水性環(huán)氧涂料中離子型環(huán)氧樹脂專用乳化劑的制備及應(yīng)用方法
【專利摘要】一種新型的水性環(huán)氧涂料中離子型環(huán)氧樹脂專用乳化劑的制備及應(yīng)用方法，其步驟為：(1)在雙酚A型環(huán)氧樹脂中加入適量的溶劑，室溫混勻；(2)升溫并緩慢加入聚乙二醇及催化劑，保溫反應(yīng)；(3)繼續(xù)滴加二乙醇胺，保溫反應(yīng)后，滴加溴代乙烷成鹽；(4)減壓蒸餾除去過量的溴代乙烷，用醋酸調(diào)節(jié)至適當(dāng)pH，即得高性能季銨鹽離子型乳化劑；(5)將環(huán)氧樹脂與乳化劑混合，攪拌均勻，并緩慢滴加去離子水，達(dá)相反轉(zhuǎn)點(diǎn)后繼續(xù)加水，得到水性環(huán)氧樹脂乳液；(6)將環(huán)氧樹脂乳液與適量的固化劑混合，攪拌均勻，涂膜，室溫下固化。該產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是施工中無有機(jī)溶劑揮發(fā)，無異味，屬環(huán)保產(chǎn)品，適用于各類工業(yè)用廠房、辦公室地面，可在室溫和潮濕的環(huán)境中使用，彌補(bǔ)了溶劑型環(huán)氧地坪涂料對(duì)水敏感的弱點(diǎn)。
【專利說明】水性環(huán)氧涂料中離子型環(huán)氧樹脂專用乳化劑的制備及應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)化工材料、水性涂料領(lǐng)域，具體涉及環(huán)氧樹脂乳化劑及環(huán)氧乳液的制備方法，應(yīng)用于環(huán)氧地坪涂料。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)氧樹脂是一種環(huán)氧低聚物與固化劑反應(yīng)可形成三維網(wǎng)狀、具有優(yōu)良的耐堿、耐油及耐腐蝕性的熱固性塑料。由環(huán)氧樹脂制成的涂料、層壓制品、塑封料、膠黏劑等產(chǎn)品已大量用于機(jī)械、電子、交通、石油石化、建筑、國(guó)防等諸多領(lǐng)域。環(huán)氧樹脂體系的應(yīng)用技術(shù)已成為專業(yè)技術(shù)學(xué)科。
[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、人類環(huán)保意識(shí)的日趨增強(qiáng)以及各國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)的不斷完善，不含或少含可揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)與空氣有害污染物(HAP)的環(huán)境友好綠色環(huán)氧材料受到廣泛關(guān)注并得到迅速發(fā)展。水性環(huán)氧涂料體系已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域關(guān)注、研究的熱點(diǎn)。環(huán)氧涂料是由環(huán)氧樹脂乳液和水性環(huán)氧固化劑組成。水性環(huán)氧乳液是影響水性環(huán)氧樹脂體系物理、化學(xué)性能的重要組分，高性能新型乳化劑的研制已成為涂料水性化發(fā)展的新方向。外加乳化劑可以保證乳液隨時(shí)使用，使用方法簡(jiǎn)便快捷，成本低，對(duì)比于化學(xué)改性接枝等環(huán)氧乳液有化學(xué)性能穩(wěn)定、原材料利用率高等特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用與工業(yè)化進(jìn)程中有明顯優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出水性環(huán)氧涂料中，環(huán)氧樹脂專用離子型乳化劑的合成方法步驟及水性環(huán)氧乳液的制備方法。從環(huán)氧分子 結(jié)構(gòu)出發(fā)，設(shè)計(jì)出水溶性好與環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)相匹配的高效乳化性能的離子型專用乳化劑。利用環(huán)氧基與一定量的聚乙二醇發(fā)生加成反應(yīng)引入羥基親水性基團(tuán)，同時(shí)又引入具有表面活性的二乙醇胺，從而制得既有親水性又有親油性的適宜HLB值的高性能乳化劑。由于羥基的締合作用，使乳化性能降低，加入弱酸使締合的羥基解離，具有更好的乳化效果更保證水溶性以及水性環(huán)氧乳液的穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006](I)在雙酚A型環(huán)氧樹脂中加入適量的溶劑，室溫混勻；(2)升溫并緩慢加入聚乙二醇及催化劑，保溫反應(yīng)；(3)繼續(xù)滴加二乙醇胺，保溫反應(yīng)后，滴加溴代乙烷成鹽；(4)減壓蒸餾除去過量的溴代乙烷，用醋酸調(diào)節(jié)至適當(dāng)pH，即得高性能季銨鹽離子型乳化劑；(5)將環(huán)氧樹脂與適量的乳化劑混合，攪拌均勻，并緩慢滴加去離子水，達(dá)相反轉(zhuǎn)點(diǎn)后繼續(xù)加水，得到水性環(huán)氧樹脂乳液；(6)將環(huán)氧樹脂乳液與適量的固化劑混合，攪拌均勻，涂膜，室溫下固化。
