CN102250321A - 一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工涂料技术领域，具体公开了一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂及其制备方法。该方法首先将液体环氧树脂、双端环氧基聚醚或双端环氧基聚醚和单端环氧基聚醚的混合物与双酚类化合物在催化剂下于150～200℃混合反应，生成中间产物，然后该中间产物和胺类反应，再减压蒸馏除去多余的胺和溶剂，最后将树脂冷却到60～90℃滴加去离子水，得到一种外观呈琥珀色或浅黄色的快干型室温固化水性环氧树脂固化剂。本发明的固化剂生产工艺流程简单，固化环氧树脂乳液时表干时间较短，适用期又较长；此外该固化剂固化的环氧树脂涂膜性能优异。本发明的水性环氧树脂固化剂可以适用于水性涂料及水性粘合剂等方面，如作为地坪涂料、工业防护涂料及家具粘合剂等。

Description

一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工涂料技术领域，具体涉及一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂及其制备方法。

背景技术

传统的环氧树脂涂料具有附着力高、耐磨性好、耐化学品和溶剂性优异、硬度高等优点，在工业上已得到了广泛的应用。随着人们对环境保护的要求日益迫切和严格，开发低VOC(挥发性有机物)水性树脂体系及其相关涂料产品已成为新的研究方向。水性环氧树脂涂料具有性能较好、无污染、施工工具易清洗及相对成本较低等优点，是水性涂料重点开发的品种；而在水性环氧树脂涂料的研发中，固化剂的水性化和改性占有很大的比重。

中国发明专利(公开号CN 101434687A)公开了一种室温环氧固化剂的制备方法，该方法是：在50～70℃温度条件下，滴加丁内酯到脂肪多胺或芳香族多胺中，与脂肪族多胺或芳香族多胺进行加成反应，所用的脂肪族多胺或芳香族多胺与被滴加的丁内酯摩尔比为1～2∶1。所述脂肪族多胺可为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺，芳香族多胺为间苯二甲二胺。虽然在固化剂分子中引入了增加柔性和延长使用时间的酯键，提高了固化剂与环氧树脂的相容性，但是此固化剂属于溶剂型的，与环氧树脂配合使用需加大量的有机溶剂，不符合环保要求。

中国发明专利(公开号CN 101402720A)公开了一种室温固化水性环氧树脂固化剂的制备方法，具体步骤为：(1)先用单环氧化合物对二乙烯三胺封端；(2)滴加双环氧进行加成；(3)加入醋酸中和成盐；(4)加入固化促进剂，得到浅黄色的水性固化剂。此固化剂由于引入固化促进剂具有较短的表干时间，但是通过醋酸中和成盐增加了其亲水性，有机酸的存在会使金属机体很容易产生闪锈现象；另外，由于有机酸的加入，当与一些碱性颜填料共同使用时，会对涂料的稳定性产生一定的影响。

中国发明专利(公开号CN 101007863A)公开了一种非离子型室温固化水性环氧树脂固化剂的制备方法，该方法将聚醚多元醇二缩水甘油醚或聚醚环氧树脂或二者的混合物与芳香族多元胺或脂肪族多胺的有机溶液首先进行扩链反应，然后加入环氧树脂溶液进行进一步扩链反应制得非离子型室温固化水性环氧树脂固化剂。但是该发明通过两步滴加的加料方式合成固化剂，通过分两步减压蒸馏除去未反应的胺和有机溶剂，操作繁琐，也增加了成本；而且由此方法制备的固化剂表干时间较长。

发明内容

针对现有技术中所述不足，本发明采用液态环氧树脂和双酚类化合物反应扩链的同时引入端环氧基聚醚亲水链段，然后再和多元胺反应，最后蒸除溶剂及多余胺的技术路线，发明了一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂及其制备方法。该方法不需要有机酸中和成盐工艺，制备工艺简单，由于环氧树脂经双酚类化合物扩链再和多元胺反应，因此固化剂具有快干的特点，此外该固化剂对液体环氧树脂还具有良好的乳化性能。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供了一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂，该固化剂组分和组分质量百分比含量如下：

组成                质量份(wt.％)

胺类化合物          8％～22％，

环氧树脂            2.5％～28％，

双酚类化合物        1.5％～12％，

催化剂              0.03％～0.6％，

端环氧基聚醚化合物  9.5％～38％，

去离子水            30％～55％；

所述胺类化合物为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚醚二胺、三甲基己二胺、异氟尔酮二胺、间苯二胺、间苯二甲胺的一种或几种的组合。

