自乳化水性环氧树脂涂料及其制备方法转让专利

申请号 : CN200810046750.7

文献号 : CN101220237B

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法律信息:

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发明人 : 官建国赵立英马会茹刘培

申请人 : 武汉理工大学

摘要 :

本发明涉及一种主要由水性环氧树脂与水性固化剂组成的自乳化水性环氧树脂涂料,水性环氧树脂是通过环氧树脂与α-氨基-ω-烷基聚醚反应来制备得到的产物或将该产物作为环氧树脂乳化剂对低分子量环氧树脂加水进行乳化得到。该涂料的制备方法是:先制备氯封端的端烷氧基聚醚,并将其加入到混合均匀的羟基苯基脂肪胺、氢氧化钠和四丁基溴化铵中,经搅拌、萃取、过滤蒸馏除去溶剂,得到端烷氧基氨基聚醚;再以丙二醇甲醚为溶剂,将环氧树脂、端烷氧基氨基聚醚混合均匀,搅拌后蒸馏去除溶剂即可。本发明具有良好的贮存稳定性、无毒、填料填充比高,可室温固化且固化产物具有高附着力、高柔韧性的特点,同时具有较好的耐水性和耐溶剂性。

权利要求 :

1.一种环氧树脂涂料,其特征是一种主要由水性环氧树脂与水性固化剂组成的自乳化水性环氧树脂涂料,水性环氧树脂是通过环氧树脂与α-氨基-ω-烷基聚醚反应来制备得到的产物或将该产物作为环氧树脂乳化剂对低分子量的环氧树脂加水进行乳化得到,其中,α-氨基-ω-烷基聚醚采用下面的通式(1)表示:

通式(1)中:R=CyH2y+1,x、y、n均为整数且0≤x≤3,1≤y≤4,2≤n≤10;苯环上的取代基位于苯环的邻位、间位或对位。

2.如权利要求1所述的环氧树脂涂料,其特征在于:水性环氧树脂是非离子型自乳化水性环氧树脂。

3.如权利要求2所述的环氧树脂涂料,其特征在于:所述的非离子型自乳化水性环氧树脂为低分子量的液体环氧树脂。

4.如权利要求1所述的环氧树脂涂料,其特征在于:水性固化剂采用α,ω-端氨基聚乙二醇醚,或α,ω-端氨基聚乙二醇醚与环氧树脂加成改性制备的胺类固化剂。

5.如权利要求1所述的环氧树脂涂料,其特征在于:水性固化剂采用二乙烯三胺、三乙烯四胺与环氧树脂加成改性制备的胺类固化剂。

6.如权利要求1所述的环氧树脂涂料,其特征在于:所述的α-氨基-ω-烷基聚醚中,聚醚链段采用聚乙二醇单甲醚、聚氧乙烯辛基苯酚醚中的一种,或几种。

7.一种如权利要求1至6中任一权利要求所述的环氧树脂涂料的制备方法,其特征是采用包括以下步骤的方法:a.以摩尔比为1∶1~1∶2的端烷氧基聚醚和氯化亚砜为原料,N,N-二甲基甲酰胺为催化剂,在60~80℃下搅拌反应,得到氯封端的端烷氧基聚醚;

b.将羟基苯基脂肪胺、氢氧化钠和四丁基溴化铵按摩尔比为1~2∶1.1~6∶0.02~0.08混合均匀后,加入氯封端的端烷氧基聚醚,在60~80℃下搅拌反应,再萃取、过滤蒸馏除去溶剂,得到α-氨基-ω-烷基聚醚;

c.以摩尔比为8~12的丙二醇甲醚为溶剂,将环氧树脂、α-氨基-ω-烷基聚醚按摩尔比为1~1.5∶0.6~1.5混合均匀后,在60~80℃下搅拌反应,然后蒸馏去除溶剂,即可。

8.根据权利要求7所述的环氧树脂涂料的制备方法,其特征在于:所述的羟基苯基脂肪胺可用通式(2)表示:

通式(2)中x、y为整数,且0≤x≤3,y=1。 

9.根据权利要求7所述的水性环氧树脂涂料制备方法,其特征是在制备所述涂料过程中,加入不同填料后,能够组成包括在电磁屏蔽和防腐领域中有重要应用的绿色环保型功能涂料。 

