一種水性環氧樹脂塗料的製備方法
2023-07-02 14:26:56 3
專利名稱：一種水性環氧樹脂塗料的製備方法
技術領域：
本發明涉及水性環氧樹脂塗料，具體涉及一種將固態環氧樹脂及有機多胺類固化劑製備成水性塗料的方法，屬於化工技術領域。
背景技術：
環氧樹脂是三大通用型熱固性樹脂之一，具有優良的機械性能、電絕緣性能、熱穩定性、耐化學品性和粘結性能，被廣泛應用於電子電氣、機械製造、航空航天、船舶運輸等領域。隨著社會的發展人們環保意識的不斷增加，以水為溶劑或分散介質的環氧樹脂水性化愈來愈受到重視，水性化改性的環氧樹脂不僅兼有溶劑型環氧樹脂的優點，而且VOC(揮發性有機化合物)含量低，施工性好，清洗方便，儲運使用安全，價格低廉，因而成為環氧樹脂應用的發展方向之一。為了解決以上問題，人們開發了環境友好型的水性環氧樹脂塗料，該塗料通常由甲乙兩組份組成，甲組份為環氧樹脂，乙組份為固化劑。由於環氧樹脂本身不溶於水，不能直接加入水進行乳化，通常採用機械法、相反轉法和化學改性法來對環氧樹脂進行水性化改性；機械法和相反轉法製得的水性環氧樹脂乳液粒徑較大，穩定性差。化學改性法是目前環氧樹脂水性化改性研究的熱點，利用該法合成的水性環氧樹脂乳液粒徑較小，穩定性較好，現已見諸多關於利用化學改性法來製備水性環氧樹脂塗料的報導出現。公開號CN 1752163A的中國發明專利公開了一種水性環氧樹脂塗料的製備方法。 塗料由低分子量液體環氧樹脂、環氧樹脂醚溶液或環氧樹脂乳液中一種與水性環氧樹脂固化劑兩個組份組成，其中固化劑由多乙烯多胺經封端、加成、成鹽工藝改性製得。乳液和固化劑按一定的比例配製得水性環氧樹脂塗料清漆。該發明所製得的固化劑分子鏈段中既有親水基團，又有親油基團，具有乳化劑作用，能夠直接乳化環氧樹脂塗料。但是該工藝僅限於脂肪胺改性，室溫下此類固化劑仍具有較強的活潑性，此環氧樹脂塗料的存放時間不長; 而且製備該固化劑的過程中有機多胺的用量必須大大過量才能保證反應不發生凝膠，若後續步驟蒸去多餘的有機多胺會增加生產成本。
發明內容
本發明的目的在於找到一種能夠將固態環氧樹脂和有機多胺固化劑製備成水性環氧樹脂塗料的工藝。在該工藝中，將固態環氧樹脂改性為具有親水性的環氧樹脂，將有機多胺固化劑改性為具有高固體分的液態固化劑，並且二者具有很好的相容性，製備的塗料乳液穩定且能存放較長時間。本發明的目的通過如下技術方案來實現一種水性環氧樹脂塗料的製備方法，包括如下步驟(1)甲組份的製備以質量分數計，將40 60份的酚醛環氧樹脂和20 35份的有機溶劑加入到反應器中，60°C 80°C條件下將其完全溶解後，加入5 16份的胺類改性劑，在60°C 90°C，攪拌條件下反應1 池，得到胺改性酚醛環氧樹脂；將4 10份的有機酸加入到所得的胺改性酚醛環氧樹脂中，反應0. 5 lh，得到甲組份；所述的胺類改性劑為乙醇胺和/或二乙醇胺；(2)乙組份的製備以質量分數計，將10 25份的酚醛環氧樹脂和13 40份的縮水甘油醚加入到反應器中，70 90°C條件下使酚醛環氧樹脂和縮水甘油醚完全溶解，得到酚醛環氧樹脂和縮水甘油醚的液態混合物；以質量分數計，將20 40份的有機多胺和 1 6份的有機溶劑加入到另一反應器中，50 90°C使有機多胺完全溶解後，滴加6 18份的有機酸反應0. 5 lh，得到改性有機多胺；將所得的酚醛環氧樹脂和縮水甘油醚的液態混合物在0. 