[發明專利]一種自乳化型水性環氧樹脂乳液及其制備方法

有效

• 申請號: 201210231981.1
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102731798A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 張漢青;胡中;陳衛東;祝寶英;莊振宇;朱柯;許飛;於杰
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油常州涂料化工研究院;中海油能源發展股份有限公司;中海油常州環保涂料有限公司
• 主分類號: C08J3/03
• 分類號: C08J3/03;C08G59/14;C08L63/00;C09D163/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種自乳化型水性環氧樹脂乳液及其制備方法。

背景技術

環氧樹脂具有優異的物理、機械性能，可作為粘接劑、復合材料基體和封裝材料等廣泛應用于各個領域，特別是在涂料領域應用更為廣泛，但是常用的環氧樹脂大多為粘稠液體或固體，不溶于水，易溶于酮類及醇醚類有機溶劑。隨著環保日益加強，開發和研究適用于涂料領域的水性環氧樹脂體系具有重要的現實意義。目前常見的環氧樹脂的水性化方法主要有外乳化和自乳化方法。外乳化法即利用外加表面活性劑采用后乳化的方法將環氧樹脂在高剪切作用下強制乳化，得到水性環氧樹脂乳液。該法對生產設備要求較高，并且所得產品的貯存穩定性差，粒徑大，漆膜光澤較差；自乳化法即通過化學接枝的方式將親水基團連接到環氧樹脂分子上，從而制得水性環氧樹脂乳液。該法所得環氧樹脂乳液的穩定性較外乳化法大大提高，進而為乳液貯存穩定性及固化漆膜的綜合性能提供了保障，更利于實際應用。例如USA6225376中公開了利用二甲基環己胺將聚氧烷烯聚合物接枝到環氧樹脂主鏈上，形成自乳化的水性環氧樹脂，其缺點是可供選擇的聚氧烷烯聚合物不易獲得。CN101838396A中公開了通過兩步反應分別將環氧樹脂的環氧基開環和在主鏈上通過丙烯酸酯類單體自由基接枝聚合方法制備水性環氧樹脂乳液，其缺點是接枝率較低，且制備的水性環氧乳液由于不存在環氧基團，不能用于雙組份環氧涂料體系。CN101177479A公開了利用低分子量的環氧樹脂，采用兩步法分別在環氧樹脂主鏈和側鏈上引入非離子聚醚鏈段，從而實現環氧樹脂的水性化，其缺點是只能采用低分子量的液體環氧樹脂進行水性化，而且親水的聚醚鏈段含量較高，親水鏈段用量較高必然會對乳液固化性能產生影響。

發明內容

本發明的第一個目的是：提供一種貯存性能穩定且能賦予涂膜良好性能的自乳化型水性環氧樹脂乳液。

實現本發明第一個目的的技術方案是：一種自乳化型水性環氧樹脂乳液是由環氧樹脂與季銨化劑加熱得到的反應產物，經加水自乳化后，再調至固體含量50wt%～55wt%形成的乳液，各原料用量按重量百分數計為：環氧樹脂40～60％，助溶劑0～20％，季銨化劑5～15％，去離子水35～50％，上述各原料的重量百分數之和為100％；

其中的季銨化劑為多異氰酸酯與含叔氨基團的乙醇胺在加熱和催化劑作用下進行反應，然后再利用有機酸中和叔氨制得的，各原料用量按重量百數計為：多異氰酸酯40～70％，含叔胺基團的乙醇胺15～30％，有機酸10～20％，助溶劑0～20％，催化劑0.045～0.050％，上述各原料的重量百分數之和為100％；

其中，多異氰酸酯為縮二脲、三聚體和三羥甲基丙烷加成物中的一種或數種，含叔氨基團的乙醇胺為N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、N,N-二異丙基乙醇胺和N,N-二丁基乙醇胺中的任一種，助溶劑為乙二醇酯類或丙二醇酯類，有機酸為乳酸或冰醋酸；催化劑為二月桂酸二丁基錫、二醋酸二丁基錫、辛酸亞錫中的一種或數種。

上述自乳化型水性環氧樹脂乳液，其所述環氧樹脂為E-51、E-44、E-20、E12中的一種或數種。

上述自乳化型水性環氧樹脂乳液，其用作所述自乳化型水性環氧乳液的助溶劑原料為乙二醇醚類或丙二醇醚類。

本發明第二個目的是：提供一種簡單、易操作、原料易得，價格適宜的制備貯存性能穩定且能賦予涂膜良好性能的自乳化型水性環氧樹脂乳液的方法。

實現本發明第二個目的的技術方案是：一種制備上述自乳化型水性環氧樹脂乳液的方法的具體操作步驟如下：

①制備季銨化劑

按各原料用量的重量百分數為：多異氰酸酯40～70％，含叔氨基團的乙醇胺15～30％，有機酸10～20％，助溶劑0～20％，催化劑0.05％準備原料備用，上述各原料的重量百分數之和為100％；

在反應容器中加入多異氰酸酯，或多異氰酸酯和助溶劑，攪拌均勻后再加入含叔氨基團的乙醇胺和催化劑，升溫至75～85℃，使多異氰酸酯中的異氰酸酯基團與含叔氨基團的乙醇胺的羥基進行反應并保溫反應至少4h，測異氰酸酯基含量基本為零，即停止反應，降溫至50℃再加入有機酸進行中和，攪拌至少0.5h后制得季銨化劑，出料備用；

②制備自乳化型水性環氧樹脂乳液

按各原料用量的重量百分數計為：環氧樹脂40～60％，助溶劑0～20％，步驟①制備的季銨化劑5～15％，去離子水30～50％準備原料備用，上述各原料的重量百分數之和為100％；