CN1891771B - 一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水性环氧涂料及其制备方法，尤其涉及一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液及其制备方法。该环氧固化剂乳液由环氧树脂固化剂与环氧乳化剂混合反应，并在水分散介质中乳化形成，其中所述的环氧乳化剂由环氧树脂、聚乙二醇醚、烷基酚聚氧乙烯醚和扩链剂反应制得。本发明另外还提供了该环氧固化剂乳液的制备方法。本发明环氧固化剂乳液固化后的漆膜具有较低的表面能，可获得荷叶效应。同时，本发明的环氧固化剂乳液的pH值为10～13，它与环氧乳液混合后的pH在10以上，对钢铁表面形成一层保护膜，可以避免水对其造成的闪蚀。因而本发明特别是在钢结构防腐上使用具有优越的特性。

Description

一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性环氧涂料及其制备方法，尤其涉及一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液及其制备方法。

背景技术

环氧树脂涂料是一种高性能涂料，应用十分广泛。它具有多种优点，包括对各种基层都有很强的附着力，涂层的硬度高，具有良好的耐水和耐化学性，较好的耐磨性等，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)，有毒、易燃，污染大气层，对环境和人体都造成危害。随着科学技术的进步，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，促使水性环氧涂料的研究、开发和应用迅速发展。水性环氧涂料的研究中很大的一部分是水性环氧涂料固化剂的改性。如中国发明专利(公开号为CN1415680A)公开了对多乙烯多胺进行改性，工艺步骤为：(1)单环氧化合物与多乙烯多胺封端；(2)对经封端的多乙烯多胺与双环氧化合物加成；(3)然后加入醋酸成盐，得水溶性环氧固化剂。

用上述方法合成的固化剂为水溶性固化剂，该固化剂在使用过程中存在如下缺陷：

a、固化剂的亲水性太强，它与环氧乳液的亲水亲油平衡值不匹配，固化剂和环氧乳液混合后固化时，固化剂以离子状态从水相扩散进乳液粒子，因此树脂粒子表面的固化剂浓度较高，使环氧乳液分散体表面由于交联变得较硬，导致树脂粒子表面的聚结成膜，这一现象阻止固化剂与环氧乳液进一步的反应，最终使涂料漆膜中的树脂和固化剂分布不均匀。当固化后的涂料漆膜再次碰到水时，由于固化剂具有很强的亲水性，残留的未参与反应的固化剂立即重新溶到水中，涂料漆膜的耐水性极差。

b、固化剂体系的PH值8-9之间，是因加入醋酸成盐导致的，有机胺盐在水中以离子状态存在，两组分混合时，阳离子参与了交联反应，阴离子部份分解，部分游离在涂料漆膜中，它是不稳定的，遇到水重新回到水中，造成涂料漆膜不耐化学腐蚀(碰到碱如NaOH会生成醋酸盐，遇到强酸会被分解等等)，因而失去了环氧树脂的一些性能。另外，较低的PH值导致该类环氧在钢铁上使用时出现“闪蚀”现象。

发明内容

为了解决上述存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种用于水性环氧涂料，并与环氧乳液具有相近的亲水亲油平衡值，可以改善涂料漆膜耐化学腐蚀的环氧固化剂乳液。

本发明的另外一个目的提供上述环氧固化剂乳液的制备方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液，该环氧固化剂乳液按重量百分比由环氧树脂固化剂50％～80％与环氧乳化剂20％～50％混合反应，并在水分散介质中乳化形成，其中所述的环氧乳化剂按重量百分比由以下组份反应制得：

环氧树脂                30％～60％

聚乙二醇醚              10％～50％

烷基酚聚氧乙烯醚        10％～40％

扩链剂                    1％～10％。

作为优选，所述的环氧乳化剂按重量百分比由以下组份反应制得：

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％～8％。

作为优选，乳液的粒径为0.1μm～1μm。作为再优选，乳液的粒径为0.1μm～0.4μm。

作为优选，水分散介质为去离子水，去离子水占乳液总质量的40％～60％。

作为优选，环氧树脂固化剂为多元胺。作为再优选，环氧树脂固化剂为对苯二胺、苄基二胺、间苯二甲胺，脂环族胺、复合型多元胺、酚醛胺、AC类固化剂和二氰二胺中的一种或多种。

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。

上述的用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液的制备方法，该方法包括以下的步骤：

a、取30％～60％的环氧树脂，10％～50％的聚乙二醇醚和10％～40％的烷基酚聚氧乙烯醚混合，然后加入1％～10％扩链剂，在70～110℃条件下反应3～6小时，然后出料，制得环氧乳化剂，上述的百分比份数为占环氧乳化剂总重量的百分比；

b、将a步骤中制得的环氧乳化剂加入到环氧固化剂中，搅拌并降温，直至反应完全停止，然后再重新升温到40℃～90℃，保持温度2～4小时，出料，再慢慢加入去离子水，乳化，制得环氧固化剂乳液。

