CN107383341B - 一种水性环氧固化剂及其制备方法 - Google Patents

一种水性环氧固化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性环氧固化剂及其制备方法。该水性环氧固化剂制备方法包括：将80～90质量份的低分子量聚酰胺固化剂加热到170℃～190℃；将3～6质量份的偏苯三酸酐以及0.5～2质量份的促进剂加入上述加热后的低分子量聚酰胺固化剂中，保持温度反应一定时间后降温，得到亲水性环氧固化剂。本发明得到的水性环氧固化剂与水性环氧树脂固化时干燥速度快。

Description

一种水性环氧固化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及环氧树脂固化剂领域，尤其涉及一种水性环氧固化剂及其制备方法。
背景技术
环氧树脂涂料由于具有硬度高、耐磨性好、附着力高和耐化学药品等性能，被广泛应用于涂装领域。近年来，随着人们环保意识的不断提高，许多国家相继颁布了限制挥发性有机溶剂(VOC)的环保法规，涂料的水性化成为涂料发展的重要趋势。至20世纪70年代国外开发出水性环氧涂料技术以来，水性环氧涂料得到了广泛的应用。而作为水性环氧体系配套使用的水性环氧固化剂，它的性质对涂膜的物理、化学性能有着至关重要的影响。
水性环氧固化剂是对传统的胺类固化剂改性而得，它克服了未改性胺类固化剂的缺点，以水为溶剂，VOC含量符合环保要求。目前涂料生产中采用的改性胺类固化剂主要包括：(1)利用多元胺与单脂肪酸反应制得酰胺化多胺；(2)利用二聚酸与多元胺进行缩合反应得到聚酰胺；(3)多元胺与环氧树脂发生加成反应得到的环氧-多胺加成物。
胺类固化剂又分为脂肪胺与芳香胺。脂肪胺的特点是粘度小，可室温固化，反应时放热量大，适用期短，但耐热性和强度低，脆性大，毒性大，在空气中易吸潮、易于CO2形成碳酸盐，影响固化性能及固化物的性能。芳香胺多为固体，使用不方便，反应活性低，室温固化程度小，但是耐热性以及强度高。脂肪胺以及芳香胺的缺点限制了它们各自的应用范围。
650低分子聚酰胺固化剂是一种常见的环氧树脂固化剂，但是其本身是亲油性的，不溶于水，因此如何将其改性为水性是目前的研究重点。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种水性环氧固化剂，该水性环氧固化剂与水性环氧树脂固化时干燥速度快。
本发明的目的之二在于提供一种水性环氧固化剂制备方法，得到的水性环氧固化剂与水性环氧树脂固化时干燥速度快。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种水性环氧固化剂，其通过以下重量份的原料制备得到：
低分子量聚酰胺固化剂 80～90份；
偏苯三酸酐 3～6份；
促进剂 0.5～2份。
进一步地，所述低分子量聚酰胺固化剂为650聚酰胺固化剂。
进一步地，所述促进剂为N,N-二甲基苄胺。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种水性环氧固化剂制备方法，其通过以下重量份的原料制备得到：低分子量聚酰胺固化剂80～90份、偏苯三酸酐3～6份、促进剂0.5～2份；所述制备方法包括：
加热步骤：将80～90质量份的低分子量聚酰胺固化剂加热到170℃～190℃；
接枝反应步骤：将3～6质量份的偏苯三酸酐以及0.5～2质量份的促进剂加入上述加热后的低分子量聚酰胺固化剂中，保持温度反应一定时间后降温，得到亲水性环氧固化剂。
在本发明提供的水性环氧固化剂制备方法中，偏苯三酸酐为改性剂，其通过化学反应接枝到低分子量聚酰胺固化剂上，使得接枝后的固化剂具有良好的亲水性，从而将油性的低分子量聚酰胺固化剂改性为水性的聚酰胺固化剂；同时，偏苯三酸酐接枝到低分子量聚酰胺固化剂上，将苯环引入了固化剂中，有利于提高固化剂的耐热性。
