CN112409549A - 一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，其特征在于，所述乳化剂分子结构中含有亲水性的季铵盐阳离子和非离子长链水性化基团，多元脂肪胺位于所述乳化剂的支链位置，其制备采取自由基聚合法。该乳化剂能够与环氧树脂起固化反应的多元脂肪胺，具有自乳化性，同时多元脂肪胺结构使它与环氧树脂反应的交联密度更高、表干更快，使其具备固化速度快的特点，固化后的环氧树脂具有硬度高、韧性足的优点。

Description

一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂
技术领域
本发明涉及一种乳化剂，尤其涉及一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，属于环保技术领域。
背景技术
环氧树脂结构含有环氧基、羟基和醚键等活性基团，具有诸多优异的电绝缘性能、物理机械性能、耐腐蚀性能和粘结性能，它以直接或间接的方式渗透到人们生活的各个方面，在经济高科技领域，如航空航天、防腐涂料、建筑材料、工业地坪涂料等。环氧树脂涂料一般分为溶剂型环氧树脂和水性环氧树脂。随着世界经济和科技的发展，人们的环保意识日益增强。溶剂型环氧树脂在生产及施工过程中易挥发有机溶剂，对人类生态环境造成严重污染，危害人类健康，限制了发展及其应用。
与溶剂型涂料相比，水性环氧涂料使用安全、VOC含量低及气味小，可以用水清洗等突出优点。因此，水性环氧自乳化水性环氧固化剂从本质来讲既是一种固化剂，也是环氧树脂的乳化剂，其技术特点是将固化剂通过改性，改善其亲油亲水性，使之达到极性平衡。当环氧树脂、固化剂、水通过搅拌混合后，形成稳定分散多相结构。现存水性固化剂存在干燥速度慢、对环氧树脂乳化效率低的缺点。
中国专利CN201410828589.4提供了一种酰胺型自乳化水性环氧树脂固化剂的制备方法，包括酰胺基多胺长链的合成、自乳化水性环氧树脂固化剂的合成等步骤。该制备方法制得的酰胺型自乳化水性环氧树脂固化剂其分子结构中同时含有亲水性的酰胺基多胺长链结构和亲油性的双酚A树脂结构，不含聚醚长链和有机酸；酰胺基多胺长链结构使得漆膜具有很好的柔韧性、耐酸碱性等性能，不含聚醚长链和有机酸提高了漆膜的耐水性和拓宽了水性环氧树脂的应用领域；同时，多胺结构使得漆膜交联密度高，具有很高的铅笔硬度。由于该固化剂的酰胺结构，存在干燥速度慢的缺点。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂。
一种阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂，其特征在于，其分子结构中含有亲水性的季铵盐阳离子和非离子长链水性化基团；多元脂肪胺位于所述固化剂的支链位置，能够与环氧树脂起固化反应，且与环氧树脂反应的交联密度更高、表干更快。
按重量份数计，所述的阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂采取自由基聚合法，包括以下步骤：
(1)多元脂肪胺单体的制备：通氮气和冰浴条件下，向反应装置中加入10-12份二羟基取代的乙烯基单体，然后搅拌条件下向反应釜中逐滴滴加4-8份磺酸衍生物，反应过程通过碱性干燥管吸收反应中释放的酸性气体，整个过程温度不超过5℃，30min滴加完毕后继续保温反应2-5h，出料，得可取代烯，冰浴备用；冰浴条件下在反应釜中加入10-12份多乙烯基多胺化合物，搅拌，然后搅拌条件下向反应釜中逐滴滴加10-12份可取代烯，1h滴加完毕后继续搅拌保温反应2-3h，整个过程温度不超过5℃，得多元脂肪胺单体粗产物，以水为溶剂萃取多元脂肪胺单体粗产物中的盐，重复萃取上层3-5次后，上层经蒸馏除去水分后，得到多元脂肪胺单体；
(2)低温催化自由基聚合：将6-8份阳离子单体、4-6份支链型水性单体、8-15份步骤(1)中的多元脂肪胺单体，在混合装置中常温下搅拌均匀，得滴加液a备用；将0.5-1份引发剂溶于10份水溶溶剂中，得滴加液b备用；通氮气条件下，将15-25份水溶溶剂加入到反应器中，加热至50-60℃，分别从不同的滴加槽向反应器中匀速滴加滴加液a、滴加液b，二者同时在3-4h滴加完毕，滴加完毕后加入0.05-0.1份引发剂保温继续反应2-3h，冷却至室温得阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂。
