[发明专利]一种自乳化型水性环氧树脂乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自乳化型水性环氧树脂乳液及其制备方法。

背景技术

环氧树脂具有优异的物理、机械性能，可作为粘接剂、复合材料基体和封装材料等广泛应用于各个领域，特别是在涂料领域应用更为广泛，但是常用的环氧树脂大多为粘稠液体或固体，不溶于水，易溶于酮类及醇醚类有机溶剂。随着环保日益加强，开发和研究适用于涂料领域的水性环氧树脂体系具有重要的现实意义。目前常见的环氧树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剂采用后乳化的方法将环氧树脂在高剪切作用下强制乳化，得到水性环氧树脂乳液。该法对生产设备要求较高，并且所得产品的贮存稳定性差，粒径大，漆膜光泽较差；自乳化法即通过化学接枝的方式将亲水基团连接到环氧树脂分子上，从而制得水性环氧树脂乳液。该法所得环氧树脂乳液的稳定性较外乳化法大大提高，进而为乳液贮存稳定性及固化漆膜的综合性能提供了保障，更利于实际应用。例如USA6225376中公开了利用二甲基环己胺将聚氧烷烯聚合物接枝到环氧树脂主链上，形成自乳化的水性环氧树脂，其缺点是可供选择的聚氧烷烯聚合物不易获得。CN101838396A中公开了通过两步反应分别将环氧树脂的环氧基开环和在主链上通过丙烯酸酯类单体自由基接枝聚合方法制备水性环氧树脂乳液，其缺点是接枝率较低，且制备的水性环氧乳液由于不存在环氧基团，不能用于双组份环氧涂料体系。CN101177479A公开了利用低分子量的环氧树脂，采用两步法分别在环氧树脂主链和侧链上引入非离子聚醚链段，从而实现环氧树脂的水性化，其缺点是只能采用低分子量的液体环氧树脂进行水性化，而且亲水的聚醚链段含量较高，亲水链段用量较高必然会对乳液固化性能产生影响。

发明内容

本发明的第一个目的是：提供一种贮存性能稳定且能赋予涂膜良好性能的自乳化型水性环氧树脂乳液。

实现本发明第一个目的的技术方案是：一种自乳化型水性环氧树脂乳液是由环氧树脂与季铵化剂加热得到的反应产物，经加水自乳化后，再调至固体含量50wt%～55wt%形成的乳液，各原料用量按重量百分数计为：环氧树脂40～60％，助溶剂0～20％，季铵化剂5～15％，去离子水35～50％，上述各原料的重量百分数之和为100％；

其中的季铵化剂为多异氰酸酯与含叔氨基团的乙醇胺在加热和催化剂作用下进行反应，然后再利用有机酸中和叔氨制得的，各原料用量按重量百数计为：多异氰酸酯40～70％，含叔胺基团的乙醇胺15～30％，有机酸10～20％，助溶剂0～20％，催化剂0.045～0.050％，上述各原料的重量百分数之和为100％；

其中，多异氰酸酯为缩二脲、三聚体和三羟甲基丙烷加成物中的一种或数种，含叔氨基团的乙醇胺为N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、N,N-二异丙基乙醇胺和N,N-二丁基乙醇胺中的任一种，助溶剂为乙二醇酯类或丙二醇酯类，有机酸为乳酸或冰醋酸；催化剂为二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种或数种。

上述自乳化型水性环氧树脂乳液，其所述环氧树脂为E-51、E-44、E-20、E12中的一种或数种。

上述自乳化型水性环氧树脂乳液，其用作所述自乳化型水性环氧乳液的助溶剂原料为乙二醇醚类或丙二醇醚类。

本发明第二个目的是：提供一种简单、易操作、原料易得，价格适宜的制备贮存性能稳定且能赋予涂膜良好性能的自乳化型水性环氧树脂乳液的方法。

实现本发明第二个目的的技术方案是：一种制备上述自乳化型水性环氧树脂乳液的方法的具体操作步骤如下：

①制备季铵化剂

按各原料用量的重量百分数为：多异氰酸酯40～70％，含叔氨基团的乙醇胺15～30％，有机酸10～20％，助溶剂0～20％，催化剂0.05％准备原料备用，上述各原料的重量百分数之和为100％；

在反应容器中加入多异氰酸酯，或多异氰酸酯和助溶剂，搅拌均匀后再加入含叔氨基团的乙醇胺和催化剂，升温至75～85℃，使多异氰酸酯中的异氰酸酯基团与含叔氨基团的乙醇胺的羟基进行反应并保温反应至少4h，测异氰酸酯基含量基本为零，即停止反应，降温至50℃再加入有机酸进行中和，搅拌至少0.5h后制得季铵化剂，出料备用；

②制备自乳化型水性环氧树脂乳液

按各原料用量的重量百分数计为：环氧树脂40～60％，助溶剂0～20％，步骤①制备的季铵化剂5～15％，去离子水30～50％准备原料备用，上述各原料的重量百分数之和为100％；