所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂；

所述端环氧基聚醚化合物的平分子量为200～10000；

所述双酚类化合物为双酚A、双酚F等各种骨架的双酚一种或几种。

所述双酚A型液体环氧树脂为EPON828、EPON1001、E-51、E-44的一种。

所述催化剂为三苯基膦、苄基二胺、三丁基胺中的一种或几种。

所述端环氧基聚醚化合物为聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚与单环氧基聚醚的混合物或聚丙二醇二缩水甘油醚与单环氧基聚醚的混合物中的一种。

本发明还提供了一种快干型室温固化水性环氧固化剂的制备方法，具体为以下步骤：

(1)中间产物的合成：加入所述比例的液体环氧树脂、双酚类化合物和端环氧基聚醚化合物到反应装置中，升温至80℃～100℃加入所述比例的催化剂，然后升温至150℃～200℃，恒温继续反应3h～4h，反应完成后，加入有机溶剂，混合均匀；

(2)所述中间产物进一步和胺类化合物反应扩链：在60℃～90℃条件下，将步骤(1)的产物在1h内滴加到含有过量胺类化合物的装置中，滴加完毕后恒温继续反应2h～4h，反应后除去未反应的胺和不参与反应的有机溶剂；

(3)固化剂的制备：在60℃～90℃条件下，将所述比例的去离子水滴加到步骤(2)所述的反应装置中，待滴加完毕后搅拌20min～30min，即得到一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂。

所述步骤(2)中除去未反应的胺类和有机溶剂的方法为减压蒸馏。

所述有机溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇***、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、苯甲醇的一种，且有机溶剂的用量为原料总质量的0.5％-6％。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明首先将液体环氧树脂、双端环氧基聚醚或双端环氧基聚醚和单端环氧基聚醚的混合物与双酚类化合物在催化剂下混合反应，合成一个中间产物，在中间产物生成的过程中，环氧树脂分子链段扩链的同时又引入了聚醚亲水链段，提高了固化剂与环氧树脂的相容性，又提高了固化剂的亲水性。另外，引入双酚类化合物不仅起到扩链和桥架作用，而且进一步增加了固化剂的分子量，同时引入双酚类化合物上大量的苯环，即缩短了固化剂作用时的表干时间，也提高了固化后涂膜的硬度。

(2)本发明在合成中间产物时使用的催化剂三苯基膦、苄基二胺、三丁基胺等本身就是胺类固化反应的促进剂，由于它们的存在缩短了固化剂作用时的表干时间，使本发明的固化剂具有快干的优点。

(3)本发明的固化剂黏度较小，黏度在2000～8000mPa·s，方便了固化剂与环氧树脂的配合使用及后续的施工。

(4)本发明的固化剂对液体环氧树脂具有很好的乳化能力。

(5)本发明的固化剂外观呈澄清透明的琥珀色或浅黄色，具有很好的存储稳定性，常温储存6个月无分层、沉降、黏度也没有明显的变化。

(6)本发明还具有制备工艺流程简单的特点。

附图说明

图1是快干型室温固化水性环氧树脂固化剂的分子结构的红外谱图。

图2是快干型室温固化水性环氧树脂固化剂乳化环氧树脂E-51后的粒径分布图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

按照占总物料的质量百分比进行原料准备：

在装有回流、加热和搅拌装置的反应器中，加入环氧树脂E-51、双酚A和和聚乙二醇二缩水甘油醚，升温至95℃加入三苯基膦，然后缓慢升温至160℃，恒温继续反应4h，制得中间产物，最后加入适量的丙二醇甲醚，混合均匀。

在60～90℃条件下，将所述的中间体产物在约1h内缓慢滴加到装含有过量二乙烯三胺的装置中，滴加完毕后恒温继续反应3h，反应完全后减压蒸馏除去未反应的胺和丙二醇甲醚。升温至60～90℃条件下，缓慢滴加去离子水，高速搅拌30min，即得到一种澄清透明的琥珀色水性环氧树脂固化剂，固含量58％、胺值270mgKOH/g、粘度2600mPa·s。

本实例制备的一种水性环氧树脂固化剂的分子结构的红外谱图，如附图1所示：在红外谱图中，环氧基的特征峰916cm^-1基本消失，在1466cm^-1，1576cm^-1，1604cm^-1附近出现苯环骨架振动的特征峰，表明本固化剂分子中含有大量的刚性苯环；在1107cm^-1附近出现醚键CH₂OCH₂的伸缩振动特征峰，表明本固化剂分子中含有聚醚链段；3298cm^-1，3340cm^-1为伯胺的特征吸收峰，表明本固化剂分子中含有伯胺基团。

