至装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，温度调节至90℃，以150r/min的转速搅拌60min，随后加入与乙二胺重量相同的甲苯，温度和转速不变继续搅拌1.5h，将得到的搅拌液进行减压蒸馏，得酮亚胺；按质量比10:2:1，取环氧树脂预聚物、三乙胺和酮亚胺，将环氧树脂预聚物和三乙胺先搅拌15min，继续加入酮亚胺搅拌15min，得改性环氧树脂；取5份改性环氧树脂、9份去离子水、0.5份硅烷偶联剂KH-550、0.6份交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺，以120r/min的转速搅拌20min，得水性环氧树脂涂料。

实例2

按重量份数计，取1.25份马来酸酐、3~5份质量分数为40%的N，N-二甲基甲酰胺溶液、5份环氧树脂，加入至装有温度计、恒压滴液漏斗、搅拌器和氮气管的干燥四口烧瓶中，以22mL/min的速度通入氮气2min后，将温度调节至65℃，将质量分数为10%的硫酸溶液倒入恒压滴液漏斗中，以5.5mL/min的速度滴加至四口烧瓶中，待滴加完毕后将温度调节至82.5℃，以190r/min的转速搅拌2.25h，得反应产物；按质量比1:5，将反应产物与去离子水混合，以625r/min的转速搅拌5min，静置4min，过滤，得滤饼并置于47℃的烘箱中23h，得环氧树脂预聚物；按重量份数计，取1份乙二胺和13份丙酮，加入至装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，温度调节至92.5℃，以165r/min的转速搅拌70min，随后加入与乙二胺重量相同的甲苯，温度和转速不变继续搅拌1.7h，将得到的搅拌液进行减压蒸馏，得酮亚胺；按质量比10:2:1，取环氧树脂预聚物、三乙胺和酮亚胺，将环氧树脂预聚物和三乙胺先搅拌17min，继续加入酮亚胺搅拌17min，得改性环氧树脂；取5份改性环氧树脂、9份去离子水、0.7份硅烷偶联剂KH-550、0.7份交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺，以130r/min的转速搅拌20~30min，得水性环氧树脂涂料。

实例3

按重量份数计，取1.5份马来酸酐、5份质量分数为40%的N，N-二甲基甲酰胺溶液、6份环氧树脂，加入至装有温度计、恒压滴液漏斗、搅拌器和氮气管的干燥四口烧瓶中，以25mL/min的速度通入氮气3min后，将温度调节至70℃，将质量分数为10%的硫酸溶液倒入恒压滴液漏斗中，以6mL/min的速度滴加至四口烧瓶中，待滴加完毕后将温度调节至85℃，以200r/min的转速搅拌2.5h，得反应产物；按质量比1:5，将反应产物与去离子水混合，以650r/min的转速搅拌6min，静置5min，过滤，得滤饼并置于50℃的烘箱中24h，得环氧树脂预聚物；按重量份数计，取2份乙二胺和15份丙酮，加入至装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，温度调节至95℃，以180r/min的转速搅拌80min，随后加入与乙二胺重量相同的甲苯，温度和转速不变继续搅拌2.0h，将得到的搅拌液进行减压蒸馏，得酮亚胺；按质量比10:2:1，取环氧树脂预聚物、三乙胺和酮亚胺，将环氧树脂预聚物和三乙胺先搅拌20min，继续加入酮亚胺搅拌20min，得改性环氧树脂；取6份改性环氧树脂、10份去离子水、0.8份硅烷偶联剂KH-550、0.8份交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺，以140r/min的转速搅拌30min，得水性环氧树脂涂料。

将制备得的一种水性环氧树脂涂料及福熙涂料有限公司生产的涂料进行检测，具体检测如下：

（1）附着力测试

附着力是涂层的物理机械性能的重要指标，采用划格法对涂层的附着力进行测试，根据GB/T9286-1998级别为0-5级，其中0级表明漆膜的附着力最好，5级说明

漆膜附着力最差。

（2）柔韧性测试

柔初性指的是漆膜能承受破坏度的最小轴棒直径，轴棒的截面直径分为2mm、

3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm。根据GB/T1731-1993法，采用BGDW3圆柱弯曲试验仪对涂层柔初性进行测试，将样板涂膜朝上，贴靠在相应直径的轴棒上，用拇指绕轴棒弯曲样板，弯曲后拇指应对称于轴棒的中也线，弯曲时间2～3秒，取下样板，目测或用4倍放大镜观察涂膜是否产生网纹或出现剥落、裂纹等现象。

（3）漆膜耐酸性测试

将制备的涂料均匀涂抹在120mm×50mm×lmm的经洗净烘干的测试级钢板上，

攘膜的厚度应适中，待涂膜完全固化后，用3M胶带进行封边处理，然后将钢板约

2/3处浸泡在质量分数为10%的HC1溶液中，观察漆膜表面有无出现起泡、起皮或脱落等变化

（4）漆膜耐碱性测试

将制备的涂料均匀涂抹在120mm×50mm×lmm的经洗净烘干的测试级钢板上，

漆膜的厚度应适中，待涂膜完全固化以后，用3M胶带进行封边处理，然后将钢板约

2/3处浸泡在质量分数为10%的KOH溶液中，观察漆膜表面有无出现起泡、起皮或脱落等变化。

（5）漆膜耐盐性测试

将制备的涂料均匀涂抹在120mm×50mm×lmm的经洗净烘干的测试级钢板上，

漆膜的厚度应适中，待涂膜完全固化W后，用3M胶带进行封边处理，然后将钢板约

2/3处浸泡在质量分数为5%的NaCl水溶液中，观察漆膜表面有无出现起泡、起皮或脱落等变化。

具体测试结果如表1。

表1水性环氧树脂涂料性能表征

由表1可知，本发明制得的一种水性环氧树脂涂料，附着力为0级，在附着力方面有显著提高，耐化学品腐蚀能力也有提高。本发明在制备水性环氧树脂涂料的过程中，用酮亚胺和三乙胺改性环氧树脂，使制备的涂料膜柔韧性能有了较明显的增强。

Claims (5)

1.一种水性环氧树脂涂料的制备方法，其特征在与具体制备步骤为：

按重量份数计，取1.0~1.5份份马来酸酐、3~5份质量分数为40%的N,N-二甲基甲酰胺溶液、5~6份环氧树脂，加入至四口烧瓶中，通入氮气，滴加硫酸溶液后搅拌，得反应物；

将得到的反应产物倒入至盛有去离子水的烧瓶中搅拌，过滤，烘干后，得环氧树脂预聚物；

按重量份数计，取1~2份乙二胺和10~15份丙酮，加入至三口烧瓶中，搅拌后加入甲苯，搅拌后减压蒸馏，得酮亚胺；

按质量比10:2:1，取环氧树脂预聚物、三乙胺和酮亚胺，将环氧树脂预聚物和三乙胺先搅拌，然后加入酮亚胺搅拌，得改性环氧树脂；

按重量份数计，取5~6份改性环氧树脂、9~10份去离子水、0.5~0.8份硅烷偶联剂和0.6~0.8份交联剂，搅拌，得水性环氧树脂涂料。

2.根据权利要求1所述的一种水性环氧树脂涂料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的氮气的速度为20~25mL/min。

3.根据权利要求1所述的一种水性环氧树脂涂料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的硫酸溶液的质量分数为10%。

4.根据权利要求1所述的一种水性环氧树脂涂料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的硫酸溶液的滴加速度为5~6mL/min。

5.根据权利要求1所述的一种水性环氧树脂涂料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的甲苯的重量与乙二胺重量相同。