CN113683942B

CN113683942B - 一种聚酰亚胺水性环氧涂料及其制备方法

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Publication number: CN113683942B
Application number: CN202111135699.9A
Authority: CN
Inventors: 毛金成; 张海燕; 张华梁
Original assignee: Chengdu Primate Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Primate Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2041-09-27
Also published as: CN113683942A

Abstract

本发明公开了一种聚酰亚胺水性环氧涂料，其包括如下重量份的组分：水性环氧树脂10份、聚酰亚胺水性环氧树脂50‑100份、固化剂0.5‑2份、流平剂0.5‑2份、分散剂0.1‑1份、消泡剂0.2‑2份、颜料10‑20份、填料10‑100份、水50‑100份；所述聚酰亚胺水性环氧树脂的制备方法如下：(1)将1‑氨基‑3‑氯‑2‑丙醇盐酸与氯丁二酸在碱性水溶液中反应1h，制得溶液Ⅰ；(2)将乙二醇二钠与3,5‑二氯苯磺酸在碱性水溶液中反应0.5h，制得溶液Ⅱ；(3)将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ与3‑氯‑5‑环氧甲基苯磺酸混合搅拌反应3h，制得聚酰亚胺水性环氧树脂。本发明的涂料具有化学稳定性高、施工环境要求低、环保无毒、固化产物耐水性高等优势，具有突出的推广前景。

Description

一种聚酰亚胺水性环氧涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其是一种聚酰亚胺水性环氧涂料。

背景技术

环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料，在国民经济的各个领域中得到广泛的应用。环氧树脂无毒性，属于实际无毒产品。但是目前大多数环氧树脂涂料为溶剂型涂料，含有大量的可挥发有机化合物(voc)，有毒、易燃，因而对环境和人体造成危害。当环境中的voc超过一定浓度时，在短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力，严重危害人体健康。

为了解决环氧树脂涂料中溶剂毒性大的问题，人们在环氧乳液中加入乳化剂将环氧树脂乳化或在环氧树脂改性使环氧树脂自乳化，用水做溶剂，制备水性环氧树脂涂料。乳化剂的存在，可以保持混合液体的稳定，水作为溶剂环保无毒，因此水性环氧涂料安全性高。但是，能较好的被乳化使用，制成水性环氧树脂涂料的树脂种类有限，而且水性环氧涂料性能较常规环氧涂料性能较差。

发明内容

本发明的目的是针对现有水性环氧树脂存在的上述问题，提供一种聚酰亚胺水性环氧涂料。

本发明提供的聚酰亚胺水性环氧涂料，包括如下重量份的组分：

水性环氧树脂10份、聚酰亚胺水性环氧树脂50-100份、固化剂0.5-2份、流平剂0.5-2份、分散剂0.1-1份、消泡剂0.2-2份、颜料10-20份、填料10-100份、水50-100份；其中，

所述聚酰亚胺水性环氧树脂的制备方法如下：

(1)将1-氨基-3-氯-2-丙醇盐酸与氯丁二酸在碱性水溶液中反应1h，制得含产物1的溶液Ⅰ；发生的化学反应如下：

(2)将乙二醇二钠与3,5-二氯苯磺酸在碱性水溶液中反应0.5h，制得含产物2的溶液Ⅱ；发生的化学反应如下：

(3)将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ与3-氯-5-环氧甲基苯磺酸混合搅拌反应3h，制得聚酰亚胺水性环氧树脂。发生的化学反应如下：

式中，n为1～20自然数。

上述制备方法中，1-氨基-3-氯-2-丙醇盐酸、氯丁二酸、乙二醇二钠、3,5-二氯苯磺酸、3-氯-5-环氧甲基苯磺酸摩尔比为1：1：2～20：1～19：1。优选的是，乙二醇二钠与3,5-二氯苯磺酸摩尔比为1：1。