所述的二羟基取代的乙烯基单体为3,4-二羟基-1-丁烯、顺-1,4-二羟基-2-丁烯、反-1,4-二羟基-2-丁烯、2,3-二羟基-1-丁烯中的至少一种。
所述的磺酸衍生物为对甲苯磺酸、对甲苯磺酰氯、氯磺酸、苯磺酰氯、邻甲苯磺酰氯、邻甲苯磺酸中的至少一种。
所述的碱性干燥管为氢氧化钙干燥管、生石灰干燥管、氢氧化钠干燥管中的至少一种。
所述的多乙烯基多胺化合物为异佛尔酮二胺、三甲基环已二元胺、乙二胺、二乙烯基三胺、三乙烯基四胺、四乙烯基五胺中的至少一种
所述的阳离子单体为N,N,N-三甲基烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、氯化N,N,N-三甲基-(1-(4-乙烯基苯基))甲铵、丙烯酰氧乙基三甲基溴化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基溴化铵、氯化N-甲基-2-乙烯吡啶、氯化N-甲基-4-乙烯基吡啶中的至少一种。
所述的支链型水性单体为甲基丙烯酸聚乙二醇酯、丙烯酸聚乙二醇酯、烯丙基聚乙二醇、甲基烯丙基聚乙二醇，其相对分子量为600-1200。
所述的引发剂为双氧水、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。
所述的水溶溶剂为乙醇、乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚中的至少一种。
相对于现有技术，本发明具有以下优点或有益效果：(1)本发明通过二羟基取代的乙烯基单体的取代反应，合成了多元脂肪胺单体，该单体胺值较高；(2)所述的多元脂肪胺单体作为自由基聚合的反应型催化剂，在作为单体参与聚合的同时，降低了聚合反应的温度；(3)本发明快干固化剂的分子结构中含有重复的亲水性的季铵盐阳离子、非离子长链水性化基团；能够与环氧树脂起固化反应的多元脂肪胺，具有自乳化性，同时多元脂肪胺结构使它与环氧树脂反应的交联密度更高、表干更快使其具备固化速度快的特点，经本发明固化后的环氧树脂具有硬度高、韧性足的优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的一种阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
一种阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂，其分子中含有亲水性的季铵盐阳离子和非离子长链水性化基团；能够与环氧树脂起固化反应的多元脂肪胺位于所述固化剂的支链位置，与环氧树脂反应的交联密度更高、表干更快。
按重量份数计，所述的阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂的自由基聚合法包括以下步骤：
(1)多元脂肪胺单体的制备：通氮气和冰浴条件下，向反应装置中加入12份3,4-二羟基-1-丁烯，然后搅拌条件下向反应釜中逐滴滴加8份对甲苯磺酰氯，反应过程通过氢氧化钙干燥管吸收反应中释放的酸性气体，整个过程温度不超过5℃，30min滴加完毕后继续保温反应5h，出料，得可取代烯，冰浴备用；冰浴条件下在反应釜中加入12份异佛尔酮二胺，搅拌，然后搅拌条件下向反应釜中逐滴滴加12份可取代烯，1h滴加完毕后继续搅拌保温反应3h，整个过程温度不超过5℃，得多元脂肪胺单体粗产物，以水为溶剂萃取多元脂肪胺单体粗产物中的盐，重复萃取上层5次后，上层经蒸馏除去水分后，得到多元脂肪胺单体。
(2)低温催化自由基聚合：将6份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、4份丙烯酸聚乙二醇酯、8份步骤(1)中的多元脂肪胺单体，在混合装置中常温下搅拌均匀，得滴加液a备用；将0.5份过氧化二苯甲酰溶于10份乙二醇单甲醚中，得滴加液b备用；通氮气条件下，将15份乙二醇单甲醚加入到反应器中，加热至50℃，分别从不同的滴加槽向反应器中匀速滴加滴加液a、滴加液b，二者同时在3h滴加完毕，滴加完毕后加入0.05份过氧化二苯甲酰保温继续反应2h，冷却至室温得阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂。
实施例2