[0007]具體來說，其具體步驟如下:
[0008](I)、將雙酚A型環(huán)氧樹脂用一定量助溶劑，如丙二醇甲醚，使其溶解，攪拌均勻使環(huán)氧樹脂完全溶解。[0009](2),(1)產(chǎn)物與聚乙二醇反應(yīng)制得改性環(huán)氧樹脂，為增加反應(yīng)速度，還可以加入催化劑，催化劑優(yōu)選為三氟化硼乙醚溶液。反應(yīng)完畢后，保持恒溫繼續(xù)滴加一定化學(xué)計(jì)量的二乙醇胺溶液反應(yīng)得非離子型乳化劑。反應(yīng)結(jié)束后用溴代乙烷成鹽，同時(shí)檢驗(yàn)胺是否全部季胺化。胺存在促使乳液不穩(wěn)定，發(fā)生固化交聯(lián)反應(yīng)；減壓除去溴代乙烷，產(chǎn)物顏色加深，粘度增加。
[0010](3)、對(duì)(2)反應(yīng)產(chǎn)物減壓蒸餾除去溴代乙烷，然后用弱酸調(diào)節(jié)所得產(chǎn)物至pH=6.5左右。目的解離乳化劑分子結(jié)構(gòu)中締合羥基，提高乳化劑水溶性及表面活性。加酸的速度以20d/min。所述的弱酸可以為質(zhì)量比為1:1的冰乙酸。
[0011](4)、取一定量(3)產(chǎn)物，加環(huán)氧樹脂混合，緩慢滴加一定量的水，得均勻穩(wěn)定的環(huán)氧乳液。稀釋固含量為50%-60%。開始環(huán)氧樹脂油性高，加水速度緩慢，達(dá)相反轉(zhuǎn)點(diǎn)后加水速度可加快，待加水完畢繼續(xù)攪拌一段時(shí)間，以便增加乳液的穩(wěn)定性。
[0012]所述步驟(1)中采用的雙酚A型環(huán)氧樹脂可為E-44、E_51或者E-20，加入助溶劑量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的40-50%。
[0013]所述步驟(2)中聚乙二醇的分子量為4000、2000或者400，離子型乳化劑合成過程中環(huán)氧樹脂、聚乙二醇、二乙醇胺的摩爾比為1:0.3-0.6:1-1.5。反應(yīng)溫度為70-90°C，反應(yīng)時(shí)間每步均為2-4h。
[0014]按照上述方案所制備的水性環(huán)氧樹脂乳液的應(yīng)用方法:將所得水性環(huán)氧乳液與三乙烯四胺改性固化劑按照3:1的質(zhì)量比混合均勻，涂于馬口鐵上，室溫固化成膜。
[0015]本發(fā)明所得水性環(huán)氧乳液的性能:
[0016](I)離心穩(wěn)定性:3000r/min30min 不分層。
[0017](2)儲(chǔ)存穩(wěn)定性:6個(gè)月不分層不破乳
[0018](3)乳液的平均粒徑220nm
[0019](4)乳白色液體，固含量50-60%，
[0020](5)乳液環(huán)氧值對(duì)比純環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值幾乎不變，環(huán)氧分散在乳液中為物理變化。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明采用高分子溶液聚合的方法，以雙酚A型環(huán)氧樹脂為母體，聚乙二醇、二乙醇胺為單體，以三氟化硼乙醚溶液作催化劑，合成出高性能的離子型乳化劑。該分子結(jié)構(gòu)有適宜的親水親油性能，用弱酸調(diào)節(jié)PH使乳化環(huán)氧樹脂的性能最佳。制得的水性環(huán)氧乳液化學(xué)性能穩(wěn)定，應(yīng)用在水性環(huán)氧地坪涂料中具有較好的效果。
[0022]實(shí)施例1
[0023]A、離子型水性環(huán)氧乳化劑的合成
[0024](1)在配備有攪拌裝置、溫度計(jì)和氮?dú)獬淙牍艿乃目跓恐屑尤?.1mol環(huán)氧樹脂E-44和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為環(huán)氧樹脂40%的丙二醇甲醚溶劑，攪拌使環(huán)氧樹脂完全溶解，通氮?dú)馀懦裏恐械目諝?，加?.03mol聚乙二醇4000，加熱至90°C，攪拌至環(huán)氧樹脂和聚乙二醇混合均勻。
