CN107916086B - 一种增韧型水性环氧树脂体系及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于胶黏剂技术领域，具体来说，涉及到一种增韧型水性环氧树脂体系及其制备方法。所述增韧型水性环氧树脂体系包括以增韧型水性环氧树脂乳化剂制备的增韧型水性环氧树脂乳液、增韧型水性环氧树脂固化剂。本发明具有如下优点：断裂伸长率较高、延展性好，具有较好的耐疲劳性能，也具有较好的粘附性，所制备的涂层不易脱落；引入的增韧型较为明显的二缩水聚醚和增韧剂有效的提升了其固化后的断裂伸长率，延展性好，裂纹少，具有较好的使用寿命，可防止涂层细微裂缝的二次发生；在乳化剂和乳液中均加入了具有增韧效果的二缩水聚醚和增韧剂，并在固化剂中也引入了长链的二缩水聚醚类化合物，使得该水性环氧体系韧性有了明显提升。

Description

一种增韧型水性环氧树脂体系及其制备方法
技术领域
本发明属于胶黏剂技术领域，具体来说，涉及到一种增韧型水性环氧树脂体系及其制备方法。
背景技术
目前胶黏剂领域研究的热点主要集中于绿色、环保、高性能、操作简单等方面。而胶黏剂水性化技术为上述目标的实现提供了可能。目前水性化胶黏剂中有水性环氧树脂、水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂等多种胶黏剂水性化技术。其中水性环氧树脂应用最为广泛，市场需求也最为强劲。
相比于传统的环氧树脂，水性环氧树脂节能环保、成本低廉、运输安全性高、施工操作方便、受天气影响较小等优点受到了广泛关注。水性环氧树脂体系主要用途，包括地坪涂料、外墙涂料、水泥砂浆、防渗堵漏材料、灌封材料、木器漆、玻纤碳纤上浆浸润定型、防腐防水涂料等诸多领域。而目前水性环氧树脂虽然技术已经较为成熟，但是在以涂料为主要的应用领域中，经常出现由于基底热胀冷缩而导致的表面涂层细微裂缝增加，进而导致防水防腐等性能不足的问题，由于上述问题的出现，经常需要在原有涂层上修复性涂刷新的涂层，以保证其防水防腐等性能。
而目前水性环氧树脂多以普通的非离子水性环氧树脂为主，而固化剂过以脂肪胺改性而制得，其涂层延展性和断裂伸长率较低，这也是导致上述问题出现的根本原因。为了解决水性环氧树脂涂层延展性和断裂伸长率不足引起的韧性较差、裂缝较多的问题，急需开发类似于传统环氧树脂胶黏剂一样的增韧型水性环氧树脂体系，以便提高其延展性和断裂伸长率。
发明内容
本发明提供了一种增韧型水性环氧树脂体系及其制备方法，该体系断裂伸长率大、延展性高，有较好的耐疲劳性。
本发明所述的一种增韧型水性环氧树脂体系，包括增韧型水性环氧树脂固化剂、以增韧型水性环氧树脂乳化剂制备的增韧型水性环氧树脂乳液；
1)所述增韧型水性环氧树脂乳化剂的制备方法具体包括如下步骤：
①称取摩尔量70～90份的双酚A环氧树脂E51、摩尔量0～10份增韧剂P24F，再取摩尔量10～20份的聚乙二醇二缩水甘油醚或/和聚丙二醇二缩水甘油醚，加入到四口烧瓶，通氮气保护，在85℃下搅拌10～30min，然后加入摩尔量100～105份的聚乙二醇6000，在85℃下继续搅拌30min，使其变成均匀透明的无色溶液；
②精确称取摩尔量1份的无水三氯化铝，迅速加入到上述反应容器中，保持温度85℃不变，搅拌反应2～4h；
③反应结束后，取出四口烧瓶，即可得到增韧型水性环氧乳化剂；
2)所述增韧型水性环氧树脂乳液的制备方法具体包括如下步骤：
①称取增韧型水性环氧乳化剂质量份10份加入到三口烧瓶中，将质量份为60～90份的双酚A环氧树脂E44、E51、E20中的一种或几种加入到上述三口烧瓶中，在70℃下搅拌10～30min，直至上述混合液混合均匀；
②向上述三口烧瓶中加入质量份为10～30份的聚丙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚和增韧剂P24F中的一种或多种，保持温度70℃下继续搅拌10～30min，直至混合液均匀；
③向上述三口烧瓶中缓慢滴加去离子水，滴加水量保证乳液固含量为50％，滴加速度为1份/min，搅拌速度为300rpm～1000rpm，优选600rpm，滴加完去离子水后，搅拌60～120min出料，即可得到增韧型水性环氧树脂乳液；
3)所述的增韧型水性环氧树脂固化剂的的制备方法具体包括如下步骤：
①称取摩尔量60～80份的乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或几种，再称取摩尔量20～40份的聚醚胺D230、D400、D2000中的一种或几种，在四口烧瓶中混合均匀，通氮气保护，在70～80℃下搅拌10min；