5 Ih內添加到所得的改性有機多胺中，在40 90°C，攪拌反應2 池，得到乙組份；所述的縮水甘油醚選自C12 14烷基縮水甘油醚(AGE)、苯基縮水甘油醚(PGE)、 正丁基縮水甘油醚(BGE)、甲酚縮水甘油醚(CGE)和甲基丙烯酸縮水甘油醚(GMA)中的一種或多種；(3)清漆的製備按胺氫與環氧基以摩爾比1.2 1 0.8 1的比例將甲組份、 乙組份混合，然後攪拌，並緩慢加入1 3倍甲、乙組份混合物質量的去離子水，攪拌15 40min,得到水性環氧樹脂塗料。所述步驟(1)和步驟O)的酚醛環氧樹脂選自雙酚A型酚醛環氧樹脂、鄰甲酚型酚醛環氧樹脂和苯酚型酚醛環氧樹脂中的一種或多種；所述步驟(1)和步驟O)的有機酸選自乙酸、丙酸和乳酸中的一種或多種；所述的選自二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺 (TETA)、4，4』 -二氨基二苯甲烷(DDM)、4，4，- 二氨基二苯碸(DDS)和間苯二胺(MPD)中的一種或多種；所述步驟(1)和步驟O)的有機溶劑選自二氧六環、丙二醇甲醚，乙二醇丁醚和乙二醇乙醚中的一種或多種。優選地，所述步驟(1)和O)的攪拌條件是指在轉速為300rpm 500rpm條件下攪拌。所述步驟(3)中的攪拌是指在轉速為1500 2500rpm條件下攪拌。相對於現有技術，本發明具有如下優點和有益效果(1)在甲組份的製備工藝中，採用了乙醇胺或二乙醇胺對環氧基進行開環反應，最後中和成鹽得到具有親水性的環氧樹脂。由於本發明採用的是固態的酚醛環氧樹脂，所以反應的過程中必須要用機溶劑來進行溶解，而且在改性過程中如果溶劑的量過少還會導致反應的凝膠，所以調節溶劑用量，調節環氧樹脂的開環率，經過反覆試驗，找到適合的反應溫度是該工藝的重點，經過反覆實驗摸索出了一組能夠製備出固含量在75%左右的反應工藝，雖然還含有一定的有機溶劑，但是引入水作溶劑，將有機溶劑的含量降到很低。(2)在乙組份的製備工藝中，得到了一種高固體分的環氧樹脂混合固化劑，由兩部分組成環氧樹脂與有機多胺的加成產物和活性環氧稀釋劑與有機多胺的加成產物，前者由於引入了環氧樹脂結構，故能增加該固化劑與環氧樹脂的相容性；後者不僅作為一種改性的固化劑，而且採用的活性環氧稀釋劑還可以增加樹脂的流動性，從而減少前者有機溶劑的用量，製得一種高固體分的環氧固化劑，為後續水性環氧樹脂塗料的製備中降低有機溶劑的用量奠定了基礎。(3)本發明所得塗料性能優異單獨的水性化環氧樹脂配置成乳液後，可存放6個月不分層；本發明改性後的環氧樹脂與改性後的固化劑相容性好，混合後配置成的清漆乳液性能穩定，2000rpm離心0.證未分層，且室溫下存放6個月無變化，120°C高溫條件下烘烤20min可完全固化；成膜硬度可達6H，柔韌性可達1級，酸鹼條件下浸泡4 未泛白，丙二醇甲醚溶液中浸泡7 未起皺。
具體實施例以下結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明要求保護的範圍並不局限於實施例表達的範圍之內。下面各實施例中塗膜的固化成膜性能，如塗在馬口鐵上固化成膜的鉛筆硬度、耐溶劑性、柔韌性、耐酸鹼性以及塗在原紙上固化成膜後紙張的耐破度、縱向挺度、透氣度的表徵方法分別按下列國標進行測試表1塗膜固化後性能測試標準
權利要求
