CN107760167A - 一种含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料及制备方法 - Google Patents

一种含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水性环氧涂料技术领域，公开了一种含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料及制备方法。本发明水性环氧涂料包括以下质量份计的组分：环氧树脂100份；聚醚改性水性环氧树脂15～100份；水溶性硅油0～20份；消泡剂0.3～3份；流平剂0.5～2份；分散剂0.05～1份；颜料2～16份；填料20～150份；水100～350份；水性固化剂5～80份；所述聚醚改性水性环氧树脂的制备：以摩尔比为1.2:1～1:1.2的环氧树脂和聚醚为原料，溶剂体系，催化剂作用50～180℃反应2～5小时，除去溶剂，得到聚醚改性水性环氧树脂，具有粒子较细、性能稳定、固化产物硬度和耐冲击性能优良等特点，具有突出推广前景。

Description

一种含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料及制备方法
技术领域
本发明属于水性环氧涂料技术领域，特别涉及一种含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料及制备方法。
背景技术
环氧涂料是一种具有优良力学性能、防腐性能和黏结性及化学稳定性的胶黏材料，广泛应用于防腐涂料、工业地坪涂料等。但目前主导产品大部分为溶剂型，所含的有机溶剂易燃易爆、易挥发、气味大、使用时造成空气污染，具有或多或少的毒性，对环境和人体造成了很大的危害。近年来，环境保护日益受到人们的重视，许多国家颁布了控制挥发性有机化合物(VOC)的法规，执行标准愈加严格。这些因素促使世界各国研究人员花费相当大的精力进行水性产品的开发，但目前市面上出现的水性环氧涂料与溶剂型产品相比，其性能上还是存在较大差距，因此开发新型高性能水性环氧涂料并用其逐步取代溶剂型产品，具有重要的现实意义和广阔的应用前景，是我们国家经济建设的迫切要求。
目前，对环氧树脂水性化改性的方法可分为两大类，即外加乳化剂法和化学改性法。外加乳化剂法是在加入一定量乳化剂的作用下，借助于超声波振荡、高速搅拌或均质机乳化等手段将环氧树脂以微粒状态分散于水中，形成稳定的水乳液。这样得到的乳化体系一般粒径较大，难以达到理想的贮存稳定性。同时由于使用了较多的乳化剂，这些乳化剂最终大部分会留在固化物中，从而使固化物的机械性能、耐水性和耐溶剂性等比溶剂型的差。化学改性方法主要是通过打开环氧基引入极性基团和通过自由基引发接枝反应将极性基团引入环氧树脂分子链上，使环氧树脂获得水溶性或水分散性。这种方法制备的乳液粒径可以达到纳米级别，稳定性高，固化涂膜性能优良。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种无环境污染、高性能的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料。
本发明涂料为双组分涂料，包含水性环氧树脂乳液和水性固化剂组成。其中：水性环氧树脂乳液是通过环氧树脂与聚醚二元醇及其单甲醚或丙二醇嵌段聚醚中的至少一种反应制备得到的产物，或将该产物作为乳化剂对低分子量的环氧树脂加水进行乳化得到。水性固化剂为多胺类化合物或其改性物中的至少一种。
本发明的水性环氧涂料中含有具有非离子型的聚醚改性环氧树脂，解决目前由离子化改性技术制备的水性环氧树脂填充比不高以及固化涂膜柔韧性和耐水性较差的缺点，具有长适用期、化学稳定性和耐水性等优良性能；制备方法条件温和，工艺简单。
本发明另一目的在于提供一种上述无环境污染、高性能的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料的制备方法。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种无环境污染、高性能的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料，包括以下质量份计的组分：
所述的聚醚改性水性环氧树脂，由包括以下步骤的方法制备得到：以摩尔比为1.2:1～1:1.2的环氧树脂和聚醚为原料，溶剂体系中，催化剂作用下50～180℃反应2～5小时，除去溶剂，得到聚醚改性水性环氧树脂。
所述的聚醚为聚醚二元醇及其单甲醚或丙二醇嵌段聚醚中的至少一种，分子量为500～10000。
所述的聚醚二元醇优选为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇中的至少一种，分子量优选为500～10000。