②取摩尔量100份的丁基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚一种或两种，缓慢滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度小于1份/min，保持在70～80℃搅拌4～6h，直至变成淡黄色透明稠状液体；
③将摩尔量50份的聚丙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚和增韧剂P24F中的一种或多种滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度小于1份/min，保持在70～80℃下搅拌4～6h，液体逐渐由黄色透明稠状液体变为黄白色稠状不透明液体，粘度增加明显；
④保持温度和转速不变，滴加去离子水到上述四口烧瓶中，配置成固含量为50％的溶液，搅拌1h后出料，即可得到增韧型水性环氧树脂固化剂。
所述型水性环氧树脂乳化剂为增韧型水性环氧树脂乳液质量的5％～8％。
所述增韧型水性环氧树脂乳液与增韧型水性环氧树脂固化剂质量比为10:6～10。
无水三氯化铝加入后，搅拌反应时间为4h。滴加去离子水时，搅拌速度为600rpm。
所述体系还包括占总质量0.1-2％的增塑剂，选自DBP、DOP、DMP、异黄绵马酸PB、DEP中的一种。
与现有技术相比，本发明所述的增韧型水性环氧树脂体系及其制备方法具有如下优点：该水性环氧树脂断裂伸长率较高、延展性好，具有较好的耐疲劳性能，也具有较好的粘附性，所制备的涂层不易脱落；该方法制备的水性环氧涂料中引入的增韧型较为明显的二缩水聚醚和增韧剂有效的提升了其固化后的断裂伸长率，延展性好，裂纹少，具有较好的使用寿命，可防止涂层细微裂缝的二次发生；该水性环氧树脂体系相比于现有的水性环氧树脂，在乳化剂和乳液中均加入了具有增韧效果的二缩水聚醚和增韧剂，并在固化剂中也引入了长链的二缩水聚醚类化合物，使得该水性环氧体系韧性有了明显提升。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的增韧型水性环氧树脂体系及其制备方法作进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
增韧型水性环氧乳化剂合成：
1)称取0.9mol环氧E51和0.1mol聚丙二醇二缩水甘油醚加入到四口烧瓶，通氮气保护，在85℃下搅拌30min，然后加入1.05mol聚乙二醇6000，在85℃下继续搅拌30min，液体变成均匀透明的无色溶液；
2)加入0.01mol的无水三氯化铝，迅速加入到上述反应容器中，保持温度85℃不变，搅拌反应4h，溶液呈现无色透明液体，反应结束后，即可得到增韧型水性环氧乳化剂。
增韧型水性环氧树脂乳液制备：
1)称取增韧型水性环氧乳化剂20g加入到三口烧瓶中，在称取160g环氧树脂E44加入到上述三口烧瓶中，在70℃下搅拌10min；
2)向上述三口烧瓶中加入10g聚丙二醇二缩水甘油醚和10g增韧剂P24F，保持温度70℃下继续搅拌30min；
3)向上述三口烧瓶中缓慢滴加200g去离子水，滴加速度为1g/min，搅拌速度为600rpm，滴加完去离子水后，继续搅拌60min出料，即可得到增韧型水性环氧树脂乳液。
增韧型水性环氧树脂固化剂制备：
1)称取0.3mol三乙烯四胺和0.2mol聚醚胺D230在四口烧瓶中混合均匀，通氮气保护，在70～80℃下搅拌10min；
2)将0.5mol的苄基缩水甘油醚，缓慢滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度1滴/s，保持在70～80℃搅拌4h，液体变为淡黄色透明稠状液体；
3)将0.25mol的聚丙二醇二缩水甘油醚滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度1滴/s，保持在70～80℃下搅拌6h，液体逐渐由黄色透明稠状液体变为黄白色稠状不透明液体；
4)保持温度和转速不变，滴加去离子水到上述四口烧瓶中，配置成固含量为50％的溶液，搅拌1h后出料，即可得到增韧型水性环氧树脂固化剂。
增韧型水性环氧树脂体系的制备：按质量比1:1取上述增韧型水性环氧树脂固化剂、增韧型水性环氧树脂乳液，混匀，即得。
实施例2
增韧型水性环氧树脂乳化剂制备方法与实施例1相同。