本实例制备的一种水性环氧树脂固化剂对液体环氧树脂具有很好的乳化能力，附图2所示为本发明的水性环氧树脂固化剂乳化环氧树脂E-51后形成乳液的粒径分布图，由图可知平均粒径为271nm，说明本发明的固化剂对液体环氧树脂具有很好的乳化能力。

本固化剂的使用：

甲组份：环氧树脂E-51    95g

乙组份：本固化剂        100g

将甲组份∶乙组份＝1∶1(当量比)，混合并搅拌均匀，涂于预先打磨好的试板上，水分挥发后形成透明涂膜。涂膜主要性能如表1所示：

表1实施例1固化剂固化的水性环氧树脂涂膜性能

实施例2

按照占总物料的质量百分比进行原料准备：

在装有回流、加热和搅拌装置的反应器中，加入环氧树脂E-51、双酚A和和聚乙二醇二缩水甘油醚，升温至100℃加入苄基二胺，然后缓慢升温至170℃，恒温继续反应4h，制得中间产物，最后加入适量的丙二醇丁醚，混合均匀。

在60～90℃条件下，将所述的中间体产物在约1h内缓慢滴加到装有过量乙二胺的装置中，滴加完毕后恒温继续反应3h，反应完全后减压蒸馏除去未反应的胺和丙二醇丁醚。升温至60～90℃条件下，缓慢滴加去离子水，高速搅拌30min，即得到一种澄清透明的浅黄色水性环氧树脂固化剂，固含量60％、胺值200mgKOH/g、粘度5000mPa·s。

本固化剂的使用：

甲组份：环氧树脂E-51    95g

乙组份：本固化剂        136g

将甲组份∶乙组份＝1∶1(当量比)，混合并搅拌均匀，涂于预先打磨好的试板上，水分挥发后形成透明涂膜。涂膜主要性能如表2所示：

表2实施例2固化剂固化的水性环氧树脂涂膜性能

实施例3

按照占总物料的质量百分比进行原料准备：

在装有回流、加热和搅拌装置的反应器中，加入环氧树脂E-51、双酚A和和聚丙二醇二缩水甘油醚，升温至90℃加入三苯基膦，然后缓慢升温至160℃，恒温继续反应4h，制得中间产物，最后加入适量的丙二醇甲醚，混合均匀。

在60～90℃条件下，将所述的中间体产物在约1h内缓慢滴加到装有过量间苯二甲胺的装置中，滴加完毕后恒温继续反应3h，反应完全后减压蒸馏除去未反应的胺和丙二醇甲醚。升温至60～90℃条件下，缓慢滴加去离子水，高速搅拌30min，即得到一种澄清透明的琥珀色水性环氧树脂固化剂，固含量50％、胺值210mgKOH/g、粘度2900mPa·s。

本固化剂的使用：

甲组份：环氧树脂E-51    95g

乙组份：本固化剂        129g

将甲组份∶乙组份＝1∶1(当量比)，混合并搅拌均匀，涂于预先打磨好的试板上，水分挥发后形成透明涂膜。涂膜主要性能如表3所示：

表3实施例3固化剂固化的水性环氧树脂涂膜性能

实施例4

按照占总物料的质量百分比进行原料准备：

在装有回流、加热和搅拌装置的反应器中，加入环氧树脂E-51、双酚F和和聚丙二醇二缩水甘油醚，升温至90℃加入三苯基膦，然后缓慢升温至170℃，恒温继续反应4h，制得中间产物，最后加入适量的丙二醇***，混合均匀。

在60～90℃条件下，将所述的中间体产物在约1h内缓慢滴加到装有过量三甲基己二胺的装置中，滴加完毕后恒温继续反应3h，反应完全后减压蒸馏除去未反应的胺和丙二醇***。升温至60～90℃条件下，缓慢滴加去离子水，高速搅拌30min，即得到一种澄清透明的琥珀色水性环氧树脂固化剂，固含量52％、胺值230mgKOH/g、粘度2500mPa·s。

本固化剂的使用：

甲组份：环氧树脂E-51    95g

乙组份：本固化剂        118g

将甲组份∶乙组份＝1∶1(当量比)，混合并搅拌均匀，涂于预先打磨好的试板上，水分挥发后形成透明涂膜。涂膜主要性能如表4所示：

表4实施例4固化剂固化的水性环氧树脂涂膜性能

实施例5

按照占总物料的质量百分比进行原料准备：

在装有回流、加热和搅拌装置的反应器中，加入环氧树脂E-51、双酚A和和聚乙二醇二缩水甘油醚，升温至80℃加入三苯基膦，然后缓慢升温至160℃，恒温继续反应3h，制得中间产物，最后加入适量的丙二醇甲醚，混合均匀。