优选的是，制备聚酰亚胺水性环氧树脂的三个步骤均在NaOH水溶液中进行，10-40℃条件下反应。

所述水性环氧树脂是双酚A型环氧树脂或醇酸树脂。

所述固化剂为乙二胺、间苯二甲胺、路易斯酸、桐油酸二聚体多元胺中一种或几种。

所述流平剂为BYK-310、KMT-1020、聚丙烯酸脂中一种或几种。

所述分散剂为油酸钠、硫酸酯盐、磺酸盐中一种或几种。

所述颜料为钛白粉、氧化铁红、钼铬橙、酞青绿、铁蓝、炭黑中一种或几种。

所述填料为碳酸钙、滑石粉、高岭土、云母粉、膨润土中一种或几种。

本发明还提供了上述聚酰亚胺水性环氧涂料的制备方法，主要步骤是：

步骤(1)：按重量份数称取各组分，然后将水性环氧树脂、聚酰亚胺水性环氧树脂、流平剂、分散剂、消泡剂、一半用量的水加入容器中搅拌1～3小时，得到混合物料；

步骤(2)：将步骤(1)中所得混合物料转移至研磨容器中研磨2～4小时；

步骤(3)：将步骤(2)研磨后的混合物料、剩余的水、颜料和填料加入反应容器中，于100～150℃温度下反应1～3小时，冷却至室温，然后加入固化剂，搅拌均匀，制得聚酰亚胺水性环氧涂料。

所述聚酰亚胺水性环氧涂料的使用方法，包括以下步骤：

步骤(1)：对物体表面进行预处理，再经清水洗涤，最后在80-150℃的烘箱中烘烤30-40分钟后备用；

步骤(2)：使用喷枪对步骤(1)中预处理后的物体进行全面喷涂该聚酰亚胺水性环氧涂料，喷涂0.5-3分钟后，转入固化室内，在150℃-200℃环境下固化10-25min，冷却至室温即可。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明的涂料加入了聚醚和苯磺酸结构使环氧树脂能实现自乳化，不需要外加乳化剂，减少了游离乳化剂的存在，提高材料的均匀性，从而制得的乳液更加稳定，此外由自乳化法制备的环氧乳液与水溶性固化剂配伍性更好，漆膜性能优异。

(2)本发明的涂料在自乳化水性环氧树脂结构的基础上加入酰亚胺结构，酰亚胺结构具有极高的稳定性，吸水性极低，耐水性强。因此，酰亚胺结构的加入解决了常规自乳化型水性环氧材料的耐水性较差的问题，极大的提高了材料的耐水性。

(3)酰亚胺官能团的加入，极大的增强了涂料的力学和物理性能：酰亚胺结构具有极高的分子稳定性，在环氧树脂结构中加入酰亚胺结构能使涂料产品具有更高的玻璃化转变和分解温度，极大的提高涂料的稳定性，使涂料能在更宽的温度范围内使用，可在280℃长期稳定，350℃短期稳定。

(4)本发明的涂料加入碳酸钙、滑石粉、高岭土、云母粉、膨润土作为填料，降低了涂料成本。并且碳酸钙有提高漆膜光泽度、干性、增白的作用；滑石粉可提高涂料的稳定性使涂料表面平稳；高岭土改善颜料的抗浮色和发花性；云母粉提高漆膜的致密性和抗腐蚀能力；膨润土则起到保水、缓干和润滑的作用，改善涂料施工的涂刷性能。该涂料调配时可根据不同的环境要求调制不同的填料配比，提高涂料的环境适应性。

(5)本发明的涂料为水性涂料，材料主体为聚酰亚胺改性自乳化型水性环氧树脂，本身稳定无毒，挥发性低，溶剂为水，稳定无毒，因此，涂料可长期储存且调配涂刷时对工人无危害，无需佩戴防毒面具。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

