[发明专利]聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液及制备方法

说明书

技术领域

本发明属化工技术领域，具体涉及一种聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液的方法。

背景技术

近年来，随着世界经济和科学技术的发展，全世界都在注重使用无毒、无污染的环保型涂料，其中水性涂料以其不燃、无毒、无味，施工时不需要特殊的施工设备、不必加温固化、设备易清洗、不存在溶剂排放及处理问题，适用范围广、应用场合多、以及以廉价的水代替昂贵的有机溶剂等优点而受到人们的青睐。

在水性涂料中，水性环氧涂料具有诸多优点，如低VOC、较小气味、使用安全、可用水清洗等，且具备优良的物理化学性能，因此被广泛的应用。目前全世界范围内环氧树脂水性化主要有机械法、相反转法和化学改性法三种方法：机械法和相反转法制备的环氧乳液的稳定性较差，与水性环氧固化剂、填料及各种助剂配合使用效果不佳；化学改性法即自乳化法制备的水性环氧树脂乳液中分散相粒子的尺寸可达到纳米级，可形成稳定的水性环氧树脂乳液。

化学改性环氧树脂一方面可以引入亲水性的极性基团，这些亲水性基团能帮助环氧树脂在水中分散；另一方面也可以引入其他官能的基团或高分子链，用以改善环氧树脂的物理性能或赋予其更多的优良特性。例如在油性体系利用聚氨酯改性环氧树脂的研究层出不穷，近年来也开始在水性体系出现；但利用聚脲弹性体改性环氧的研究在油性体系还处于刚刚起步阶段，南京大学的纪石等，利用聚脲改性环氧树脂胶黏剂，提高了韧性与耐高温性能，但是残留了大量的有机溶剂不利于环境保护；水性体系此方面的研究还未见报道。

发明内容

本发明提出的改性自乳化纳米环氧乳液的制备方法是运用化学改性法，将亲水链段、聚脲链段引入环氧树脂，即聚脲改性水性环氧树脂，再结合高速分散机、胶体磨、均质机等加工手段，得到粒径均匀，纳米级，且性能优良的聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液。

本发明的技术方案如下：

本发明的聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液，乳液固含量40-50％，平均粒径＜500nm，粘度400-600(mPa·S)。

本发明的聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液的制备方法，步骤如下：

1)在环氧树脂中加入预热到50～60℃的非离子型亲水链段化合物水性二乙醇胺与端氨基聚醚D2000的混合物，质量比10∶1，再加入三氟化硼乙醚或三苯基膦催化剂，于80～100℃下反应4～6h，得到改性环氧树脂；催化剂用量为环氧树脂重量的1～4％；

2)向步骤1)的改性环氧树脂中滴加多异氰酸酯反应得到预聚体，反应温度50～70℃，反应时间1～2h；异氰酸酯基与1)步所加胺基比例为1∶1～3；

3)将步骤2)得到的预聚体与原料环氧树脂混合均匀，反应温度60～90℃，时间1～3h；预聚体的添加量为环氧树脂重量的10～20％；

4)将步骤3)制备的聚脲改性环氧树脂在高速分散下滴加去离子水，直至体系粘度突然下降，得到环氧树脂乳液；

5)将4)制备的乳液经胶体磨研磨，再用均质机进行高压乳化，得到稳定的聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液。

所述步骤2)中采用的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二甲苯烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。

所述步骤3中高速分散机的分散速度为1000～4000r/min。

所述步骤4中胶体磨研磨时间为0.5～1.5h，转速为2500～3500r/min；高压均质机乳化压力为30～100MPa，乳化时间为0.5～1.5h。

本发明提出的自乳化纳米水性乳液由于链段中引入了一种含非离子型亲水链段的化合物，使环氧树脂具有自乳化性能，改性环氧树脂形成的水分散体系再经过均质机高压乳化，分散粒径达到纳米级，长时间储存，物化性能没有明显变化，具有很好的稳定性。此种方法合成过程不添加任何有机溶剂，是一种绿色涂料，且操作简单，易于实现。

采用本发明所得水性环氧乳液的性能如下：

具体实施方式

下面通过实例对本发明作进一步详细说明：

实施例1

1、改性环氧树脂的合成：在装有搅拌器、电热套、冷凝管和温度计的250mI四口烧瓶中先加入13.6g环氧树脂E-44，升温到50℃，缓慢滴加23.1gD2000与二乙醇胺的混合物，升温到80℃，反应4h，得改性环氧树脂。

2、预聚体的合成：上述反应体系降温至50℃，缓慢滴加1.7gTDI，反应1h得到环氧预聚体。

3、取上述得到的环氧树脂预聚体4g与40g E-44混合，在60℃下反应1h，从反应容器中取出。