10.根据权利要求9所述的水性环氧树脂涂料制备方法,其特征在于:导电填料为铜系、银系、镍系、碳系电磁屏蔽填料的一种,或几种;防腐填料为铝锌、铝镁锌合金颜料。 

说明书 :

技术领域

本发明涉及涂料领域,特别是涉及一种自乳化水性环氧树脂涂料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂涂料因具有附着力强、耐化学腐蚀性能优良、收缩率小、耐磨性和绝缘性好等优点而得到了广泛的应用。但传统的环氧树脂涂料是溶剂型的,含有大量的易燃有毒的挥发性有机溶剂对环境和人体造成了很大的危害。近年来,环境保护日益受到人们的重视,许多国家相继颁布了控制挥发性有机化合物(VOC)的法规,执行标准愈加严格。开发环保型的水性涂料备受青睐,其关键技术在于环氧树脂的水性化处理。
环氧树脂的水性化通常有两种方法:外加乳化剂法和化学改性法。外加乳化剂法制得的乳液粒径一般在微米级,稳定性较差,且未参与反应的乳化剂对最终的成膜性能有不良影响。而化学改性法通过将极性基团引入到环氧分子骨架中,所制备的环氧树脂粒不用外加乳化剂即可在分散在水中形成乳液。化学改性法虽然制备步骤多,但制备的乳液粒径小、稳定性高而更具有实际意义。文献《高等学校化学学报》[2002,23(5):974-978]以对氨基苯甲酸改性环氧树脂,然后加入乙醇胺中和成盐制备了稳定性很好的亲水性环氧树脂;《化学建材》[2006,22(3):1-3]用甘氨酸改性环氧树脂,然后加入氢氧化钠水溶液中和,制备了稳定的水性环氧乳液;《J Appl Polym Sci》[2002,83(8):1736-1743]经丙烯酸接枝到环氧树脂分子链中,然后用乙酸中和成盐制备了自乳化的环氧树脂。但有机酸的存在会导致涂膜性能的下降,用在金属上易产生闪锈,而且还会对环境造成污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是:提供一种非离子型自乳化水性环氧树脂涂料及其制备方法,解决目前由离子化改性技术制备的水性环氧树脂填充比不高以及固化涂膜柔韧性和耐水较差的缺点。
本发明按下述技术方案解决其技术问题:
本发明提供的是一种主要由水性环氧树脂与水性固化剂组成的自乳化水性环氧树脂涂料,其中,水性环氧树脂是通过环氧树脂与α-氨基-ω-烷基聚醚反应来制备得到的产物或将该产物作为环氧树脂乳化剂对低分子量的环氧树脂加水进行乳化得到。
所述α-氨基-ω-烷基聚醚采用下面的通式(1)表示:

通式(1)中:R=CyH2y+1,x、y、n均为整数且0≤x≤3,1≤y≤4,2≤n≤10;苯环上的取代基位于苯环的邻位、间位或对位。
本发明制备的由非离子型自乳化水性环氧树脂与α,ω-端氨基聚乙二醇醚(简称α,ω-ATPE)水性固化剂组成的自乳化水性环氧树脂涂料,与现有技术相比,其优点主要是:由于引入了非离子型的亲水柔性聚醚链段,可使环氧树脂获得水分散性能,不存在游离的亲水基团,因此在改善环氧树脂亲水性和脆性的同时,使得涂膜的耐水、耐溶剂性能大大增强,与α,ω-ATPE水性固化剂固化后得到的涂膜具有很好的附着力和柔韧性。加入不同性质的填料后,能够组成在电磁屏蔽和防腐等领域有重要应用的绿色环保型功能涂料。
本发明提供的涂料具有以下的主要性能:
1.环氧树脂乳液的稳定性:
a)离心稳定性:5000r/min,30分钟不分层;
b)储存稳定性:12个月,乳液不破乳分层;
c)平均粒径:<0.1μm。
2.适用期:>6小时。
3.附着力:≤1级,GB 1702-79《漆膜附着力测定法》。
4.耐水性:耐水性25℃、24h不起泡,不剥落,GB 1733-79《漆膜耐水性测定法》。
5.耐湿热性能:>500h,GB 1730-79《漆膜耐湿热测定法》。
6.耐盐雾性能:>500h,GB 1771-91《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》。
总之,本发明制备的水性环氧涂料具有良好的贮存稳定性、无毒、填料填充比高,可室温固化且固化产物具有高附着力、高柔韧性的特点,同时具有较好的耐水性和耐溶剂性。