进一步地，所述接枝反应步骤中，促进剂为N,N-二甲基苄胺。N,N-二甲基苄胺作为促进剂，通常是以物理共混的方式添加到固化剂中，而在本发明提供的技术方案中，N,N-二甲基苄胺能够与偏苯三酸酐反应，接枝到固化剂上，有利于提高N,N-二甲基苄胺的稳定性。
进一步地，在所述接枝反应步骤后还包括溶剂添加步骤：当所述接枝反应步骤的温度降至110℃～130℃时，加入溶剂，控制水性环氧固化剂的固含量达到73％～77％。
进一步地，所述溶剂添加步骤中，溶剂为醇醚类溶剂。
进一步地，所述加热步骤中，低分子量聚酰胺固化剂为650聚酰胺固化剂。
进一步地，所述接枝反应步骤中，保持温度反应2～3小时后，当产物的酸值达到20～25时降温。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过化学接枝的方法将偏苯三酸酐接枝到聚酰胺固化剂上，将油性的聚酰胺固化剂改性为水性聚酰胺固化剂；本发明的水性环氧固化剂与水性环氧树脂组成的双组份涂料的干燥速度与现有技术相比得到大幅的提升，其表干时间≤30min，实干时间≤8小时，而现有技术中，大部分水性环氧固化剂与水性环氧树脂组成的双组份涂料的表干时间≥2h，实干时间≥24h；由于在固化剂中引入了苯环，使得水性环氧固化剂与水性环氧树脂反应后的涂膜的耐热性以及强度得到一定程度的提高；本发明以650聚酰胺固化剂为主要原料，该原料易得，成本低廉，有利于大规模生产。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明提供一种水性环氧固化剂的制备方法，包括：
加热步骤：将80～90质量份的低分子量聚酰胺固化剂加入反应釜，升温到170℃～190℃；
接枝反应步骤：将3～6质量份的偏苯三酸酐以及0.5～2质量份的促进剂加入上述加热后的低分子量聚酰胺固化剂中，保持温度反应一定时间后降温，得到亲水性环氧固化剂。
进一步地，所述接枝反应步骤中，促进剂为N,N-二甲基苄胺。
进一步地，在所述接枝反应步骤后还包括溶剂添加步骤：当所述接枝反应步骤的温度降至110℃～130℃时，加入溶剂，控制水性环氧固化剂的固含量达到73％～77％。
进一步地，所述溶剂添加步骤中，溶剂为乙二醇丁醚。
进一步地，所述加热步骤中，低分子量聚酰胺固化剂为650聚酰胺固化剂。
进一步地，所述接枝反应步骤中，保持温度反应2～3小时后，当产物的酸值达到20～25时降温。
上述制备方法中，偏苯三酸酐为改性剂，其通过化学反应接枝到低分子量聚酰胺固化剂上，使得接枝后的固化剂具有良好的亲水性，从而将油性的低分子量聚酰胺固化剂改性为水性的聚酰胺固化剂；同时，偏苯三酸酐接枝到低分子量聚酰胺固化剂上，将苯环引入了固化剂中，有利于提高固化剂的耐热性。
以下为本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
[实施例1]
一种水性环氧固化剂的制备方法，包括：
加热步骤：将80质量份的650聚酰胺固化剂加入反应釜，升温到180℃；
接枝反应步骤：将3质量份的偏苯三酸酐以及0.5质量份的N,N-二甲基苄胺加入上述加热后的650聚酰胺固化剂中，保持温度2～3小时后测定产物酸值，当产物的固体酸值达到20～25时降温；
溶剂添加步骤：当所述接枝反应步骤的温度降至120℃时，加入乙二醇丁醚，控制水性环氧固化剂的固含量达到75±2％时，过滤、包装得到水性环氧固化剂。
[实施例2]
一种水性环氧固化剂的制备方法，包括：
加热步骤：将80质量份的650聚酰胺固化剂加入反应釜，升温到180℃；
接枝反应步骤：将5质量份的偏苯三酸酐以及1质量份的N,N-二甲基苄胺加入上述加热后的650聚酰胺固化剂中，保持温度2～3小时后测定产物酸值，当产物的固体酸值达到20～25时降温；
溶剂添加步骤：当所述接枝反应步骤的温度降至120℃时，加入乙二醇丁醚，控制水性环氧固化剂的固含量达到75±2％时，过滤、包装得到水性环氧固化剂。
[实施例3]
