CN1891772A - 一种用于水性涂料的环氧树脂乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水性涂料及其制备方法，尤其涉及一种用于水性涂料的环氧树脂乳液及其制备方法。该水性涂料的环氧树脂乳液由去离子水、环氧乳化剂、环氧树脂、缩水甘油醚环氧树脂制备获得，其中所述的环氧乳化剂由环氧树脂、聚乙二醇醚烷基酚、聚氧乙烯醚、扩链剂和缩水甘油醚环氧树脂在有机溶剂中反应制备获得。本发明同时还提供了该水性涂料的环氧树脂乳液的制备方法。本发明乳液微粒可以在0.1－0.4μm之间，生产成本低，涂料漆膜得性能特别优越。

Description

一种用于水性涂料的环氧树脂乳液及其制备方法

                          技术领域

本发明涉及水性涂料及其制备方法，尤其涉及一种用于水性涂料的环氧树脂乳液及其制备方法。

                          背景技术

环氧树脂涂料是一种高性能涂料，应用十分广泛。它具有众多优点，包括对各种基材很强的附着力，涂层的硬度高，具有良好的耐水和耐化学性，较高的耐磨性等，可作为地坪，地板涂料、金属防锈底漆，船舶涂料等。但目前绝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)，有机化合物(VOC)有毒、易燃，污染大气层，对环境和人体都造成危害。随着科学的进步，人们对保护环境的要求日益提高，使用水性涂料的呼声日益高涨。我国在1989年12月颁布了环境保护法，促使水性涂料的研究、开发和应用迅速发展。如国内涂料工业，5，1997，P16研究了在有机溶剂中，以环氧树脂为母体，自由基引发甲基丙烯酸，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯及苯乙烯，接枝共聚反应。然后加氨水成盐，制得水性环氧涂料。该研究仅能提高涂层的耐冲击性，不能室温固化。功能高分子学报，6，2000，P141，发表了以聚乙二醇-邻苯二甲酸酐-环氧树脂多元嵌段共聚体为乳化剂，提供了环氧树脂乳化成水包油稳定水基乳液。测定了体系电导率和体系稳定性，仅提供了环氧树脂乳化的理论基础。应用化学，17，1，2000，P57，研究了化学改性环氧树脂水基涂料。把环氧树脂溶解在乙二醇丁醚和乙醇混合溶剂中，与氨基苯甲酸进行反应，产物用乙醇胺中和，加水制成乳液。涂膜在鼓风中80℃干燥8小时。该涂膜不能在室温固化，应用受到限制。

美国专利US4315044公开了通过双酚A型环氧树脂、双酚A聚乙二醇缩水甘油醚和乙二醇单醚，用三苯基磷作催化剂，于155～166℃高温反应，合成自乳化环氧。其制备工艺复杂，催化剂昂贵，实际生产有很大困难。

美国专利US.5244856公开了分子量为300～400的双酚A环氧树脂，聚丙二醇缩水甘油醚，双酚A，硬脂肪二元酸，多元酸，单元酸和特丁基酚，用三苯基膦乙酸乙酯为催化剂在165～200℃反应得到复合环氧树脂，在含有非离子表面活性剂的水中乳化。在23℃，涂膜7天固化。该专利乳化稳定性欠佳，而且固化温度和固化时间还需要进一步调整。

中国发明专利(公开号为CN1415680A)公开了环氧树脂乳液由环氧树脂经反应性乳化剂乳化制备获得，反应性乳化剂是由环氧树脂与具有表面活性的聚醚二元醇在路易斯酸催化剂存在下反应生成的，端基分别为环氧基和氢基的聚合物型乳化剂，固含量为40％～50％。该专利采用路易斯酸作为反应性乳化剂的催化剂，催化剂的作用是对化学反应有促进作用，其组成反应前后不变。但路易斯酸不能从反应产物中提出，留在反应性乳化剂中，会带到乳液和涂料漆膜中，影响固化物的耐性。同时，专利中采用加入共溶剂的方式来降低环氧粘度，如采用丙二醇乙醚、丙二醇丁醚等这些溶剂，它们对空气质量影响不大，但都是高沸点的溶剂(沸点＞100℃)，(水的沸点100℃)，在常温状态完全挥发需很长的时间，如果不能在涂料漆膜表干后实干前完全挥发掉，当涂料漆膜实干后这些溶剂会残留在漆膜中，影响性能。另外加入共溶剂，使生产成本也大大升高。

                          发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种用于水性涂料，乳化稳定性好，涂料漆膜性能好，生产成本低的环氧树脂乳液。