具体实施方式

本发明提供的是一种主要由水性环氧树脂与水性固化剂组成的自乳化水性环氧树脂涂料,其中:水性环氧树脂是通过环氧树脂与α-氨基-ω-烷基聚醚反应来制备得到的产物或将该产物作为环氧树脂乳化剂对低分子量的环氧树脂加水进行乳化得到。
所述α-氨基-ω-烷基聚醚采用下面的通式(1)表示:

通式(1)中:R=CyH2y+1,x、y、n均为整数且0≤x≤3,1≤y≤4,2≤n≤10;苯环上的取代基位于苯环的邻位、间位或对位。
所述的水性环氧树脂为非离子型自乳化水性环氧树脂,例如双酚A型或双酚F型环氧树脂。
所述的水性固化剂可采用α,ω-端氨基聚乙二醇醚,或α,ω-端氨基聚乙二醇醚与环氧树脂加成改性制备的胺类固化剂;还可以采用二乙烯三胺、三乙烯四胺与环氧树脂加成改性制备的胺类固化剂。
所述的α-氨基-ω-烷基聚醚中,聚醚链段可以为聚乙二醇单甲醚、聚氧乙烯辛基苯酚醚中的一种,或几种。
本发明提供的自乳化水性环氧树脂涂料,其制备方法包括以下步骤:
a.以摩尔比为1∶1~1∶2的端烷氧基聚醚和氯化亚砜为原料,N,N-二甲基甲酰胺为催化剂,在60~80℃下搅拌反应,得到氯封端的端烷氧基聚醚;
b.将羟基苯基脂肪胺、氢氧化钠和四丁基溴化铵按摩尔比为1~2∶1.1~6∶0.02~0.08混合均匀后,加入氯封端的端烷氧基聚醚,在60~80℃下搅拌反应,再萃取、过滤蒸馏除去溶剂,得到α-氨基-ω-烷基聚醚;
c.以摩尔比为8~12的丙二醇甲醚为溶剂,将环氧树脂、α-氨基-ω-烷基聚醚按摩尔比为1~1.5∶0.6~1.5混合均匀后,在60~80℃下搅拌反应,然后蒸馏去除溶剂,即可。所述的羟苯基脂肪胺可用通式(2)表示:

通式(2)中x、y为整数,且0≤x≤3,0≤y≤1。
本发明在制备上述涂料过程中,加入不同性质的填料(例如加入铜系、银系、镍系、碳系电磁屏蔽填料的一种,或几种;或铝锌、铝镁锌合金颜料)后,能够组成包括在电磁屏蔽和防腐领域中有重要应用的绿色环保型功能涂料。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述,但不限定本发明。
实施例1:
将0.1mol的聚乙二醇单甲醚和0.6ml(0.01mol)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)加入到250ml三口烧瓶中,边搅拌边用油浴升温至40℃,然后在20min内滴加完9ml(0.12mol)的氯化亚砜,之后在80℃继续搅拌反应8小时。反应过程中产生的SO2、HCl气体用碱液吸收。反应液冷却后用饱和食盐水洗涤,收集粗产物,用无水碳酸钾干燥并调至中性,然后过滤收集滤液,即得到氯封端的聚乙二醇单甲醚。
将0.1mol羟基苄胺、0.4mol NaOH和0.84g TBAB加入到250ml的三口瓶中,在室温下搅拌混合均匀后加入氯封端的聚乙二醇单甲醚0.1mol。同时用油浴将混合物加热到60℃,搅拌48小时。反应液冷却后,用约60ml二氯甲烷将目标产物萃取出来,然后蒸馏除去溶剂即得端氨基聚乙二醇单甲醚,简称1-BATMPE。
将0.04mol双酚A型环氧树脂E-44和80ml丙二醇甲醚加入到250ml三口瓶中,室温下搅拌混合均匀后加入0.02mol端氨基聚乙二醇单甲醚。同时用油浴将混合物升温至80℃搅拌反应8小时,蒸馏除去溶剂,即得本发明所说的自乳化水性环氧树脂,简称1-BATMPE/EP。
实施例2:
将0.1mol的聚乙二醇单甲醚和1.2ml(0.02mol)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)加入到250ml三口烧瓶中,边搅拌边用油浴升温至40℃,然后在25min内滴加完12ml(0.16mol)的氯化亚砜,之后在60℃继续搅拌反应30小时。反应过程中产生的SO2、HCl气体用碱液吸收。反应液冷却后用饱和食盐水洗涤,收集粗产物,用无水碳酸钾干燥并调至中性,然后过滤收集滤液,即得到氯封端的聚乙二醇单甲醚。
将0.05mol羟基苄胺、0.25mol NaOH和0.49g TBAB加入到250ml的三口瓶中,在室温下搅拌混合均匀后加入氯封端的聚乙二醇单甲醚0.05mol。同时用油浴将混合物加热到80℃,搅拌30小时。反应液冷却后,用约60ml二氯甲烷将目标产物萃取出来,然后蒸馏除去溶剂即得端氨基聚乙二醇单甲醚,简称1-BATMPE。
将0.02mol双酚A型环氧树脂E-44和60ml丙二醇甲醚加入到250ml三口瓶中,室温下搅拌混合均匀后加入0.01mol端氨基聚乙二醇单甲醚。同时用油浴将混合物升温至60℃搅拌反应30小时,蒸馏除去溶剂,即得本发明所说的自乳化水性环氧树脂,简称1-BATMPE/EP。
实施例3:
同实施例1,用氯封端的OP-10取代氯封端的聚乙二醇单甲醚,与羟基苄胺在60℃下搅拌反应48小时。反应液冷却后,用约60ml二氯甲烷将目标产物萃取出来,然后蒸馏除去溶剂即得端氨基聚丙二醇单甲醚,简称2-BATMPE。然后与双酚A型环氧树脂E-44在80℃搅拌反应8小时,蒸馏除去溶剂,即得本发明所说的自乳化水性环氧树脂,简称2-BATMPE/EP。
实施例4:
同实施例1,羟基苯乙胺代替羟基苄胺,得到端氨基聚乙二醇单甲醚,简称3-BATMPE。然后与双酚A型环氧树脂E-44在80℃搅拌反应8小时,蒸馏除去溶剂,即得本发明所说的自乳化水性环氧树脂,简称3-BATMPE/EP。
实施例5:
将1-BATMPE/EP和α,ω-ATPE分别配成固含量为50%的水乳液,然后按质量比为1∶0.2混合均匀,用刷子涂刷在马口铁片上,然后在30℃下固化7d,按国标测试它们的机械性能。柔韧性<1mm;冲击强度>50Kg·cm;附着力≤1级;耐水性25℃、320小时不起泡,不剥离。
实施例6:
将1-BATMPE/EP和α,ω-ATPE分别配成固含量为50%的水乳液,然后按质量比为1∶0.2混合均匀,用刷子涂刷在马口铁片上,然后在60℃下固化24小时,按国标测试它们的机械性能。柔韧性<1mm;冲击强度>50Kg·cm;附着力≤1级;耐水性25℃、320小时不起泡,不剥落。
实施例7:
将1-BATMPE/EP和α,ω-ATPE分别配成固含量为50%的水乳液,然后按质量比为1∶0.2混合均匀,加入质量分数为40%的铝镁合金防腐颜料,分散均匀后用刷子涂刷在马口铁片上,然后在60℃下固化24小时,按国标测试它们的机械性能。柔韧性<1mm;冲击强度>50Kg·cm;附着力≤1级;耐水性25℃、320小时不起泡,不剥落。
实施例8:
将3-BATMPE/EP和α,ω-ATPE分别配成固含量为50%的水乳液,然后按质量比为1∶0.24混合均匀,加入体积分数为30%的空心玻璃微珠包银电磁屏蔽填料,分散均匀后用刷子涂刷在马口铁片上,然后在60℃下固化24小时,按国标测试它们的机械性能。柔韧性<1mm;冲击强度>50Kg·cm;附着力≤1级;耐水性25℃、320小时不起泡,不剥落。