所述溶剂可为醚类溶剂或酮类溶剂，或两者的混合物。
所述的催化剂可为三苯基膦、三苯基磷化氢、磷化氢、三氟化硼乙醚、四丁基溴化铵和过硫酸钾中的至少一种。
所述的水性固化剂可为多胺类化合物及其改性物中的至少一种。
所述的多胺类化合物可为多乙烯多胺，如可为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和异佛尔酮二胺中的至少一种。
本发明中，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和酚醛环氧树脂中的至少一种。
所述的水溶性硅油优选为204水溶性硅油。
所述的消泡剂优选为聚硅氧烷类消泡剂，更优选为德国毕克(BYK)的消泡剂BYK066。
所述的流平剂优选为氟碳流平剂，更优选为EFKA3777。
所述的分散剂优选为德国BYK公司的BYK-P104、BYK-P105和BYK163中的至少一种。
所述的颜料根据需要可以是有机类或无机类颜料，包括钛白粉、炭黑、酞菁、铬黄、耐晒黄、氧化铁红和氧化铁黑等中的至少一种。
所述的填料优选为高岭土、石英砂、滑石粉和碳酸钙中的至少一种，更优选为至少两种。
本发明还提供一种上述含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料的制备方法，包括以下步骤：
按配方量将环氧树脂、聚醚改性水性环氧树脂、水溶性硅油、分散剂、消泡剂、流平剂、蒸馏水均匀混合，在900～1500r/min的搅拌条件下，加入颜料和填料，分散至细度小于等于20μm；再加入水性固化剂，混合均匀，即得本发明水性环氧涂料。
本发明的水性环氧涂料，在使用前按上述方法制备，均匀搅拌，熟化10min左右后即可使用。
本发明涂料主要成膜物质是由水分散性聚醚改性水性环氧树脂和水性固化剂在一定工艺条件下分散而成，固化后的漆膜有高交联密度、附着力强、高硬度、高固含量等特征。本发明的水性环氧涂料由于含有聚醚改性水性环氧树脂，其与传统的溶剂型环氧涂料相比，在保持环氧涂料基本性能前提下，具有更好的环保性能。
本发明利用聚醚与环氧树脂的化学反应，通过羟基与环氧树脂主链的部分环氧基开环反应，将亲水基团引入环氧树脂，使每个树脂分子中保留尽可能多的环氧基。这样，一方面使树脂具备了水溶性或水分散性，另一方面又保留了相当数量的环氧基，使改性树脂的亲水性和反应活性达到合理的平衡，从而克服了以往改性方法难以两者兼得的矛盾，具有优良的应用价值。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
本发明通过化学改性法制备得到聚醚改性环氧树脂，制备方法工艺简单，原料易得，实施方便，有利于实际生产中降低成本，实用性强，利用其制备得到水性环氧涂料，具有粒子较细、性能稳定、固化产物硬度和耐冲击性能优良等特点，因此具有突出的推广前景。
本发明提供的涂料具有以下的主要性能：
1、环氧树脂乳液的稳定性：
a)离心稳定性：3000r/min，30分钟不分层；
b)储存稳定性：6个月乳液不破乳分层；
c)平均粒径：＜1μm。
2、适用期：＞6小时。
3、耐磨性750克1000转，失重＜0.05g(GB/T 1768-2006)。
4、涂膜硬度(铅笔硬度)：≥2H(GB/T 6739-2006)。
5、耐水性：25℃、24小时：不起泡，不剥落(GB/T 1733-1993)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。
实施例1
(1)将50g F-51酚醛环氧树脂和150g聚乙二醇2000单甲醚混合，通入氮气排除空气，然后加热至70℃，再加入1.6g四丁基溴化铵，反应体系温度上升，控制反应温度为90～100℃，持续反应5小时，产品为浅黄色粘性液体。
(2)将步骤(1)中合成的水性环氧树脂15g，F-51酚醛环氧树脂100g，204水溶性硅油5g，消泡剂BYK066 0.3g，分散剂BYK-P104 0.05g，流平剂EFKA3777 0.8g混合，蒸馏水150g均匀混合，在900r/min的搅拌条件下，加入钛白粉16g，高岭土20g，而后分散直至细度小于20μm。再加入593固化剂35g，用强力搅拌机混合均匀，即得本发明所述成品水性环氧涂料。
乳液性能：将制得的水性环氧树脂乳液用水稀释后，用激光散射仪进行测定乳液粒径；按GB/T 6753.3—1986测定乳液贮存稳定性。得到以下乳液性能：乳液固含量：30％，乳液粒径：758nm，离心稳定性：3000r/min，30分钟不分层；储存稳定性：6个月乳液不破乳分层。
乳液成膜性能：按GB/T 1768—2006测试涂膜的耐磨性；按GB/T 6739—2006测试涂膜的铅笔硬度；按GB/T1733—1993测定涂膜的耐水性。得到以下成膜性能：耐磨性750克1000转，失重0.04g；涂膜硬度(铅笔硬度)：2H；耐水性：25℃、24小时：不起泡，不剥落。
