[發明專利]一種有機硅改性環氧丙烯酸酯水分散體及其制備方法

無效

• 申請號: 201010508740.8
• 申請日: 2010-10-14
• 公開（公告）號: CN101974143A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 侯有軍;陳尊;曾幸榮;任碧野;劉潤林;朱力勇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;東莞市英科水墨有限公司
• 主分類號: C08G59/14
• 分類號: C08G59/14;C08G59/17;C08G81/00;C08J3/03;C09D163/10;C09D11/10;C09J163/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李衛東

技術領域

本發明涉及一種有機硅改性環氧丙烯酸酯水分散體，特別是涉及一種高固含、低粘度的紫外光固化有機硅改性環氧丙烯酸酯水分散體及其制備方法。

背景技術

紫外光(UV)固化技術因為其高效、環保和節約能源而廣泛應用于油漆、涂料、油墨和粘合劑等多個領域。隨著人們對環境的關注，限制和減少揮發性有機物(VOC)排放法規的制定和實施，紫外光固化涂料正逐漸代替傳統的溶劑型涂料。紫外光固化涂料的一般配方包含光引發劑、活性單體及光敏預聚物，即環氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯(聚醚或聚酯)和不飽和聚酯。其中環氧丙烯酸樹脂原料來源廣泛，價格便宜，且主鏈中含有穩定的C-C鍵、苯環和醚鍵，具有良好的耐化學藥品性、拉伸模量、機械性能等，因此成為制備水性紫外光固化涂料的主要基體樹脂。但是常規的環氧丙烯酸酯預聚物往往存在粘度過大、成膜硬而脆、柔韌性欠佳等缺點，因此使用時需要加入一定量的活性單體，而活性單體的揮發性又使其成為潛在的環境污染源。因此，在制備紫外光固化涂料的過程中，開始嘗試用環保溶劑“水”來代替活性單體，從此出現了水性紫外光(UV)固化技術。該技術結合了傳統的UV固化技術和水性涂料技術的優點，成為紫外光固化涂料發展的一個主要方向。但是，隨著光敏樹脂的親水改性和環保溶劑的加入，涂膜的性能出現某些負面影響，如加入過多的環保溶劑將影響干燥和固化速度，親水基團的存在導致耐水性較差等問題，限制了其在很多行業的應用。隨著資源與環境壓力的日益增加，需要不斷改善環保型水性光固化環氧丙烯酸酯樹脂的性能，以拓展其應用領域。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術存在的粘度大，脆性高，柔韌性不好以及耐水性差的缺點，提供一種高固含、低粘度，力學性能和耐水性能優良的紫外光固化環氧丙烯酸酯水分散體及其制備方法。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種有機硅改性環氧丙烯酸酯水分散體的制備方法，包括如下步驟：

(1)低粘度環氧丙烯酸酯預聚物的制備：在容器中加入環氧樹脂、聚醚型環氧稀釋劑和阻聚劑；攪拌升溫至70～75℃，滴加丙烯酸和催化劑，0.5～1h滴加完畢；隨后升溫至80℃～90℃，反應3～5h，測定體系酸值低于5mgKOH/g停止反應，得到經聚醚型環氧稀釋劑降粘改性的環氧丙烯酸酯預聚物；

所述的環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂E-51、E-54或E-44；所述的聚醚型環氧稀釋劑為數均分子量550～650的聚乙二醇二縮水甘油醚、數均分子量550～750的聚丙二醇二縮水甘油醚和三羥甲基丙烷三縮水甘油醚中的一種或兩種；環氧樹脂與聚醚型環氧稀釋劑中的環氧基與丙烯酸的羧基的摩爾比為1∶1；環氧樹脂與聚醚型環氧稀釋劑的環氧基摩爾比為2∶1～1∶2；阻聚劑用量為環氧樹脂、聚醚型環氧稀釋劑和丙烯酸總質量的0.2％～0.4％；催化劑用量為環氧樹脂、環氧稀釋劑和丙烯酸總質量的0.5％～0.8％；

(2)順丁烯二酸酐接枝環氧丙烯酸酯預聚物的制備：將步驟(1)反應體系降溫至50～60℃，加入順丁烯二酸酐、催化劑和阻聚劑，攪拌均勻；采用分段升溫法，50～60℃反應0.5～1h，隨后升溫至70～80℃反應0.5～1h，反應達到理論酸值時停止，得到側鏈帶有羧基的順酐接枝環氧丙烯酸酯預聚物；所述順丁烯二酸酐的摩爾用量為步驟(1)所得的環氧丙烯酸酯預聚物中側羥基摩爾含量的40％～60％；

所述催化劑和阻聚劑用量分別為步驟(1)中環氧丙烯酸酯預聚物總質量的0.5％～0.8％和0.2％～0.4％；

(3)有機硅改性環氧丙烯酸酯水分散體的制備：將步驟(2)的反應體系降溫至40～50℃，加入阻聚劑，持續攪拌；將有機堿與小分子氨基硅油復配制成中和劑，對步驟(2)制得的側鏈帶有羧基的順酐接枝環氧丙烯酸酯預聚物進行中和，中和度為60％～100％；加入去離子水，在攪拌下稀釋和乳化分散，得到固含量在60％～90％的有機硅改性環氧丙烯酸酯水分散體；

所述有機堿為二甲氨基乙醇或三乙胺；所述氨基硅油的數均分子量為100～400；有機堿用量為順丁烯二酸酐摩爾用量的60％～100％；氨基硅油和阻聚劑用量分別為步驟(2)中順酐接枝環氧丙烯酸酯預聚物總質量的1.0％～2.0％和0.1～0.4％；

所述步驟(1)～(3)的阻聚劑為對甲氧基苯酚、對苯二酚或2，6-二叔丁基對甲酚；所述步驟(1)和步驟(2)的催化劑為四乙基溴化銨或N，N-二甲基芐胺。

為進一步實現本發明目的，所述理論酸值定義為順丁烯二酸酐分子開環酯化后保留一個羧基時的體系酸值。