制备聚酰亚胺水性环氧树脂，方法如下：

(1)将1mol的1-氨基-3-氯-2-丙醇盐酸、1mol的氯丁二酸加入到NaOH水溶液(氢氧化钠浓度0.5mol/L，用量1L)中，常温搅拌反应1h，制得溶液Ⅰ。

(2)将1mol的乙二醇二钠与1mol的3,5-二氯苯磺酸加入到NaOH水溶液(氢氧化钠浓度0.5mol/L，用量1L)中，常温搅拌反应0.5h，制得溶液Ⅱ。

(3)将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ与1mol的3-氯-5-环氧甲基苯磺酸混合搅拌反应3h，制得聚酰亚胺水性环氧树脂。

实施例2

制备聚酰亚胺水性环氧树脂，方法如下：

(1)将1mol的1-氨基-3-氯-2-丙醇盐酸、1mol的氯丁二酸加入到NaOH水溶液(氢氧化钠浓度0.5mol/L，用量1L)中，40℃搅拌反应1h，制得溶液Ⅰ。

(2)将20mol的乙二醇二钠与20mol的3,5-二氯苯磺酸加入到NaOH水溶液(氢氧化钠浓度0.5mol/L，用量20L)中，40℃搅拌反应0.5h，制得溶液Ⅱ。

(3)将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ与1mol的3-氯-5-环氧甲基苯磺酸混合，40℃搅拌反应3h，制得聚酰亚胺水性环氧树脂。

实施例3

一种聚酰亚胺水性环氧涂料，包括以下质量百分比的组分：双酚A型环氧树脂10份、实施例1制备的聚酰亚胺水性环氧树脂50份、乙二胺0.5份、路易斯酸1份、BYK-3101份、油酸钠0.1份、GPE型消泡剂1份、钛白粉5份、钼铬橙8份、碳酸钙20份、云母粉30份、水50份。

实施例4

一种聚酰亚胺水性环氧涂料，包括以下质量百分比的组分：醇酸树脂10份、实施例2制备的聚酰亚胺水性环氧树脂50份、乙二胺1份、间苯二甲胺1份、BYK-3100.5份、聚丙烯酸脂1份、油酸钠0.5份、磺酸盐0.3份、GPE型消泡剂1份、钛白粉5份、氧化铁红8份、高岭土40份、膨润土40份、水100份。

实施例5

一种聚酰亚胺水性环氧涂料，包括以下质量百分比的组分：双酚A型环氧树脂10份、实施例2制备的聚酰亚胺水性环氧树脂100份、桐油酸二聚体多元胺1份、聚丙烯酸脂1份、硫酸酯盐1份、GPE型消泡剂1份、铁蓝2份、炭黑14份、滑石粉30份、云母粉30份、水50份。

实施例3-5的涂料制备方法如下：

步骤(1)：按重量份数称取各组分，然后将水性环氧树脂、聚酰亚胺水性环氧树脂、流平剂、分散剂、消泡剂、一半用量的水加入容器中搅拌2小时，得到混合物料；

步骤(2)：将步骤(1)中所得混合物料转移至研磨容器中研磨3小时；

步骤(3)：将步骤(2)研磨后的混合物料、剩余的水、颜料和填料加入反应容器中，于130℃温度下反应2小时，冷却至室温，然后加入固化剂，搅拌均匀，制得聚酰亚胺水性环氧涂料。

