CN101838396A - 一种自乳化水性环氧乳液的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种自乳化水性环氧乳液的制备方法，其特征在于通过两步反应分别将环氧树脂的环氧环打开和在主链上引入亲水基团，通过扩链接枝和自乳化，制备自乳化水性环氧乳液，得到的自乳化水性环氧乳液有着高的固体含量，优异的水分散性和加工性，与氨基树脂固化成膜后漆膜平整、光滑、坚韧、附着力强、无毒、耐水、防腐性能优良、涂膜干燥后收缩率低。

Description

一种自乳化水性环氧乳液的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子水乳液的制备方法，具体地说，涉及一种自乳化水性环氧树脂乳液的制备方法，该乳液可以作为制备水性涂料的基础原材料。

背景技术

近年来，对于环保的要求越来越高，促使涂料体系朝着高性能、低污染的方向发展，在未来几年中以水性涂料逐步替代过去的溶剂型涂料已成为必然的趋势。环氧树脂因为其优异的机械物理性能，在军用、民用、工业维护等方面都得到了广泛的应用，特别是在涂料应用方面。为了能够更好的替代溶剂型环氧涂料体系，对水性环氧的研究正在不断取得进展，目前最常见的水性环氧是通过外乳化的方式来获得的，即在乳化剂的存在下，用外力使树脂分散在水相中，但是该方法有着其本身固有的局限性：生产设备要求较高(需高速分散设备)，而且粒径较大，储存稳定性及应用性能都不理想。

发明内容

本发明旨在克服目前水性环氧树脂存在的一些弊病，采用大分子量的固体环氧树脂，借助化学改性的方法，经过两步反应，将一定量的亲水性基团引入到树脂的主链及侧链上。使树脂本身具有一定的亲水性，从而可以很好的分散在水中。通过这种方法制备的水性环氧乳液，粒径较小，固含量高，储存稳定性好，而且漆膜的附着力强、涂膜干燥后的收缩率低。

本发明所述的一种自乳化水性环氧乳液的制备方法，其特征在于通过两步反应分别将环氧树脂的环氧环打开和在主链上引入亲水基团，通过扩链接枝和自乳化，制备自乳化水性环氧乳液，以重量份计，制备反应的总体配方组分包括：

固体双酚A环氧树脂           20-40

过氧化物催化剂A             0.5-2.0

丙烯酸                      2.3-2.4

苯乙烯                      3.3-3.4

丙烯酸酯类化合物            4.0-16.0

乙二醇丁醚                  12.6-21.6

氨水或胺类化合物            1.0-3.0

磷酸                        0.03-0.3

去离子水                    18-26。

整个反应通式如下(式中，A代表引发剂；M代表丙烯酸类单体)：

在上述配方中，所述的固体双酚A环氧树脂选自E-20、E-12、E-06和E-03中的一种或几种。所述的过氧化物催化剂选自过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化-3，3，5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔戊酯、过氧化醋酸叔戊酯和3，3-双(叔戊基过氧)丁酸乙酯中的一种或几种。所述的丙烯酸酯类化合物选自丙烯酸烯丙酯(AA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)和丙烯酸丁酯(BA)中的一种或几种。所述的胺类化合物选自二甲基乙醇胺和三乙醇胺中的一种或几种。

所述的自乳化水性环氧乳液的制备方法包括下列步骤：

第一步：制备水性环氧树脂。

(1)将固体双酚A环氧树脂、乙二醇丁醚和磷酸进行加成反应，反应温度为90～110℃，反应时间为3～5小时；

(2)采用(1)的反应产物、丙烯酸、苯乙烯、丙烯酸酯类化合物、乙二醇丁醚和氨水或胺类化合物在过氧化物催化剂A的作用下进行加成反应，反应温度为135～155℃，反应时间为2～4小时，制备得到水性环氧树脂；

步骤(1)中的乙二醇丁醚用量占其总量的85-90重量％，步骤(2)中的乙二醇丁醚用量占其总量的10-15重量％，

第二步：自乳化反应，将去离子水加入由(2)生成的水性环氧树脂中，得到水性环氧乳液。

按照本发明方法制备的自乳化水性环氧乳液的优点在于，有着高的固体含量，优异的水分散性和加工性，与氨基树脂固化成膜后，漆膜平整、光滑、坚韧、附着力强、无毒、耐水、防腐性能优良、涂膜干燥后收缩率低。