一种水性环氧固化剂的制备方法，包括：
加热步骤：将80质量份的650聚酰胺固化剂加入反应釜，升温到180℃；
接枝反应步骤：将6质量份的偏苯三酸酐以及2质量份的N,N-二甲基苄胺加入上述加热后的650聚酰胺固化剂中，保持温度2～3小时后测定产物酸值，当产物的固体酸值达到20～25时降温；
溶剂添加步骤：当所述接枝反应步骤的温度降至120℃时，加入乙二醇丁醚，控制水性环氧固化剂的固含量达到75±2％时，过滤、包装得到水性环氧固化剂。
[实施例4]
一种水性环氧固化剂的制备方法，包括：
加热步骤：将90质量份的650聚酰胺固化剂加入反应釜，升温到180℃；
接枝反应步骤：将5质量份的偏苯三酸酐以及1质量份的N,N-二甲基苄胺加入上述加热后的650聚酰胺固化剂中，保持温度2～3小时后测定产物酸值，当产物的固体酸值达到20～25时降温；
溶剂添加步骤：当所述接枝反应步骤的温度降至120℃时，加入乙二醇丁醚，控制水性环氧固化剂的固含量达到75±2％时，过滤、包装得到水性环氧固化剂。
值得一提的是，上述各实施例中，酸值的测定参照标准GB/T 2895-82；固含量的测定参照标准GB/T1725-79。
[实施例5]
将实施例1得到的水性环氧固化剂与水性环氧树脂按照质量比＝1:4配成双组份环氧涂料。
[实施例6]
将实施例2得到的水性环氧固化剂与水性环氧树脂按照质量比＝1:4配成双组份环氧涂料。
[实施例7]
将实施例3得到的水性环氧固化剂与水性环氧树脂按照质量比＝1:4配成双组份环氧涂料。
[实施例8]
将实施例4得到的水性环氧固化剂与水性环氧树脂按照质量比＝1:4配成双组份环氧涂料。
[对比例1]
将某市售水性环氧固化剂与水性环氧树脂按照质量比＝1:4配成双组份环氧涂料。
上述实施例的水性环氧涂料按照GB/T 1728测定其干燥性能，按照GB/T1720测定附着力，按照GB/T 1732测定冲击强度，按照GB/T1733测定耐水性，按照GB/T1763-89测定耐中性盐雾性。实施例5-8以及对比例1的测试结果见表1。
表1
由表1可以看出，与市售的水性环氧固化剂相比，本发明制备的水性环氧固化剂与水性环氧树脂固化时，其干燥速度快、耐冲击性能以及耐盐雾性好。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种水性环氧固化剂的制备方法，其特征在于，通过以下重量份的原料制备得到：低分子量聚酰胺固化剂80～90份、偏苯三酸酐3～6份、促进剂0.5～2份；所述制备方法包括：
加热步骤：将80～90质量份的低分子量聚酰胺固化剂加热到170℃～190℃；
接枝反应步骤：将3～6质量份的偏苯三酸酐以及0.5～2质量份的促进剂加入上述加热后的低分子量聚酰胺固化剂中，保持温度反应一定时间后降温，得到亲水性环氧固化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述接枝反应步骤中，促进剂为N,N-二甲基苄胺。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述接枝反应步骤后还包括溶剂添加步骤：当所述接枝反应步骤的温度降至110℃～130℃时，加入溶剂，控制水性环氧固化剂的固含量达到73％～77％。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂添加步骤中，溶剂为醇醚类溶剂。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热步骤中，低分子量聚酰胺固化剂为650聚酰胺固化剂。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述接枝反应步骤中，保持温度反应2～3小时后，当产物的酸值达到20～25时降温。
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