CN107793576A

CN107793576A - 一种单组份水性环氧乳液及其制备方法

Info

Publication number: CN107793576A
Application number: CN201710889665.6A
Authority: CN
Inventors: 张小宾; 陶纯初
Original assignee: WUJIANG GOODE EIS SHARE Co Ltd
Current assignee: WUJIANG GOODE EIS SHARE Co Ltd
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-03-13

Abstract

本发明提供了一种单组份水性环氧乳液及其制备方法。本发明的单组份水性环氧乳液，由乳化剂、环氧树脂和水制备而成，所述乳化剂、环氧树脂和水的质量比为1:(2～4):(5～7)。本发明合成的环氧乳液采用水为介质，无任何溶剂参与，固化后对环境友好，无毒无害；合成的环氧乳液具有很好的附着力，对金属表面有很好的粘结和绝缘保护；合成的环氧乳液为单组份产品稳定性好，可在室温下保持1年的储存期限，并且不分层，固化时产品粘结性好。

Description

一种单组份水性环氧乳液及其制备方法

技术领域

本发明属于环氧树脂技术领域，涉及一种单组份水性环氧乳液及其制备方法。

背景技术

环氧树脂本身具有良好的物理和化学性能，并且拥有优良的粘结性能，能很好的粘附金属和非金属材料等材质，同时环氧树脂固化收缩率低，一般只有1～2％，相对于其他溶剂型和无溶剂的聚酯和醇酸树脂，环氧树脂固化时VOC挥发很小，制品尺寸稳定性好，固化后产品硬度高，耐化学性稳定，优良的电性能。

近年来，为了迎合国家提倡的绿色、环保的要求，不断研发出各类水性环氧树脂产品，但真正意义上的水性环氧树脂产品的内部还是含有一定的助溶剂，也就是人们通常使用的溶剂类产品，对于环境和人类健康还是存在一定的危害性。

CN102675859A公开了一种超高分子量单组份水性环氧树脂乳液，它包括改性环氧树脂、高效乳化剂、表面活性剂、共溶剂和水；所述环氧树脂乳液按改性超环氧树脂100％，高效乳化剂5-35％，表面活性剂0-1％，共溶剂0-70％，适量水组成；所述的改性环氧树脂包括：超高分子量环氧树脂、聚乙二醇醚、双亲性化合物、异氰酸酯、封闭剂和催化剂；所述的超高分子量环氧树脂为环氧当量大于2000的双酚A型环氧树脂；所述的高效乳化剂包括超高分子量环氧树脂、聚醚、有机硅和催化剂。该发明制备出的树脂具有分散相粒径小、分布均匀，稳定性高；漆膜防腐性能优异、柔韧性好、附着力强；与低分子量环氧相比，制成的复合材料界面结合力强，使得制品力学性能及耐老化性能得以大幅度提高；与双组份环氧相比，使用更为简便，效率更高，但是其使用了共溶剂，环境友好性能有待提高。

CN102675861A公开了一种单组份水性环氧树脂乳液，包括改性环氧树脂，高效乳化剂，表面活性剂，共溶剂和水；其中：改性环氧树脂100％，高效乳化剂5-35％，表面活性剂0-1％，共溶剂0-70％，适量水；改性环氧树脂包括环氧树树脂、聚乙二醇醚、异氰酸酯、封闭剂和催化剂；所述的高效乳化剂由环氧树脂、聚醚、有机硅和催化剂；所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钾中的一种或两种以上的混合物；所述的共溶剂为丙二醇甲醚，乙二醇乙醚，乙二醇甲醚及双丙酮中的一种或两种以上的混合物；所述的封闭剂为己内酰胺、苯酚、甲乙酮肟中的一种或两种以上的混合物；所述的催化剂为2-乙基-4-甲基咪唑、三苯基磷、三苯基磷化氢或苄基二甲胺中的一种或两种以上的混合物。该发明的单组份水性环氧树脂乳液虽然也是单组份的高效乳液，但是因其也使用了共溶剂，还会产生一定的VOC。

因此，开发一种单组份的不含溶剂的环境友好型环氧乳液很有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种单组份水性环氧乳液，以水为介质，不包含溶剂，环境友好，固化后附着力好，成膜性好，绝缘性能高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种单组份水性环氧乳液，由乳化剂、环氧树脂和水制备而成，所述乳化剂、环氧树脂和水的质量比为1:(2～4):(5～7)。本发明合成的环氧乳液采用水为介质，无任何溶剂参与，固化后对环境友好，无毒无害。例如，所述乳化剂、环氧树脂和水的质量比为1:2:7、1:3:6、1:4:5。

所述乳化剂的制备原料包括聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐和苄基缩水甘油醚，所述聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐和苄基缩水甘油醚的质量比为8:(3～5):(15～26):(0.5～1)。