本发明的另外一个目的是提供上述的环氧树脂乳液的制备方法。

一种用于水性涂料的环氧树脂乳液，该环氧树脂乳液按重量百分比由以下的组份制备获得：

水分散介质                    40％～60％

环氧乳化剂                    10％～20％

环氧树脂                      20％～40％

缩水甘油醚环氧树脂            5％～10％；

其中所述的环氧乳化剂按重量百分比由以下的组份反应制备获得：

环氧树脂                      40％～60％

聚乙二醇醚                    10％～30％

烷基酚聚氧乙烯醚              10％～40％

扩链剂                        1％～10％

缩水甘油醚环氧树脂            5％～20％。

作为优选，所述的环氧树脂乳液按重量百分比由以下的组份制备获得：

水分散介质                    40％～60％

环氧乳化剂                    15％～20％

环氧树脂                      25％～35％

缩水甘油醚环氧树脂            5％～10％。

作为优选，所述的环氧乳化剂按重量百分比由以下的组份反应制备获得：

环氧树脂                      40％～60％

聚乙二醇醚                    10％～30％

烷基酚聚氧乙烯醚              10％～30％

扩链剂                        1％～10％

缩水甘油醚环氧树脂            5％～10％。

作为优选，缩水甘油醚环氧树脂为脂肪族缩水甘油醚环氧树脂。

作为优选，水分散介质为去离子水。

作为优选，扩链剂为芳香族二异氰酸酯。作为再优选，扩链剂为甲苯二异氰酸酯。

上述的用于水性涂料的环氧树脂乳液的制备方法，由以下的步骤组成：

a、取40％～60％的环氧树脂，10％～30％的聚乙二醇醚，10％～40％的烷基聚氧乙烯醚与有机溶剂混合，再加入5％～10％的扩链剂，在70～120℃条件的反应3～4h，然后抽出有机溶剂，再加入5％～20％的脂肪族缩水甘油醚，搅拌均匀，得到环氧乳化剂，上述的百分比份数为环氧乳化剂总重量的百分比；

b、将上述的环氧乳化剂、环氧树脂与脂肪族缩水甘油醚环氧混合，在50～100℃温度下加热熔融，并降温，然后添加去离子水，乳化，得到环氧树脂乳液。

作为优选，a步骤中的环氧树脂占环氧乳化剂重量的百分比为40％～60％，聚乙二醇醚占环氧乳化剂重量的百分比为10％～30％，烷基酚聚氧乙烯醚占环氧乳化剂重量的百分比为10％～30％，扩链剂占环氧乳化剂重量的百分比为5％～10％，缩水甘油醚环氧树脂占环氧乳化剂重量的百分比为5％～10％。

作为优选，a步骤中的有机溶剂为甲苯、二甲苯，丙酮、丁酮、丙二醇乙醚和丙二醇丁醚中的一种或多种。

本发明由于采用以上的技术方案，采用的是扩链剂芳香族二异氰酸酯的方式，扩链剂对反应具有促进作用，同时又可作为环氧乳化剂中的一分子接在环氧分子链上，起桥架作用。因而环氧乳化剂中不存在游离的小分子(如催化剂)等影响涂料漆膜的性能。

同时，本发明的液体环氧树脂乳液中不存在共溶剂，组分中除了水以外，剩余全部参与反应。在涂料漆膜表干后，实干前这些水会全部挥发掉，不会残留漆膜中，影响漆膜的性能。加入了较低粘度的缩水甘油醚环氧树脂，该组分的作用有2个：a、降低固体环氧的粘度；b、参与环氧树脂的交联固化(作为增韧剂)，因此涂料漆膜表干后，此组分成为交联体的一部分，从而不用考虑挥发的问题。

另外，本发明制备的环氧乳化剂，采用两种非离子型的表面活性剂聚乙二醇醚和烷基聚氧乙烯醚，在表面活性剂的选择上充分考虑了乳液和固化剂的亲水亲油平衡值对环氧乳化剂乳化能力的影响，同时考虑到与水的相容性的影响、两组分分子量的大小对环氧乳化剂性能的影响，制备出的环氧乳化剂为具有合理的粘度，100％的固含量。

在慢慢添加水的条件下，本发明可以制备出0.1-0.4μm的环氧微乳液。比专利CN1415680A所采用的方法制备的乳液粒径小一个数量级。作为分散体，粒径越小涂料漆膜的性能越好。

                        具体实施方式

实施例1：

聚乙二醇醚                      42.8g

烷基聚氧乙烯醚                  48.8g

EP-20                           150g

甲苯二异氰酸酯                  17.45g

二甲苯                          60g

脂肪族缩水甘油醚环氧树脂        56.9g

将上述材料中的聚乙二醇醚、烷基聚氯乙烯醚及EP-20加入到反应釜中，加热待其完全溶解后，加入二甲苯搅拌均匀，65℃条件下，加入甲苯二异氰酸酯，反应80-90℃条件下3小时后，将温度上升到100℃，抽真空，将二甲苯抽出，然后降温到60℃，加入脂肪缩水甘油醚环氧树脂搅拌均匀，得到环氧乳化剂。