实施例2
(1)将200g聚乙二醇2000和20g聚丙二醇2000混合物在120℃条件下脱水2小时，而后降温至70℃，加入丁酮中配成溶液。将43g E-51树脂投入烧瓶中，通入氮气排除空气，然后加热至100℃。滴加聚乙二醇和聚丙二醇混合物的丁酮溶液，同时滴加1.32g三苯基膦的丁酮溶液，反应体系温度上升，控制反应温度为120℃，持续反应3小时，蒸馏除去溶剂，产品为浅黄色粘性液体。
(2)将步骤(1)中合成的水性环氧树脂18g，E-20树脂100g，204水溶性硅油10g，消泡剂BYK066 0.3g，分散剂BYK-P104 0.05g，流平剂EFKA37770.8g混合，蒸馏水150g均匀混合，在900r/min的搅拌条件下，加入钛白粉16g，高岭土20g，而后分散直至细度小于20μm。再加入二乙烯三胺5g，用强力搅拌机混合均匀，即得本发明所述成品水性环氧涂料。
乳液性能：将制得的水性环氧树脂乳液用水稀释后，用激光散射仪进行测定乳液粒径；按GB/T 6753.3—1986测定乳液贮存稳定性。得到以下乳液性能：乳液固含量：30％，乳液粒径：674nm，离心稳定性：3000r/min，30分钟不分层；储存稳定性：6个月乳液不破乳分层。
乳液成膜性能：按GB/T 1768—2006测试涂膜的耐磨性；按GB/T 6739—2006测试涂膜的铅笔硬度；按GB/T1733—1993测定涂膜的耐水性。得到以下成膜性能：耐磨性750克1000转，失重0.04g；涂膜硬度(铅笔硬度)：2H；耐水性：25℃、24小时：不起泡，不剥落。
实施例3
(1)将300g聚乙二醇3000在120℃条件下脱水2小时，而后降温至70℃，加入丁酮中配成溶液。将68g E-44树脂投入烧瓶中，通入氮气排除空气，然后加热至160℃。滴加聚乙二醇的丙二醇丁醚溶液，同时滴加1.84g过硫酸钾的丁酮溶液，反应体系温度上升，控制反应温度为180℃，持续反应4小时，蒸馏除去溶剂，产品为浅黄色粘性液体。
(2)将步骤(1)中合成的水性环氧树脂40g，E-44树脂100g，204水溶性硅油5g，消泡剂BYK066 1.8g，分散剂BYK-P104 0.05g，流平剂EFKA37770.8g混合，蒸馏水150g均匀混合，在900r/min的搅拌条件下，加入钛白粉16g，高岭土20g，而后分散直至细度小于20μm。再加入三乙烯四胺15g，用强力搅拌机混合均匀，即得本发明所述成品水性环氧涂料。
乳液性能：将制得的水性环氧树脂乳液用水稀释后，用激光散射仪进行测定乳液粒径；按GB/T 6753.3—1986测定乳液贮存稳定性。得到以下乳液性能：乳液固含量：30％，乳液粒径：478nm，离心稳定性：3000r/min，30分钟不分层；储存稳定性：6个月乳液不破乳分层。
乳液成膜性能：按GB/T 1768—2006测试涂膜的耐磨性；按GB/T 6739—2006测试涂膜的铅笔硬度；按GB/T1733—1993测定涂膜的耐水性。得到以下成膜性能：耐磨性750克1000转，失重0.02g；涂膜硬度(铅笔硬度)：2H；耐水性：25℃、24小时：不起泡，不剥落。
实施例4
(1)将200g丙二醇嵌段聚醚L44在120℃条件下脱水2小时，而后降温至70℃，加入丁酮中配成溶液。将37g E-54树脂投入烧瓶中，通入氮气排除空气，然后加热至60℃。滴加丙二醇嵌段聚醚的丁酮溶液，同时滴加1.18g三氟化硼乙醚的丁酮溶液，反应体系温度上升。控制反应温度为80℃，持续反应2小时，蒸馏除去溶剂，产品为浅黄色粘性液体。
(2)将步骤(1)中合成的水性环氧树脂30g，E-54树脂100g，204水溶性硅油10g，消泡剂BYK066 3g，分散剂BYK-P104 1g，流平剂EFKA3777 1g混合，蒸馏水200g均匀混合，在900r/min的搅拌条件下，加入钛白粉12g，高岭土50g，而后分散直至细度小于20μm。再加入N-AEP固化剂32g，用强力搅拌机混合均匀，即得本发明所述成品水性环氧涂料。
乳液性能：将制得的水性环氧树脂乳液用水稀释后，用激光散射仪进行测定乳液粒径；按GB/T 6753.3—1986测定乳液贮存稳定性。得到以下乳液性能：乳液固含量：30％，乳液粒径：567nm，离心稳定性：3000r/min，30分钟不分层；储存稳定性：6个月乳液不破乳分层。
乳液成膜性能：按GB/T 1768—2006测试涂膜的耐磨性；按GB/T 6739—2006测试涂膜的铅笔硬度；按GB/T1733—1993测定涂膜的耐水性。得到以下成膜性能：耐磨性750克1000转，失重0.03g；涂膜硬度(铅笔硬度)：3H；耐水性：25℃、24小时：不起泡，不剥落。
实施例5