所述酸酐为顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸酐、苯酐和对苯二甲酸酐中的一种或至少两种的混合物。典型但非限制的实施方式为：所述混合物为顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸酐的混合物，顺丁烯二酸酐、苯酐的混合物，顺丁烯二酸酐、对苯二甲酸酐的混合物，反丁烯二酸酐、苯酐的混合物，反丁烯二酸酐、对苯二甲酸酐的混合物，苯酐和对苯二甲酸酐的混合物；所述混合物为顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸酐、苯酐的混合物，顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸酐、对苯二甲酸酐的混合物，反丁烯二酸酐、苯酐和对苯二甲酸酐的混合物；所述混合物为顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸酐、苯酐和对苯二甲酸酐的混合物。

所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂或改性双酚F型环氧树脂。

所述水为去离子水或纯水。

本发明的目的之二在于提供一种单组份水性环氧乳液的制备方法，包括如下步骤：

1)将聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐和苄基缩水甘油醚置于反应器中，加热反应，冷却后得到乳化剂，其中，所述聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐和苄基缩水甘油醚的质量比为8:(3～5):(15～26):(0.5～1)；

2)将步骤1)制得的乳化剂和环氧树脂加入反应器中，加热搅拌，冷却后缓慢滴加水，所述乳化剂、环氧树脂和水的质量比为1:(2～4):(5～7)，搅拌均匀后得到所述的单组份水性环氧乳液。

本发明的单组份的水性环氧树脂乳液，完全采用水为分散介质，从而达到安全、绿色环保、无毒无害的要求，并且产品具有环氧所特有的粘结性及附着力高、耐腐蚀等特性。但产品采用水作分散介质存在固化需要高温固化，并且固化时间很长，需要通过提高调整固化速度和降低固化温度，从而保证合理的固化效果，同时保证产品的储存稳定性。

步骤1)中，所述加热的温度为160～180℃，例如加热温度为160℃、165℃、170℃、175℃、180℃；所述反应的时间为2～4小时，例如反应时间为2小时、3小时、4小时；所述冷却的温度为20～50℃，例如冷却温度为20℃、30℃、40℃、50℃。

步骤2)中，所述加热的温度为90～130℃，例如加热温度为90℃、100℃、110℃、120℃、130℃；所述加热搅拌的速度为1000～1500r/min，例如加热搅拌的速度为1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min、1500r/min；所述加热搅拌的时间为2～4小时，例如加热搅拌时间为2小时、3小时、4小时；所述冷却的温度为60～80℃，例如冷却温度为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃。

步骤2)中，缓慢滴加水后的搅拌速度为500～800r/min，例如缓慢滴加水后的搅拌速度为500r/min、550r/min、600r/min、650r/min、700r/min、750r/min、800r/min；缓慢滴加水时控制粘度为2000～5000mPa·s，例如缓慢滴加水时控制粘度为2000mPa·s、3000mPa·s、4000mPa·s、5000mPa·s；所述搅拌的时间为1～2小时。

作为本发明的优选方案，一种单组份水性环氧乳液的制备方法，包括如下步骤：

1)将聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐和苄基缩水甘油醚置于反应器中，160～180℃加热反应2～4小时，冷却至20～50℃后得到乳化剂，其中，所述聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐和苄基缩水甘油醚的质量比为8:(3～5):(15～26):(0.5～1)；

2)将步骤1)制得的乳化剂和环氧树脂加入反应器中，90～130℃加热搅拌2～4小时，所述加热搅拌的速度为1000～1500r/min，冷却至60～80℃后缓慢滴加水，所述乳化剂、环氧树脂和水的质量比为1:(2～4):(5～7)，以500～800r/min的速度搅拌1～2小时，缓慢滴加水时控制粘度为2000～5000mPa·s，搅拌均匀后得到所述的单组份水性环氧乳液。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明合成的环氧乳液具有很好的附着力，对金属表面有很好的粘结和绝缘保护，25℃的粘结力最高达18mPa·s，绝缘性能最高达3600(v/mil)，130℃单边成膜厚度最高达1.4mil，可替代常规的溶剂型产品。

(2)本发明合成的环氧乳液采用水为介质，无任何溶剂参与，固化后对环境友好，无毒无害。

(3)本发明合成的环氧乳液为单组份产品稳定性好，可在室温下保持1年的储存期限，并且不分层，固化时产品粘结性好。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。

实施例1

1)聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐、苄基缩水甘油醚按质量比为8:3:15:0.5置于反应器中，加热至160℃，反应2小时，冷却至50℃以下，得到乳化剂；