使用时，将制备的聚酰亚胺水性环氧涂料均匀涂刷于金属部件表面。

对比例1：

将实施例3中聚酰亚胺水性环氧树脂替换为双酚A型环氧树脂，其他组分配比及制备方法不变。

对比例2：

将实验例2中聚酰亚胺环氧树脂替换为醇酸树脂，其他组分配比及制备方法不变。

性能测试如下：

实验中涂料性能测试项目及方法如下：

1、漆膜硬度：GB/T 6739-2006色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度。

2、耐腐蚀性：GB/T 38020.2-2019表壳体及其附件金合金覆盖层第2部分：纯度、厚度、耐腐蚀性能和附着力的测试。

3、VOC：GB/T 37884-2019涂料中挥发性有机化合物(VOC)释放量的测定。

4、高温稳定性：GB/T 1735-1979漆膜耐热性测定法。

5、抗流挂性：GB/T 9264-2012色漆和清漆抗流挂性评定。

6、耐水性：GB/T 1733-1993漆膜耐水性测定法。

实施例3-5、对比例1、对比例2的涂料的性能测试结果见表1。

表1、各种涂料的性能测试结果数据

通过上表的数据可以看出，实施例3-5添加有聚酰亚胺水性环氧树脂的涂料的各性能都优于对比例1-2未添加聚酰亚胺水性环氧树脂的涂料，且漆膜硬度、耐腐蚀性、耐水性等数据差距明显。由此证明聚酰亚胺水性环氧树脂对涂料性能具有显著的增益效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种聚酰亚胺水性环氧涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：

水性环氧树脂10份、聚酰亚胺水性环氧树脂50-100份、固化剂0.5-2份、流平剂0.5-2份、分散剂0.1-1份、消泡剂0.2-2份、颜料10-20份、填料10-100份、水50-100份；其中所述聚酰亚胺水性环氧树脂的分子结构式如下：

式中，n为1～20自然数；

所述聚酰亚胺水性环氧树脂的制备方法如下：

(1)将1-氨基-3-氯-2-丙醇盐酸与氯丁二酸在碱性水溶液中反应1h，制得溶液Ⅰ；

(2)将乙二醇二钠与3,5-二氯苯磺酸在碱性水溶液中反应0.5h，制得溶液Ⅱ；

(3)将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ与3-氯-5-环氧甲基苯磺酸混合搅拌反应3h，制得聚酰亚胺水性环氧树脂；

其中，1-氨基-3-氯-2-丙醇盐酸、氯丁二酸、乙二醇二钠、3,5-二氯苯磺酸、3-氯-5-环氧甲基苯磺酸摩尔比为1：1：2～20：1～19：1。

2.如权利要求1所述的聚酰亚胺水性环氧涂料，其特征在于，乙二醇二钠与3,5-二氯苯磺酸摩尔比为1：1。

3.如权利要求1所述的聚酰亚胺水性环氧涂料，其特征在于，所述水性环氧树脂是双酚A型环氧树脂。

4.如权利要求1所述的聚酰亚胺水性环氧涂料，其特征在于，所述固化剂为乙二胺、间苯二甲胺、路易斯酸、桐油酸二聚体多元胺其中一种或几种。

5.如权利要求1所述的聚酰亚胺水性环氧涂料，其特征在于，所述流平剂为BYK-310、KMT-1020、聚丙烯酸脂其中一种或几种。

6.如权利要求1所述的聚酰亚胺水性环氧涂料，其特征在于，所述分散剂为油酸钠、硫酸酯盐、磺酸盐其中一种或几种。

7.如权利要求1所述的聚酰亚胺水性环氧涂料，其特征在于，所述颜料为钛白粉、氧化铁红、钼铬橙、酞青绿、铁蓝、炭黑其中一种或几种。

8.如权利要求1所述的聚酰亚胺水性环氧涂料，其特征在于，所述填料为碳酸钙、滑石粉、高岭土、云母粉、膨润土其中一种或几种。

9.如权利要求1所述的聚酰亚胺水性环氧涂料，其特征在于，制备方法为：将水性环氧树脂、聚酰亚胺水性环氧树脂、流平剂、分散剂、消泡剂、一半用量的水进行混合均匀，并研磨，向研磨后的混合物料中加入剩余的水、颜料和填料，于100～150℃温度下反应1～3小时，冷却至室温，然后加入固化剂，搅拌均匀，制得聚酰亚胺水性环氧涂料。