[0025](2)緩慢加入三氟化硼乙醚溶液數(shù)滴，恒溫反應(yīng)2h。繼續(xù)滴加0.15mol的二乙醇胺溶液，控溫80°C持續(xù)反應(yīng)3h，滴加溴代乙烷成鹽，用興士堡實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，溶液無玫瑰紅色，得到離子型水性環(huán)氧乳化劑。
[0026]B、水性環(huán)氧乳液的制備
[0027](I)將離子型環(huán)氧樹脂乳化劑減壓蒸餾除去過量的溴代乙烷，滴加醋酸中和成鹽，調(diào)節(jié)pH=6.5左右。
[0028](2)將Sg乳化劑加入100g環(huán)氧樹脂中攪拌均勻，緩慢滴加蒸餾水，達(dá)到相反轉(zhuǎn)點(diǎn)后，繼續(xù)加水?dāng)嚢瑁偧铀考s為100ml，高剪切下繼續(xù)攪拌15min，即得水性環(huán)氧樹脂乳液。
[0029]本水性環(huán)氧樹脂乳液的使用:
[0030]雙組分水性環(huán)氧樹脂漆膜的制備:
[0031]甲組分:水性環(huán)氧樹脂固化劑乙組分:水性環(huán)氧樹脂乳液
[0032]甲組分:乙組分=1:3(質(zhì)量比)的比例混合，攪拌均勻，涂于馬口鐵上，水分揮發(fā)后形成透明膜，涂膜性能為:
【權(quán)利要求】
1.環(huán)氧樹脂離子型專用乳化劑的制備方法，其特征包括如下步驟: (1)、在雙酚A型環(huán)氧樹脂中加入助溶劑使其完全溶解； (2)、步驟(1)的產(chǎn)物與聚乙二醇反應(yīng)得改性環(huán)氧樹脂；所述改性環(huán)氧樹脂與二乙醇胺反應(yīng)得非離子型乳化劑，用溴代乙烷季胺化成鹽； (3)、向步驟(2)的產(chǎn)物中加弱酸調(diào)節(jié)pH中和成鹽； (4)、取步驟(3)的產(chǎn)物，加環(huán)氧樹脂混合，緩慢滴加水，稀釋固含量為50%-60%，即得水性環(huán)氧樹脂乳液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳化劑的制備方法，其特征是:所述的雙酚A型環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂可為E_44、E_51或E-20。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳化劑的制備方法，其特征是所述助溶劑為丙二醇甲醚，用量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的40-50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳化劑的制備方法，其特征是:所述步驟(2)中聚乙二醇的分子量為4000、2000或400，離子型乳化劑合成過程中雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚乙二醇、二乙醇胺的摩爾比為1:0.3-0.6:1-1.5，反應(yīng)溫度為70-90°C，反應(yīng)時(shí)間每步均為2—4h0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳化劑的制備方法，其特征是所述的弱酸為質(zhì)量比為1:1的冰乙酸，調(diào)節(jié)pH 至6.5左右，加酸的速度以20d/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳化劑的制備方法，其特征是，所述的步驟(2)還包括檢驗(yàn)胺是否全部季胺化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳化劑的制備方法，其特征是，所述的步驟(2)還包括減壓蒸餾除去溴代乙烷。
8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所制備的水性環(huán)氧樹脂乳液的應(yīng)用，其特征是:將所得水性環(huán)氧樹脂乳液與三乙烯四胺固化劑按照3:1的質(zhì)量比混合均勻，涂于馬口鐵上，室溫下固化成膜。
【文檔編號(hào)】C08G65/48GK103497338SQ201310322719
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】孫海翔, 李鵬, 柳云騏, 倪維良, 王林同 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)