(1)将200g聚乙二醇2000单甲醚和50g聚乙二醇1000单甲醚混合物在120℃条件下脱水2小时，而后降温至70℃，加入丁酮中配成溶液。将90g F-51树脂投入烧瓶中，通入氮气排除空气，然后加热至100℃。滴加聚乙二醇2000单甲醚和聚乙二醇1000单甲醚混合物的丁酮溶液，同时滴加1.7g三苯基膦的丁酮溶液，反应体系温度上升，控制反应温度为120℃，持续反应3小时，蒸馏除去溶剂，产品为浅黄色粘性液体。
(2)将步骤(1)中合成的水性环氧树脂100g，E-51树脂100g，204水溶性硅油10g，消泡剂BYK066 3g，分散剂BYK-P104 1g，流平剂EFKA37772g混合，蒸馏水350g均匀混合，在900r/min的搅拌条件下，加入钛白粉16g，高岭土100g，而后分散直至细度小于20μm。再加入二乙烯三胺15g，用强力搅拌机混合均匀，即得本发明所述成品水性环氧涂料。
乳液性能：将制得的水性环氧树脂乳液用水稀释后，用激光散射仪进行测定乳液粒径；按GB/T 6753.3—1986测定乳液贮存稳定性。得到以下乳液性能：乳液固含量：30％，乳液粒径：258nm，离心稳定性：3000r/min，30分钟不分层；储存稳定性：6个月乳液不破乳分层。
乳液成膜性能：按GB/T 1768—2006测试涂膜的耐磨性；按GB/T 6739—2006测试涂膜的铅笔硬度；按GB/T1733—1993测定涂膜的耐水性。得到以下成膜性能：耐磨性750克1000转，失重0.02g；涂膜硬度(铅笔硬度)：3H；耐水性：25℃、24小时：不起泡，不剥落。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料，其特征在于包括以下质量份计的组分：
所述的聚醚改性水性环氧树脂，由包括以下步骤的方法制备得到：以摩尔比为1.2:1～1:1.2的环氧树脂和聚醚为原料，溶剂体系中，催化剂作用下50～180℃反应2～5小时，除去溶剂，得到聚醚改性水性环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料，其特征在于：所述的聚醚为聚醚二元醇及其单甲醚或丙二醇嵌段聚醚中的至少一种，分子量为500～10000；
所述的聚醚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇中的至少一种，分子量为500～10000。
3.根据权利要求1所述的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料，其特征在于：所述的水性固化剂为多胺类化合物及其改性物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料，其特征在于：所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和酚醛环氧树脂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料，其特征在于：所述的水溶性硅油为204水溶性硅油。
6.根据权利要求1所述的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料，其特征在于：所述的消泡剂为聚硅氧烷类消泡剂；所述的流平剂为氟碳流平剂；所述的分散剂为德国BYK公司的BYK-P104、BYK-P105和BYK163中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料，其特征在于：所述的消泡剂为德国毕克的消泡剂BYK066；所述的流平剂为EFKA3777。
8.根据权利要求1所述的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料，其特征在于：所述的颜料为有机类或无机类颜料；所述的填料为高岭土、石英砂、滑石粉和碳酸钙中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料，其特征在于：所述的颜料包括钛白粉、炭黑、酞菁、铬黄、耐晒黄、氧化铁红和氧化铁黑中的至少一种；所述的填料为高岭土、石英砂、滑石粉和碳酸钙中的至少两种。
10.一种权利要求1～9任一项所述的含聚醚改性水性环氧树脂的水性环氧涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
按配方量将环氧树脂、聚醚改性水性环氧树脂、水溶性硅油、分散剂、消泡剂、流平剂、蒸馏水均匀混合，在900～1500r/min的搅拌条件下，加入颜料和填料，分散至细度小于等于20μm；再加入水性固化剂，混合均匀，即得水性环氧涂料。
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