[發(fā)明專利]環(huán)氧改性水性聚丙烯酰胺固化劑及制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210174314.4
• 申請(qǐng)日: 2012-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102702484A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉非;彭欽;孟慶穎;吳皓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G59/64
• 分類號(hào): C08G59/64;C08F120/56;C08F8/32;C09D163/00;C09D5/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及環(huán)氧改性水性聚丙烯酰胺固化劑及制備方法。

背景技術(shù)

水性環(huán)氧涂料體系在保留傳統(tǒng)環(huán)氧體系所具有的優(yōu)異的附著性、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)品性、絕緣性等特性的基礎(chǔ)上，以水為分散介質(zhì)，不含或只含有少量有機(jī)溶劑，是一類環(huán)境友好的高分子材料。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求日益迫切和嚴(yán)格，不含揮發(fā)性有機(jī)溶劑(volatile?organic?compound，VOC)或低揮發(fā)性有機(jī)溶劑、不含有害空氣污染物(non—hazardous?air?pollutants，NHAP)的水性環(huán)氧體系已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

水性環(huán)氧固化劑是水性環(huán)氧體系應(yīng)用的關(guān)鍵。目前只能說(shuō)是針對(duì)某一類環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)合成與之配套的固化劑，因此每開(kāi)發(fā)一種新的固化劑就可以解決一個(gè)方面的問(wèn)題，就相當(dāng)于開(kāi)發(fā)一種新的環(huán)氧樹(shù)脂或開(kāi)辟了環(huán)氧樹(shù)脂一個(gè)新的用途?？梢?jiàn)，開(kāi)發(fā)固化劑具有十分重要的意義。

水性環(huán)氧涂料體系是由環(huán)氧樹(shù)脂和水性環(huán)氧固化劑組成。水性環(huán)氧固化劑是影響水性環(huán)氧樹(shù)脂體系物理、化學(xué)性能的重要組分，已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域關(guān)注、研究的熱點(diǎn)。目前，水性環(huán)氧體系根據(jù)成膜方式和兩組分的物理狀態(tài)可以分為I型體系和Ⅱ型體系。

I型水性環(huán)氧體系是由低分子液體環(huán)氧樹(shù)脂和水可溶性胺固化劑組成，該體系中固化劑既是交聯(lián)劑又是乳化劑，這類固化劑以多胺為基礎(chǔ)，在其分子中引入具有表面活性的鏈段，使它成為兩親性的分子，從而具有很強(qiáng)的乳化作用。由于采用液態(tài)的樹(shù)脂，I型水性環(huán)氧體系中不必加入溶劑，該體系的VOC可為零。可配成零VOC和NHAP的涂料，涂膜硬度增長(zhǎng)較快，但其采用的樹(shù)脂是液態(tài)的，存在水分蒸發(fā)后表干時(shí)間長(zhǎng)；體系的黏度隨擱置時(shí)間的延長(zhǎng)而快速增加，表現(xiàn)為適用期短；耐腐蝕性差。

Ⅱ型水性環(huán)氧體系是由自乳化高分子質(zhì)量固體環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑組成，自乳化高分子質(zhì)量環(huán)氧樹(shù)脂在室溫下為固體，軟化點(diǎn)為60～80℃，因此一般由生產(chǎn)廠預(yù)先配制成乳液，通常其中含有少量有害空氣污染物。固化劑與Ⅱ型環(huán)氧乳液具有較好的相容性。大都含有NHAP作為成膜助劑，體系表干速率快。該體系的固化劑需從水相中遷移到環(huán)氧樹(shù)脂中，從而降低了反應(yīng)物濃度，延長(zhǎng)了適用期。但Ⅱ型水性環(huán)氧體系存在含有機(jī)揮發(fā)溶劑，涂膜表面不均勻等缺點(diǎn)。

采用水溶液聚合法合成的聚丙烯酰胺操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，產(chǎn)物具有很好的水溶性。本研究在水性環(huán)氧固化劑的基礎(chǔ)之上，提出了利用環(huán)氧改性水性聚丙烯酰胺制備新的環(huán)氧固化劑及其制備方法。用環(huán)氧改性聚丙烯酰胺所制備的固化劑為含親環(huán)氧樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)的水性固化劑，提高與環(huán)氧樹(shù)脂的相容性，克服了I型水性環(huán)氧體系耐腐蝕性差、耐化學(xué)性差等缺點(diǎn)，也克服了Ⅱ型水性環(huán)氧體系含有機(jī)溶劑，涂膜表面不均勻等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出用環(huán)氧樹(shù)脂改性水性聚丙烯酰胺作為環(huán)氧乳液的固化劑，該固化劑為含親環(huán)氧樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)的水性固化劑，提高了與環(huán)氧乳液的相容性和穩(wěn)定性，不含有機(jī)溶劑。聚丙烯酰胺存在酰胺鍵，具有很好的耐酸堿、耐腐蝕等性能。因此涂膜耐化學(xué)藥品等性能得以明顯提高。與多胺加成，制備了具有自乳化性能的水性環(huán)氧固化劑。使用該種固化劑得到的涂膜性能優(yōu)良，且工藝簡(jiǎn)單，易于操作，成本低。

本發(fā)明環(huán)氧樹(shù)脂改性水性聚丙烯酰胺固化劑的制備方法，步驟如下：

（1）先將丙烯酰胺單體溶于水中配制成濃度約為30%的溶液；N₂條件下，50～70℃，加入相當(dāng)于單體和水總質(zhì)量的1‰引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀(，反應(yīng)2~4h，得到聚丙烯酰胺乳液；

（2）選取一種多胺，滴加等摩爾的單環(huán)氧化合物丁基縮水甘油醚，制備出封端產(chǎn)物；反應(yīng)溫度為50～70℃，反應(yīng)時(shí)間為1.5～2.5h；

（3）取（2）中的產(chǎn)物，滴加到（1）的產(chǎn)物中，攪拌均勻后滴加（摩爾量相對(duì)于氨基摩爾量的5～15%）的環(huán)氧樹(shù)脂，升溫到45～65℃，繼續(xù)反應(yīng)2～3h得到合成物；

所述步驟（1）中水溶液法制備的聚丙烯酰胺，其分子量約為2～5×10⁶。

所述步驟（2）中一種多胺為二乙烯三胺或者三乙烯四胺。

所述步驟（3）中環(huán)氧樹(shù)脂為E-44，128，E-42

雙組分水性環(huán)氧樹(shù)脂涂膜的制備

甲組分：水性環(huán)氧樹(shù)脂固化劑????乙組分：水性環(huán)氧樹(shù)脂乳液

按照甲組分（活潑氫值mol/g）∶乙組分（環(huán)氧基值mol/g）＝1∶1的比例混合，攪拌均勻，用刷子涂在鐵片上，在40～80℃下加熱形成透明的涂膜。