一种阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂，其分子中含有亲水性的季铵盐阳离子和非离子长链水性化基团；能够与环氧树脂起固化反应的多元脂肪胺位于所述固化剂的支链位置，与环氧树脂反应的交联密度更高、表干更快。
按重量份数计，所述的阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂的自由基聚合法包括以下步骤：
(1)多元脂肪胺单体的制备：通氮气和冰浴条件下，向反应装置中加入10份2,3-二羟基-1-丁烯，然后搅拌条件下向反应釜中逐滴滴加4份氯磺酸，反应过程通过氢氧化钠干燥管吸收反应中释放的酸性气体，整个过程温度不超过5℃，30min滴加完毕后继续保温反应2h，出料，得可取代烯，冰浴备用；冰浴条件下在反应釜中加入10份四乙烯基五胺，搅拌，然后搅拌条件下向反应釜中逐滴滴加10份可取代烯，1h滴加完毕后继续搅拌保温反应2h，整个过程温度不超过5℃，得多元脂肪胺单体粗产物，以水为溶剂萃取多元脂肪胺单体粗产物中的盐，重复萃取上层3次后，上层经蒸馏除去水分后，得到多元脂肪胺单体。
(2)低温催化自由基聚合：将7份N,N,N-三甲基烯丙基氯化铵、5份甲基烯丙基聚乙二醇(相对分子量为1200)、12份步骤(1)中的多元脂肪胺单体，在混合装置中常温下搅拌均匀，得滴加液a备用；将0.8份偶氮二异庚腈溶于10份乙二醇单丁醚中，得滴加液b备用；通氮气条件下，将19份乙二醇单丁醚加入到反应器中，加热至56℃，分别从不同的滴加槽向反应器中匀速滴加滴加液a、滴加液b，二者同时在3.5h滴加完毕，滴加完毕后加入0.07份偶氮二异庚腈保温继续反应2.6h，冷却至室温得阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂。
实施例3
一种阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂，其分子中含有亲水性的季铵盐阳离子和非离子长链水性化基团；能够与环氧树脂起固化反应的多元脂肪胺位于所述固化剂的支链位置，与环氧树脂反应的交联密度更高、表干更快。
按重量份数计，所述的阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂的自由基聚合法包括以下步骤：
(1)多元脂肪胺单体的制备：通氮气和冰浴条件下，向反应装置中加入10.5份反-1,4-二羟基-2-丁烯，然后搅拌条件下向反应釜中逐滴滴加5份对甲苯磺酸，反应过程通过生石灰干燥管吸收反应中释放的酸性气体，整个过程温度不超过5℃，30min滴加完毕后继续保温反应4h，出料，得可取代烯，冰浴备用；冰浴条件下在反应釜中加入11份三甲基环已二元胺，搅拌，然后搅拌条件下向反应釜中逐滴滴加10.5份可取代烯，1h滴加完毕后继续搅拌保温反应2.5h，整个过程温度不超过5℃，得多元脂肪胺单体粗产物，以水为溶剂萃取多元脂肪胺单体粗产物中的盐，重复萃取上层4次后，上层经蒸馏除去水分后，得到多元脂肪胺单体。
(2)低温催化自由基聚合：将8份氯化N-甲基-4-乙烯基吡啶、6份甲基烯丙基聚乙二醇(相对分子量为800)、15份步骤(1)中的多元脂肪胺单体，在混合装置中常温下搅拌均匀，得滴加液a备用；将1份双氧水溶于10份乙醇中，得滴加液b备用；通氮气条件下，将25份乙醇加入到反应器中，加热至60℃，分别从不同的滴加槽向反应器中匀速滴加滴加液a、滴加液b，二者同时在4h滴加完毕，滴加完毕后加入0.1份双氧水保温继续反应3h，冷却至室温得阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂。
在市场上购买某品牌水性环氧固化剂(对比例)，分别将20重量份的实施例1-3、对比例加入到35份水中，分别记为1号、2号、3号、4号，分散均匀后分别向其中加入25份市售环氧树脂E-51，高速分散乳化均匀，然后向其中加入0.4份水性聚醚改性有机硅流平剂，分散均匀得环氧地坪漆，物理性能见表1；将1-4号环氧地坪漆后取出滚涂于水泥板表面，通过刷3次至1-4号的涂膜厚度均为50微米±5微米，涂膜完全固化后测试性能如下表2：
表1：实施例与对比例配制的环氧地坪漆的性能表
Figure BDA0002787795810000071
表2：实施例与对比例配制的环氧地坪漆的漆膜性能表
铅笔硬度 附着力 紫外灯照射12h
实施例1 2H 0级 无色透明