1.一種水性環氧樹脂塗料的製備方法，其特徵在於包括如下步驟(1)甲組份的製備以質量分數計，將40 60份的酚醛環氧樹脂和20 35份的有機溶劑加入到反應器中，60°C 80°C條件下將其完全溶解後，加入5 16份的胺類改性劑，在 60V 90°C，攪拌條件下反應1 池，得到胺改性酚醛環氧樹脂；將4 10份的有機酸加入到所得的胺改性酚醛環氧樹脂中，反應0. 5 lh，得到甲組份；所述的胺類改性劑為乙醇胺和/或二乙醇胺；(2)乙組份的製備以質量分數計，將10 25份的酚醛環氧樹脂和13 40份的縮水甘油醚加入到反應器中，70 90°C條件下使酚醛環氧樹脂和縮水甘油醚完全溶解，得到酚醛環氧樹脂和縮水甘油醚的液態混合物；以質量分數計，將20 40份的有機多胺和1 6 份的有機溶劑加入到另一反應器中，50 90°C使有機多胺完全溶解後，滴加6 18份的有機酸反應0. 5 lh，得到改性有機多胺；將所得的酚醛環氧樹脂和縮水甘油醚的液態混合物在0. 5 Ih內添加到所得的改性有機多胺中，在40 90°C，攪拌反應2 池，得到乙組份；所述的縮水甘油醚選自C12 14烷基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、正丁基縮水甘油醚、甲酚縮水甘油醚和甲基丙烯酸縮水甘油醚中的一種或多種；(3)清漆的製備按胺氫與環氧基以摩爾比1.2 1 0.8 1的比例將甲組份、乙組份混合，然後攪拌，並緩慢加入1 3倍甲、乙組份混合物質量的去離子水，攪拌15 40min，得到水性環氧樹脂塗料；所述步驟(1)和步驟O)的酚醛環氧樹脂選自雙酚A型酚醛環氧樹脂、鄰甲酚型酚醛環氧樹脂和苯酚型酚醛環氧樹脂中的一種或多種；所述步驟(1)和步驟O)的有機酸選自乙酸、丙酸和乳酸中的一種或多種；所述的有機多胺選自二乙烯三胺、三乙烯四胺、4， 4』-二氨基二苯甲烷、4，4』_ 二氨基二苯碸和間苯二胺中的一種或多種；所述步驟(1)和步驟O)的有機溶劑選自二氧六環、丙二醇甲醚，乙二醇丁醚和乙二醇乙醚中的一種或多種。
2.根據權利要求1所述的水性環氧樹脂塗料的製備方法，其特徵在於所述步驟(1) 和O)的攪拌條件是指在轉速為300rpm 500rpm條件下攪拌。
3.根據權利要求1所述的水性環氧樹脂塗料的製備方法，其特徵在於所述步驟(3) 中的攪拌是指在轉速為1500 2500rpm條件下攪拌。
全文摘要
本發明公開了一種水性環氧樹脂塗料的製備方法。該塗料由甲乙兩部分組成，甲組份是用乙醇胺或二乙醇胺改性的具有親水性的酚醛環氧樹脂，乙組份是一種高固體分的混合型環氧樹脂固化劑，是由環氧樹脂與有機多胺的加成產物和單官能團的縮水甘油醚與有機多胺的加成產物的混合物組成。該塗料室溫下可穩定儲存6個月，成膜後塗膜硬度可達5～6H，柔韌性可達1～2級，耐酸鹼性可達48h不泛白，耐溶劑性可達72h不起皺；將該清漆應用在紙張上，可顯著改善紙張的性能，使紙張的耐破度從55kPa提高到300kPa，挺度從18mN·m提高到75mN·m，浸漬後濾紙的透氣度從380L/m2·S降至330L/m2·S。
文檔編號C09D7/12GK102268214SQ20111025029
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月29日 優先權日2011年8月29日
發明者文秀芳, 楊卓如, 皮丕輝, 程江, 蔡智奇, 陸亞林 申請人:華南理工大學