增韧型水性环氧树脂乳液制备：
1)称取增韧型水性环氧乳化剂30g加入到三口烧瓶中，在称取150g环氧树脂E44加入到上述三口烧瓶中，在70℃下搅拌10min；
2)向上述三口烧瓶中加入20g聚丙二醇二缩水甘油醚，保持温度70℃下继续搅拌30min；
3)向上述三口烧瓶中缓慢滴加200g去离子水，滴加速度为1g/min，搅拌速度为600rpm，滴加完去离子水后，继续搅拌60min出料，即可得到增韧型水性环氧树脂乳液。
增韧型水性环氧树脂固化剂制备：
1)称取0.3mol三乙烯四胺和0.2mol聚醚胺D400在四口烧瓶中混合均匀，通氮气保护，在70～80℃下搅拌10min；
2)将0.5mol的苄基缩水甘油醚，缓慢滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度1滴/s，保持在70～80℃搅拌4h，液体变为淡黄色透明稠状液体；
3)将0.25mol的聚乙二醇二缩水甘油醚滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度1滴/s，保持在70～80℃下搅拌6h，液体逐渐由黄色透明稠状液体变为黄白色稠状不透明液体；
4)保持温度和转速不变，滴加去离子水到上述四口烧瓶中，配置成固含量为50％的溶液，搅拌1h后出料，即可得到增韧型水性环氧树脂固化剂。
增韧型水性环氧树脂体系胶黏剂的制备：按质量比1:1取上述增韧型水性环氧树脂固化剂、增韧型水性环氧树脂乳液，再加入占总质量1％的增塑剂DBP，混匀，即得。
实施例3
增韧型水性环氧树脂乳化剂制备方法与实施例1相同。
增韧型水性环氧树脂乳液制备：
1)称取增韧型水性环氧乳化剂30g加入到三口烧瓶中，在称取150g环氧树脂E51加入到上述三口烧瓶中，在70℃下搅拌10min；
2)向上述三口烧瓶中加入20g聚乙二醇二缩水甘油醚，保持温度70℃下继续搅拌30min；
3)向上述三口烧瓶中缓慢滴加200g去离子水，滴加速度为1g/min，搅拌速度为600rpm，滴加完去离子水后，继续搅拌60min出料，即可得到增韧型水性环氧树脂乳液。
增韧型水性环氧树脂固化剂制备：
1)称取0.4mol三乙烯四胺，并加入0.1mol的聚醚胺D2000在四口烧瓶中混合均匀，通氮气保护，在70～80℃下搅拌10min；
2)将0.5mol的丙基缩水甘油醚，缓慢滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度1滴/s，保持在70～80℃搅拌4h，液体变为淡黄色透明稠状液体；
3)将0.25mol的聚丙二醇二缩水甘油醚滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度1滴/s，保持在70～80℃下搅拌6h，液体逐渐由黄色透明稠状液体变为黄白色稠状不透明液体；
4)保持温度和转速不变，滴加去离子水到上述四口烧瓶中，配置成固含量为50％的溶液，搅拌1h后出料，即可得到增韧型水性环氧树脂固化剂。
增韧型水性环氧树脂体系胶黏剂的制备：按质量比1:1取上述增韧型水性环氧树脂固化剂、增韧型水性环氧树脂乳液，再加入占总质量1％的增塑剂异黄绵马酸PB，混匀，即得。
实施例4
增韧型水性环氧树脂乳化剂制备方法与实施例1相同。
增韧型水性环氧树脂乳液制备：
1)称取增韧型水性环氧乳化剂30g加入到三口烧瓶中，在称取150g环氧树脂E51加入到上述三口烧瓶中，在70℃下搅拌10min；
2)向上述三口烧瓶中加入20g聚乙二醇二缩水甘油醚，保持温度70℃下继续搅拌30min；
3)向上述三口烧瓶中缓慢滴加200g去离子水，滴加速度为1g/min，搅拌速度为600rpm，滴加完去离子水后，继续搅拌60min出料，即可得到增韧型水性环氧树脂乳液。
增韧型水性环氧树脂固化剂制备：
1)称取0.4mol三乙烯四胺，并加入0.1mol的聚醚胺D2000在四口烧瓶中混合均匀，通氮气保护，在70～80℃下搅拌10min；
2)将0.5mol的丙基缩水甘油醚，缓慢滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度1滴/s，保持在70～80℃搅拌4h，液体变为淡黄色透明稠状液体；
3)将0.25mol的聚丙二醇二缩水甘油醚滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度1滴/s，保持在70～80℃下搅拌6h，液体逐渐由黄色透明稠状液体变为黄白色稠状不透明液体；