在60～90℃条件下，将所述的中间体产物在约1h内缓慢滴加到装有过量二乙烯三胺和间苯二甲胺的装置中，滴加完毕后恒温继续反应4h，反应完全后减压蒸馏除去未反应的胺和丙二醇甲醚。升温至60～90℃条件下，缓慢滴加去离子水，高速搅拌20min，即得到一种澄清透明的琥珀色的水性环氧树脂固化剂，固含量52％、胺值230mgKOH/g、粘度2500mPa·s。

本固化剂的使用：

甲组份：环氧树脂E-51    95g

乙组份：本固化剂        156g

将甲组份∶乙组份＝1∶1(当量比)，混合并搅拌均匀，涂于预先打磨好的试板上，水分挥发后形成透明涂膜。涂膜主要性能如表5所示：

表5实施例5固化剂固化的水性环氧树脂涂膜性能

实施例6

按照占总物料的质量百分比进行原料准备：

在装有回流、加热和搅拌装置的反应器中，加入环氧树脂E-51、双酚A、聚乙二醇二缩水甘油醚和单环氧基聚醚，升温至95℃加入三苯基膦，然后缓慢升温至160℃，恒温继续反应4h，制得中间产物，最后加入适量的苯甲醇，混合均匀。

在60～90℃条件下，将所述的中间体产物在约1h内缓慢滴加到装有过量三乙烯四胺的装置中，滴加完毕后恒温继续反应3h，反应完全后减压蒸馏除去未反应的胺和苯甲醇。升温至60～90℃条件下，缓慢滴加去离子水，高速搅拌30min，即得到一种澄清透明的浅黄色的水性环氧树脂固化剂，固含量53％、胺值220mgKOH/g、粘度2000mPa·s。

本固化剂的使用：

甲组份：环氧树脂E-51    95g

乙组份：本固化剂        128g

将甲组份∶乙组份＝1∶1(当量比)，混合并搅拌均匀，涂于预先打磨好的试板上，水分挥发后形成透明涂膜。涂膜主要性能如表6所示：

表6实施例6固化剂固化的水性环氧树脂涂膜性能

Claims (7)

1.一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂，其特征是，由以下质量百分含量的组分组成：

胺类化合物            8％～22％，

环氧树脂              2.5％～28％，

双酚类化合物          1.5％～12％，

催化剂                0.03％～0.6％，

端环氧基聚醚化合物    9.5％～38％，

去离子水              30％～55％；

所述胺类化合物为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、乙二胺、聚醚二胺、三甲基己二胺、异氟尔酮二胺、间苯二胺、间苯二甲胺的一种或几种；

所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂；

所述端环氧基聚醚化合物的平均分子量为200～10000；

所述双酚类化合物为双酚A、双酚F或其它骨架的双酚的一种或几种。

2.根据权利要求1所述快干型室温固化水性环氧树脂固化剂，其特征是，所述双酚A型液体环氧树脂为EPON828、EPON1001、E-51或E-44中的一种。

3.根据权利要求1所述快干型室温固化水性环氧树脂固化剂，其特征是，所述催化剂为三苯基膦、苄基二胺、三丁基胺中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述快干型室温固化水性环氧树脂固化剂，其特征是，所述端环氧基聚醚化合物为聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚与单环氧基聚醚的混合物或聚丙二醇二缩水甘油醚与单环氧基聚醚的混合物中的一种。

5.制备权利要求1～4之一所述的一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂的方法，其特征在于，具体步骤为：

(1)中间产物的合成：加入所述比例的液体环氧树脂、双酚类化合物和端环氧基聚醚化合物到反应装置中，升温至80℃～100℃加入所述比例的催化剂，然后升温至150℃～200℃，恒温继续反应3h～4h，反应完成后，加入有机溶剂，混合均匀；

(2)所述中间产物进一步和胺类化合物反应扩链：在60℃～90℃条件下，将步骤(1)的产物在1h内滴加到含有过量胺类化合物的装置中，滴加完毕后恒温继续反应2h～4h，反应后除去未反应的胺和不参与反应的有机溶剂；

(3)固化剂的制备：在60℃～90℃条件下，将所述比例的去离子水滴加到步骤(2)所述的反应装置中，待滴加完毕后搅拌20min～30min，即得到一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂。

6.根据权利要求5所述的一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂的制备方法，其特征是，步骤(2)中所述的除去未反应的胺类和有机溶剂的方法为减压蒸馏。

7.根据权利要求5所述的一种快干型室温固化水性环氧树脂固化剂的制备方法，其特征是，所述有机溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇***、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、苯甲醇中的一种，且有机溶剂的用量为原料总质量的0.5％-6％。

Images