具体实施方式

下面用实施例来对本发明作进一步具体说明，但本发明决不局限于这些实施例。

实施例1

第一步：制备水性环氧树脂。

(1)将固体环氧树脂E-03 240g、乙二醇丁醚153g和磷酸2g加入四口反应瓶中，加热到90℃，搅拌均匀，反应3.5小时后，停止反应，待用。

(2)将丙烯酸23g、苯乙烯32g、甲基丙烯酸甲酯32g、乙二醇丁醚22g、丙烯酸丁酯11g、过氧化苯甲酸叔丁酯7g和N，N-二甲基乙醇胺23g放在滴加管中，待用。

将(1)的反应产物395g加入四口反应瓶中，接着在该反应瓶中滴加(2)的反应产物151g，控制反应温度不超过160℃，反应3.5小时后，降温至70℃，得到水性环氧树脂。

第二步：自乳化反应。在上述产物水性环氧树脂中滴加去离子水260g，完成自乳化反应，得到水性环氧乳液，它的平均粒径为0.100μm。

实施例2

第一步：制备水性环氧树脂。

(1)将固体环氧树脂E-1212g、乙二醇丁醚7.5g和磷酸0.1g加入四口反应瓶中，加热到90℃，搅拌均匀，反应3.5小时后，停止反应，待用。

(2)将丙烯酸1.2g、苯乙烯1.6g、甲基丙烯酸甲酯1.6g、乙二醇丁醚1.1g、丙烯酸丁酯0.5g、过氧化苯甲酸叔丁酯0.4g和N，N-二甲基乙醇胺1.2g放在滴加管中，待用。

将(1)的反应产物20.5g加入四口反应瓶中，接着在该反应瓶中滴加(2)的反应产物7.6g，控制反应温度不超过160℃，反应3.5小时后，降温至70℃，得到水性环氧树脂。

第二步：自乳化反应，在上述最终产物中滴加去离子水9g，完成自乳化反应，得到水性环氧乳液，它的平均粒径为0.100μm。

Claims (6)

1.一种自乳化水性环氧乳液的制备方法，其特征在于通过两步反应分别将环氧树脂的环氧环打开和在主链上引入亲水基团，通过扩链接枝和自乳化，制备自乳化水性环氧乳液，以重量份计，制备反应的总体配方组分包括：

固体双酚A环氧树脂   20-40

过氧化物催化剂A     0.5-2.0

丙烯酸              2.3-2.4

苯乙烯              3.3-3.4

丙烯酸酯类化合物    4.0-16.0

乙二醇丁醚          12.6-21.6

氨水或胺类化合物    1.0-3.0

磷酸                0.03-0.3

去离子水            18-26。

2.根据权利要求1所述的自乳化水性环氧乳液的制备方法，其特征在于所述的固体双酚A环氧树脂选自E-20、E-12、E-06和E-03中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的自乳化水性环氧乳液的制备方法，其特征在于所述的过氧化物催化剂A选自过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化-3，3，5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔戊酯、过氧化醋酸叔戊酯和3，3-双(叔戊基过氧)丁酸乙酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的自乳化水性环氧乳液的制备方法，其特征在于所述的丙烯酸酯类化合物选自丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯和丙烯酸丁酯中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的自乳化水性环氧乳液的制备方法，其特征在于所述的胺类化合物选自二甲基乙醇胺和三乙醇胺中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的自乳化水性环氧乳液的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括下列步骤：

按权利要求1所述的自乳化水性环氧乳液的组成配比，

第一步：制备水性环氧树脂。

(1)将固体双酚A环氧树脂、乙二醇丁醚和磷酸进行加成反应，反应温度为90～110℃，反应时间为3～5小时；

(2)采用(1)的反应产物、丙烯酸、苯乙烯、丙烯酸酯类化合物、乙二醇丁醚和氨水或胺类化合物在过氧化物催化剂A的作用下进行加成反应，反应温度为135～155℃，反应时间为2～4小时，制备得到水性环氧树脂；

步骤(1)中的乙二醇丁醚用量占其总量的85-90重量％，步骤(2)中的乙二醇丁醚用量占其总量的10-15重量％，

第二步：自乳化反应。将去离子水加入由(2)生成的水性环氧树脂中，得到水性环氧乳液。