4)保持温度和转速不变，滴加去离子水到上述四口烧瓶中，配置成固含量为50％的溶液，搅拌1h后出料，即可得到增韧型水性环氧树脂固化剂。
增韧型水性环氧树脂体系胶黏剂的制备：按质量比1:1取上述增韧型水性环氧树脂固化剂、增韧型水性环氧树脂乳液，再加入占总质量1％的黄绵马酸PB，混匀，即得。
取实施例1-4所述产品及市售水性环氧树脂胶黏剂，性能测试如下表所示，试验方法参照相关标准，性能如下：
Figure BDA0001503467690000061
Figure BDA0001503467690000071

Claims (5)

1.一种增韧型水性环氧树脂体系，其特征在于，包括增韧型水性环氧树脂固化剂、以增韧型水性环氧树脂乳化剂制备的增韧型水性环氧树脂乳液；
1）所述增韧型水性环氧树脂乳化剂的制备方法具体包括如下步骤：
①称取摩尔量70~90份的双酚A环氧树脂E51、摩尔量0~10份增韧剂P24F，再取摩尔量10~20份的聚乙二醇二缩水甘油醚或/和聚丙二醇二缩水甘油醚，加入到四口烧瓶，通氮气保护，在85℃下搅拌10~30min，然后加入摩尔量100~105份的聚乙二醇6000，在85℃下继续搅拌30 min，使其变成均匀透明的无色溶液；
②精确称取摩尔量1份的无水三氯化铝，迅速加入到上述四口烧瓶中，保持温度85℃不变，搅拌反应2~4 h；
③反应结束后，取出四口烧瓶，即可得到增韧型水性环氧树脂乳化剂；
2）所述增韧型水性环氧树脂乳液的制备方法具体包括如下步骤：
①称取增韧型水性环氧树脂乳化剂质量份10份加入到三口烧瓶中，将质量份为60~90份的双酚A环氧树脂E44、E51、E20中的一种或几种加入到上述三口烧瓶中得到混合液，在70℃下搅拌10~30 min，直至上述混合液混合均匀；
②向上述三口烧瓶中加入质量份为10~30份的聚丙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚和增韧剂P24F中的一种或多种得到混合液，保持温度70℃下继续搅拌10~30min，直至混合液均匀；
③向上述三口烧瓶中缓慢滴加去离子水，滴加水量保证乳液固含量为50%，滴加速度为1 质量份/min，搅拌速度为300rpm~1000rpm，滴加完去离子水后，搅拌60~120 min出料，即可得到增韧型水性环氧树脂乳液；
3）所述的增韧型水性环氧树脂固化剂的制备方法具体包括如下步骤：
①称取摩尔量60~80份的乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或几种，再称取摩尔量20~40份的聚醚胺D230、D400、D2000中的一种或几种，在四口烧瓶中混合均匀，通氮气保护，在70~80℃下搅拌10 min；
②取摩尔量100份的丁基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚中的一种或两种，缓慢滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度小于1质量份/min，保持在70~80℃搅拌4~6 h，直至变成淡黄色透明稠状液体；
③将摩尔量50份的聚丙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚和增韧剂P24F中的一种或多种滴加到上述四口烧瓶中，滴加速度小于1质量份/min，保持在70~80℃下搅拌4~6h，液体逐渐由黄色透明稠状液体变为黄白色稠状不透明液体，粘度增加明显；
④保持温度和转速不变，滴加去离子水到上述四口烧瓶中，配置成固含量为50%的溶液，搅拌1h后出料，即可得到增韧型水性环氧树脂固化剂；
所述增韧型水性环氧树脂乳化剂为增韧型水性环氧树脂乳液质量的5%~8%。
2.根据权利要求1所述的增韧型水性环氧树脂体系，其特征在于，所述增韧型水性环氧树脂乳液与增韧型水性环氧树脂固化剂质量比为10:6~10。
3.根据权利要求1所述的增韧型水性环氧树脂体系，其特征在于，无水三氯化铝加入后，搅拌反应时间为4h。
4.根据权利要求1所述的增韧型水性环氧树脂体系，其特征在于，滴加去离子水时，搅拌速度为600 rpm。
5.根据权利要求1所述的增韧型水性环氧树脂体系，其特征在于，该体系还包括占总质量0.1-2%的增塑剂，所述增塑剂选自DBP、DOP、DMP、异黄绵马酸PB、DEP中的一种。
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