取上述制得环氧乳化剂100g，另取EP-20 160g，脂肪族缩水甘油醚环氧树脂36g，加入到反应釜中，在70℃条件下熔解到透明状态，出料降到常温。在高速搅拌下，慢慢加入去离子水，直至相转变，配制成50％的乳液。

实施例2：

聚乙二醇醚                      42.8g

烷基聚氯乙烯醚                  48.8g

AB-EP-20                        150g

甲苯二异氰酸酯                  15.45g

丁酮                            60g

脂肪族缩水甘油醚环氧树脂        64.3g

将上述材料中的聚乙二醇醚、烷基聚氯乙烯醚及AB-EP-20加入到反应釜中，加热待其完全溶解后，加入丁酮搅拌均匀，65℃条件下，加入甲苯二异氰酸酯，反应80-90℃条件下3小时后，将温度上升到100℃，抽真空，将丁酮抽出，然后降温到60℃，加入脂肪缩水甘油醚环氧树脂搅拌均匀，得到环氧乳化剂。

取上述制得环氧乳化剂100g，另取EP-20 160g，脂肪族缩水甘油醚环氧树脂36g，加入到反应釜中，在70℃条件下熔解到透明状态，出料降到常温。在高速搅拌下，慢慢加入去离子水，直至相转变，配制成50％的乳液。

Claims (10)

1.一种用于水性涂料的环氧树脂乳液，其特征在于该环氧树脂乳液按重量百分比由以下的组份制备获得：

水分散介质             40％～60％

环氧乳化剂             10％～20％

环氧树脂               20％～40％

缩水甘油醚环氧树脂     1％～10％；

其中所述的环氧乳化剂按重量百分比由以下的组份反应制备获得：

环氧树脂               40％～60％

聚乙二醇醚             10％～30％

烷基酚聚氧乙烯醚       10％～40％

扩链剂                 5％～10％

缩水甘油醚环氧树脂     5％～20％。

2.如权利要求1所述的一种用于水性涂料的环氧树脂乳液，其特征在于所述的环氧树脂乳液按重量百分比由以下的组份制备获得：

水分散介质             40％～60％

环氧乳化剂             15％～20％

环氧树脂               25％～35％

缩水甘油醚环氧树脂     5％～10％。

3.如权利要求1或2所述的一种用于水性涂料的环氧树脂乳液，其特征在于所述的环氧乳化剂按重量百分比由以下的组份反应制备获得：

环氧树脂               40％～60％

聚乙二醇醚               10％～30％

烷基酚聚氧乙烯醚         10％～30％

扩链剂                   5％～10％

缩水甘油醚环氧树脂       5％～10％。

4.如权利要求1所述的一种用于水性涂料的环氧树脂乳液，其特征在于缩水甘油醚环氧树脂为脂肪族缩水甘油醚环氧树脂。

5.如权利要求1所述的一种用于水性涂料的环氧树脂乳液，其特征在于水分散介质为去离子水。

6.如权利要求1所述的一种用于水性涂料的环氧树脂乳液，其特征在于扩链剂为芳香族二异氰酸酯。

7.如权利要求6所述的一种用于水性涂料的环氧树脂乳液，其特征在于扩链剂为甲苯二异氰酸酯。

8.如权利要求1所述的一种用于水性涂料的环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于该制备方法由以下的步骤组成：

a、取40％～60％的环氧树脂，10％～30％的聚乙二醇醚，10％～40％的烷基聚氧乙烯醚与有机溶剂混合，再加入5％～10％的扩链剂，在70～120℃条件的反应3～4h，然后抽出有机溶剂，再加入5％～20％的脂肪族缩水甘油醚，搅拌均匀，得到环氧乳化剂，上述的百分比份数为环氧乳化剂总重量的百分比；

b、将上述制得的环氧乳化剂和环氧树脂与脂肪族缩水甘油醚环氧混合，在50～100℃温度下加热熔融，并降温，然后添加去离子水，乳化，制得环氧树脂乳液。

9.如权利要求8所述的一种用于水性涂料的环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于a步骤中的环氧树脂占环氧乳化剂重量的百分比为40％～60％，聚乙二醇醚占环氧乳化剂重量的百分比为10％～30％，烷基酚聚氧乙烯醚占环氧乳化剂重量的百分比为10％～30％，扩链剂占环氧乳化剂重量的百分比为5％～10％，缩水甘油醚环氧树脂占环氧乳化剂重量的百分比为5％～10％。

10.如权利要求8或9所述的一种用于水性涂料的环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于a步骤中的有机溶剂为二甲苯、甲苯，丙酮、丁酮、丙二醇乙醚和丙二醇丁醚中的一种或多种。