2)将乳化剂和环氧树脂加入反应器中，加热90℃，均匀搅拌，搅拌速度1000r/min，保持2小时后冷却降温至60℃，缓慢滴加水或纯净水，其中，乳化剂、环氧树脂、水的质量比为1:2:7，同时控制搅拌速度500r/min，滴加完成后搅拌1小时充分搅拌均匀后得到环氧乳液。

实施例2

1)聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐、苄基缩水甘油醚按质量比为8:4:20:0.8置于反应器中，加热至170℃，反应3小时，冷却至50℃以下，得到乳化剂；

2)将乳化剂和环氧树脂加入反应器中，加热110℃，均匀搅拌，搅拌速度1200r/min，保持3小时后冷却降温至60℃，缓慢滴加水或纯净水，其中，乳化剂、环氧树脂、水比例为1:3:6，同时控制搅拌速度650r/min，滴加完成后搅拌1小时充分搅拌均匀后得到环氧乳液。

实施例3

1)聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐、苄基缩水甘油醚按质量比为8:5:26:1置于反应器中，加热至170℃，反应3小时，冷却至50℃以下，得到乳化剂；

2)将乳化剂和环氧树脂加入反应器中，加热110℃，均匀搅拌，搅拌速度1200r/min，保持3小时后冷却降温至60℃，缓慢滴加水或纯净水，其中，乳化剂、环氧树脂、水比例为1:4:5，同时控制搅拌速度650r/min，滴加完成后搅拌1小时充分搅拌均匀后得到环氧乳液。

实施例4

1)聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐、苄基缩水甘油醚按质量比为8:3:26:0.5置于反应器中，加热至170℃，反应3小时，冷却至50℃以下，得到乳化剂；

实施例5

2)将乳化剂和环氧树脂加入反应器中，加热110℃，均匀搅拌，搅拌速度1200r/min，保持3小时后冷却降温至60℃，缓慢滴加水或纯净水，其中，乳化剂、环氧树脂、水比例为1:2:7，同时控制搅拌速度650r/min，滴加完成后搅拌1小时充分搅拌均匀后得到环氧乳液。

对比例1

2)将乳化剂和环氧树脂加入反应器中，加热110℃，均匀搅拌，搅拌速度1200r/min，保持3小时后冷却降温至60℃，缓慢滴加水或纯净水，其中，乳化剂、环氧树脂、助溶剂、水比例为1:3:1:5，其中助溶剂选自苯乙烯、丙酮、甲苯和二甲苯中的一种或至少两种的混合物，同时控制搅拌速度650r/min，滴加完成后搅拌1小时充分搅拌均匀后得到水性环氧树脂。

对实施例1-5和对比例1制得的环氧树脂的性能进行测试，测试结果如表1所示。

表1

相对于现有技术中的添加了助溶剂的溶剂型环氧树脂，本发明的环氧乳液采用水为介质，无任何溶剂参与，固化后对环境友好，无毒无害；本发明合成的环氧乳液具有很好的附着力，对金属表面有很好的粘结和绝缘保护，25℃的粘结力最高达18mPa·s，绝缘性能最高达3600(v/mil)，130℃单边成膜厚度最高达1.4mil，可替代常规的溶剂型产品；同时，本发明合成的环氧乳液为单组份产品稳定性好，可在室温下保持1年的储存期限，并且不分层，固化时产品粘结性好。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种单组份水性环氧乳液，其特征在于，由乳化剂、环氧树脂和水制备而成，所述乳化剂、环氧树脂和水的质量比为1:(2～4):(5～7)。

2.根据权利要求1所述的单组份水性环氧乳液，其特征在于，所述乳化剂的制备原料包括聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐和苄基缩水甘油醚，所述聚乙二醇、聚乙二醇单醚、酸酐和苄基缩水甘油醚的质量比为8:(3～5):(15～26):(0.5～1)。

3.根据权利要求2所述的单组份水性环氧乳液，其特征在于，所述酸酐为顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸酐、苯酐和对苯二甲酸酐中的一种或至少两种的混合物。

4.根据权利要求1所述的单组份水性环氧乳液，其特征在于，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂或改性双酚F型环氧树脂；

优选地，所述水为去离子水或纯水。

5.一种如权利要求1-4之一所述的单组份水性环氧乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述加热的温度为160～180℃，所述反应的时间为2～4小时，所述冷却的温度为20～50℃。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述加热的温度为90～130℃，所述加热搅拌的速度为1000～1500r/min，所述加热搅拌的时间为2～4小时，所述冷却的温度为60～80℃。

8.根据权利要求5-7之一所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，缓慢滴加水后的搅拌速度为500～800r/min，缓慢滴加水时控制粘度为2000～5000mPa·s，所述搅拌的时间为1～2小时。

9.根据权利要求5-8之一所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：