[發明專利]單組份室溫多重自交聯水性環氧丙烯酸樹脂乳液及其制備方法

有效

• 申請號: 201310232209.6
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103319665A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 任碧野;彭軍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08F290/00
• 分類號: C08F290/00;C08F283/10;C08G59/16;C08J3/24;C09D151/00;C09D5/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明屬于涂料類技術領域，具體涉及一種主要用于鋼鐵制品的防腐涂料的主體樹脂，尤其適用于交通車輛、工程機械、鋼制家具制造業等的防護和涂裝性涂裝的單組份室溫自交聯水性防腐涂料。

技術背景

環氧樹脂作為三大通用熱固性樹脂之一，具有極好的附著性、穩定性、耐磨性、耐腐蝕性、絕緣性及機械強度，廣泛應用于涂料工業領域。但傳統的環氧樹脂在應用中要用到大量的有機溶劑，這一方面增加了成本，另一方面有機溶劑易燃、易爆、有毒、污染環境等缺點給儲存和施工帶來了很多不便。這一缺點限制了環氧樹脂在涂料工業中的大規模使用。隨著各國環保法規的日益完善和人們環保意識的不斷增強，以水為溶劑和分散劑的水性涂料作為綠色環保的涂料品種得到了迅速發展，開發水性涂料已成為未來涂料行業的發展趨勢。

為了改善水性涂料的漆膜性能，使其能達到溶劑型涂料漆膜的優異性能，涂膜干燥后形成交聯已成普遍要求。通過交聯，乳液涂膜形成高度的三維網絡結構，從而使涂膜的耐水性、耐腐蝕性及機械強度較之非交聯型乳液得到很大程度的提高。按照交聯方式，交聯可以分為高溫交聯、UV固化交聯和室溫交聯。高溫交聯需要加熱而消耗大量能量，而UV固化交聯的應用范圍受到限制，如不能應用于建筑涂料中。而室溫交聯不僅能夠節省能源，而且還適用于任何涂裝和施工條件。按照包裝方式，交聯又可分為單組份交聯和雙組份交聯。雙組份是指涂料產品和固化劑兩個組分，包裝時兩種組分必須分裝貯存、現配現用，兩個組分混合后的使用時間一般很短，必須一次性用完。現有的水性防腐涂料多采用雙組份，應用成本高，施工操作繁瑣，而單組份包裝可以避免這些缺陷。因此，開發單組份室溫自交聯水性涂料更具廣闊的市場前景和應用價值。

室溫交聯型水性涂料成膜樹脂的聚合物分子鏈中通常含有可通過自身化學反應或外加交聯劑誘發交聯的官能團。自交聯是通過引入到聚合物分子鏈上的具有自縮合或自氧化性能的功能單體在室溫成膜過程中的自縮合或自氧化作用而實現交聯的。室溫自交聯體系主要有以下四種：基于N-羥甲基丙烯酰胺及其衍生物的室溫自交聯、硅氧烷的室溫水解縮聚自交聯、基于環氧基團的室溫自交聯和不飽和脂肪酸中雙鍵的室溫自氧化交聯。目前開發的室溫自交聯涂料大多是采用單一的交聯方式，隨著人們對涂料的涂膜性能要求越來越高，單一交聯的水性涂料的性能往往不能滿足應用的要求，而多重交聯能有效提高漆膜的交聯密度，進而改進漆膜的耐水性、耐磨性、耐腐蝕性和機械強度等性能，代表了將來水性防腐涂料自交聯技術的發展趨勢。

發明內容

本發明的目的在于克服現有水性環氧樹脂腐蝕涂料的不足之處，提供一種單組份室溫多重自交聯水性環氧丙烯酸樹脂乳液及其制備方法，其產品優點是以水作為溶劑、無毒無污染、乳液粒徑小、儲存穩定性好、涂刷性能好、漆膜平整光滑、光澤度高，同時又保持溶劑型環氧樹脂腐蝕涂料之附著力強、耐水性好、耐腐蝕和耐磨等優異性能。

本發明所述及的單組份室溫多重自交聯水性環氧丙烯酸樹脂乳液的水性化是采用自由基接枝改性法，在引發劑的作用下將環氧樹脂分子鏈上的亞甲基引發形成自由基，與帶有羧基的丙烯酸類單體接枝共聚，在環氧樹脂分子鏈上引入羧基，再中和成鹽后在水中分散而得到自乳化水性環氧乳液。化學改性法所制得的乳液粒子小，通常為nm級，穩定性好。

本發明所述及的單組份室溫多重自交聯水性環氧丙烯酸樹脂乳液的多重自交聯是通過兩種途徑來實現：一是通過環氧樹脂與不飽和脂肪酸在催化劑的作用下發生酯化反應生產自干型環氧酯，利用不飽和脂肪酸上的碳碳雙鍵的自氧化交聯而實現涂料的室溫自交聯；二是在環氧樹脂水性化時，將兩種具有自交聯性能的丙烯酸類功能單體（N‐羥甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸縮水甘油醚），通過自由基接枝聚合反應與其他丙烯酸類單體共聚，一并引入到環氧樹脂分子鏈上，利用N‐羥甲基丙烯酰胺自身活性基團的縮聚或與體系中含羧基的丙烯酸類單體的交聯反應，以及甲基丙烯酸縮水甘油醚的環氧基團開環后所產生的羥基間的縮合脫水反應這兩種自交聯方式而實現水性環氧丙烯酸樹脂乳液的室溫多重自交聯。

為了達到以上目的，本技術采用如下技術方案：

第一步不飽和脂肪酸改性環氧酯樹脂的合成

以質量份數計，將40～50份雙酚A型環氧樹脂和50～60份不飽和脂肪酸為原料，在0.5～2份催化劑的作用下并通入氮氣保護，120～150℃時進行酯化反應，反應到不飽和脂肪酸的質量分數下降到60～70%后，再升溫至190～210℃，反應至體系酸值低于5mgKOH/100g為終點，制得室溫自交聯環氧酯樹脂；