本发明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。

本发明采用两种非离子型的表面活性剂聚乙二醇醚和烷基酚聚氧乙烯醚，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具有合理的粘度，100％的固含量。

本发明的配方和工艺生产出的环氧固化剂乳液是水分散体的，由于采用了上述的环氧乳化剂，在慢慢添加水的条件下，它的粒径可达到0.1μm～1μm，作为分散体，粒径越小涂料漆膜的性能越好。同时，环氧固化剂乳液与环氧乳液具有相近的亲水亲油平衡值，两组分混合后，当水挥发后剩下的组分全部参与交联反应，涂料漆膜中不存在游离组分，因此固化后的涂料漆膜具有较低的表面能，可获得荷叶效应。另外，本发明的环氧固化剂乳液的PH值为10～13，它与环氧乳液混合后的PH在10以上，对钢铁表面形成一层保护膜，避免了涂刷过程中水对其造成的闪蚀。因而本发明特别是在钢结构防腐上使用具有优越的特性。

具体实施方式

实施例1：

环氧树脂EP-44                300g

聚乙二醇醚                   80g

烷基酚聚氧乙烯醚             90g

甲苯二异氰酸酯                30g

将环氧树脂EP-44、聚乙二醇醚、烷基酚聚氧乙烯醚等原材料加入到反应釜中，升温到80～90℃，待溶解到透明液体，抽真空-0.08MPa左右，保持30分钟，然后降温到70℃，加入甲苯二异氰酸酯反应，在80℃～90℃反应条件下反应，反应3h出料，制得环氧乳化剂。

将上述步骤中制得环氧乳化剂的环氧乳化剂加入到500g环氧固化剂中，搅拌并降温，直至反应完全停止，然后再重新升温到40℃～90℃，保持温度3～4小时，出料，再慢慢加入1000g去离子水，乳化，乳液的粒径为0.1μm～0.2μm，制得环氧固化剂乳液。

实施例2：

环氧树脂EP-44                300g

聚乙二醇醚                   86g

烷基酚聚氧乙烯醚             95g

甲苯二异氰酸酯               32g

将环氧树脂EP-44、聚乙二醇醚、烷基酚聚氧乙烯醚等原材料加入到反应釜中，升温到80-90℃，待溶解到透明液体，抽真空-0.08MPa左右，保持30分钟，然后降温到70℃，加入甲苯二异氰酸酯反应，在80℃～90℃反应条件下反应，反应3h出料，制得环氧乳化剂。

然后将上述步骤中制得的环氧乳化剂加入到600g环氧固化剂中，搅拌并降温，直至反应完全停止，然后再重新升温到40℃～90℃，保持温度3～4小时，出料，再慢慢加入1050g去离子水，乳化，乳液的粒径为0.1μm～0.2μm，制得环氧固化剂乳液。

Claims (9)

1.一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液，其特征在于该环氧固化剂乳液按重量百分比由环氧树脂固化剂50％～80％与环氧乳化剂20％～50％混合反应，并在水分散介质中乳化形成，其中所述的环氧乳化剂按重量百分比由以下组份反应制得：

环氧树脂            30％～60％

聚乙二醇醚          10％～50％

烷基酚聚氧乙烯醚    10％～40％

芳香族二异氰酸酯    1％～10％。

2.如权利要求1所述的一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液，其特征在于所述的环氧乳化剂按重量百分比由以下组份反应制得：

环氧树脂            40％～60％

聚乙二醇醚          10％～30％

烷基酚聚氧乙烯醚    10％～30％

芳香族二异氰酸酯    1％～8％。

3.如权利要求1或2所述的一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液，其特征在于乳液的粒径为0.1μm～1μm。

4.如权利要求3所述的一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液，其特征在于乳液的粒径为0.1μm～0.4μm。

5.如权利要求1或2所述的一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液，其特征在于水分散介质为去离子水，去离子水占乳液总质量的40％～60％。

6.如权利要求1或2所述的一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液，其特征在于环氧树脂固化剂为多元胺。

7.如权利要求6所述的一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液，其特征在于环氧树脂固化剂为对苯二胺、苄基二胺、间苯二甲胺，脂环族胺、复合型多元胺、酚醛胺、AC类固化剂和二氰二胺中的一种或多种。

8.如权利要求1或2所述的一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液，其特征在于芳香族二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。

9.如权利要求1所述的一种用于水性环氧涂料的环氧固化剂乳液的制备方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：

a、取30％～60％的环氧树脂，10％～50％的聚乙二醇醚和10％～40％的烷基酚聚氧乙烯醚混合，然后加入1％～10％芳香族二异氰酸酯，在70～110℃条件下反应3～6小时，然后出料，制得环氧乳化剂，上述的百分比份数为占环氧乳化剂总重量的百分比；

b、将a步骤中制得的环氧乳化剂加入到环氧固化剂中，搅拌并降温，直至反应完全停止，然后再重新升温到40℃～90℃，保持温度2～4小时，出料，再慢慢加入去离子水，乳化，制得环氧固化剂乳液。