实施例2 2H 0级 无色透明
实施例3 2H 0级 无色透明
对比例 HB 0级 微黄无色透明
尽管本发明已作了详细说明并引用了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (9)

1.一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，其特征在于，所述乳化剂分子结构中含有亲水性的季铵盐阳离子和非离子长链水性化基团，多元脂肪胺位于所述乳化剂的支链位置，其制备采取自由基聚合法，包括以下步骤：
(1)多元脂肪胺单体的制备：通氮气和冰浴条件下，向反应装置中加入二羟基取代的乙烯基单体，然后搅拌条件下向反应釜中逐滴滴加磺酸衍生物，反应过程通过碱性干燥管吸收反应中释放的酸性气体，整个过程温度不超过5℃，30min滴加完毕后继续保温反应2-5h，出料，得可取代烯，冰浴备用；冰浴条件下在反应釜中加入多乙烯基多胺化合物，搅拌，然后搅拌条件下向反应釜中逐滴滴加可取代烯，1h滴加完毕后继续搅拌保温反应2-3h，整个过程温度不超过5℃，得多元脂肪胺单体粗产物，以水为溶剂萃取多元脂肪胺单体粗产物中的盐，重复萃取上层3-5次后，上层经蒸馏除去水分后，得到多元脂肪胺单体；
(2)低温催化自由基聚合：将阳离子单体、支链型水性单体、步骤(1)中的多元脂肪胺单体，在混合装置中常温下搅拌均匀，得滴加液a备用；将引发剂溶于水溶溶剂中，得滴加液b备用；通氮气条件下，将水溶溶剂加入到反应器中，加热至50-60℃，分别从不同的滴加槽向反应器中匀速滴加滴加液a、滴加液b，二者同时在3-4h滴加完毕，滴加完毕后加入引发剂保温继续反应2-3h，冷却至室温得阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂。
2.根据权利要求1所述的一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，其特征在于，所述的二羟基取代的乙烯基单体为3,4-二羟基-1-丁烯、顺-1,4-二羟基-2-丁烯、反-1,4-二羟基-2-丁烯、2,3-二羟基-1-丁烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，其特征在于，所述的磺酸衍生物为对甲苯磺酸、对甲苯磺酰氯、氯磺酸、苯磺酰氯、邻甲苯磺酰氯、邻甲苯磺酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，其特征在于，所述的碱性干燥管为氢氧化钙干燥管、生石灰干燥管、氢氧化钠干燥管中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，其特征在于，所述的多乙烯基多胺化合物为异佛尔酮二胺、三甲基环已二元胺、乙二胺、二乙烯基三胺、三乙烯基四胺、四乙烯基五胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，其特征在于，所述的阳离子单体为N,N,N-三甲基烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、氯化N,N,N-三甲基-(1-(4-乙烯基苯基))甲铵、丙烯酰氧乙基三甲基溴化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基溴化铵、氯化N-甲基-2-乙烯吡啶、氯化N-甲基-4-乙烯基吡啶中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，其特征在于，所述的支链型水性单体为甲基丙烯酸聚乙二醇酯、丙烯酸聚乙二醇酯、烯丙基聚乙二醇、甲基烯丙基聚乙二醇。
8.根据权利要求1所述的一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，其特征在于，所述的引发剂为双氧水、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种阳离子型水性环氧树脂高效乳化剂，其特征在于，所述的水溶溶剂为乙醇、乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚中的至少一种。
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