[发明专利]一种可高温固化的单组份环氧改性丙烯酸酯乳液

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及一种单组份环氧改性丙烯酸酯乳液及其制造方法，可在室温下稳定储存，而在高温下发生固化反应，可以作为耐腐蚀涂料使用，具有优异的耐水性和耐腐蚀性。

背景技术

苯丙乳液和纯丙乳液统称为丙烯酸酯乳液，具有优异的成膜性，是目前仍在普遍采用的内外墙乳胶漆用水性乳液，其在防腐蚀领域也有大量的应用。但是这些乳液的成膜物是热塑性高分子，存在低温发脆、高温发粘的问题，又由于单体的极性较弱，因此附着力不强，因此在重防腐蚀领域的应用受到限制。而环氧树脂具有优异的附着力和高耐腐蚀性能，将丙烯酸酯乳液与环氧树脂复配使用，可以综合利用二者的优势，实现装饰性和附着力、耐腐蚀性的完美结合。但是环氧树脂作为高分子聚合物，其乳化比较困难，虽然有多种方法如机械法、化学改性法和相反转法等可以实现其乳化，但是其乳化后的储存稳定性都存在问题，而不像丙烯酸酯乳液那样可以长期稳定储存。也有多种将丙烯酸酯乳液与环氧树脂进行复合乳化聚合反应的报道，但是，一般都是将二者进行物理混合后进行乳液聚合反应，无法实现化学上的完美结合（如刘万鹏等，环氧改性丙烯酸乳液的合成与性能研究，沈阳理工大学学报，2009,28（6）：79）。这样在成膜后，由于丙烯酸酯共聚物与环氧树脂极性上的差异，势必会造成其分相，最终导致膜的破坏，从而失去保护作用。

而且，环氧树脂在应用过程中，必须与固化剂混合，使得其环氧基团发生反应而生成三维网络结构，水性环氧树脂则需要与水性固化剂混合使用，而一般的固化剂都是室温固化剂，其与环氧树脂混合后必须在很短的时间内使用，否则就会固化交联，无法再使用，因此一般的环氧树脂或者其水乳液涂料一般为双组份。

本发明旨在将含有环氧基团的丙烯酸酯单体通过与合成丙烯酸酯乳液的常用单体进行乳液共聚和反应，将环氧基团键连到共聚物的链上，实现了丙烯酸酯乳液与环氧树脂的化学结合，再将其与水性潜伏性固化剂混合成为单组份乳液，可以在室温下长期保存，而在成膜时加热，潜伏性固化剂释放出活性胺基，与树脂上的环氧基团发生固化反应而形成交联网状结构。综合了丙烯酸酯乳液和环氧树脂的优势，在化学结合的基础上实现了优势互补。

发明内容

本发明的目的，就是首先提供一种用于配制单组份乳胶涂料的环氧改性丙烯酸酯共聚乳液的合成工艺及其具体配方；其次提供将该乳液与水性潜伏性固化剂混合形成单组份环氧改性丙烯酸酯乳液的配方。

为了实现本发明的目的，采用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸环氧丙酯、丙烯酸环氧丙酯为合成单体，采用乳液聚合工艺合成出侧基带有环氧基团的丙烯酸酯共聚乳液，然后将该乳液按照一定配方与水性潜伏性环氧固化剂混合形成单组份水性环氧改性丙烯酸酯乳液。

与传统的单组份水性环氧涂料相比，本发明所述的丙烯酸酯/环氧复合水性乳液由于是采用传统的乳液聚合方法制备的，环氧基团通过化学键结合到聚合物主链上（结构见下式），其储存稳定性与丙烯酸酯共聚物乳液相当，远远高于采用任何方法制备的水性环氧树脂；而且该树脂综合了环氧树脂和丙烯酸树脂的优势，既具有很好的成膜性和光泽度，又具有很好的附着力和耐腐蚀性能，如耐水性、耐盐雾性、耐酸碱性都远远高于普通的丙烯酸酯乳液。

与传统的水性丙烯酸树脂/环氧树脂体系相比，实现了二者的化学结合，每个丙烯酸酯聚合物主链上连有p+q个环氧基团，它与固化剂发生固化反应后，整个体系成为交联网状结构，而不是像前者那样固化后只是环氧树脂体系交联，丙烯酸酯体系则仍然是线性聚合物，日久天长，容易造成分相，造成涂料保护性能的降低甚至破坏；同时可以通过调节共聚单体的配比方便地调节丙烯酸树脂和环氧树脂的比例，而不影响聚合体系的稳定性，同时在与固化剂混合而固化后得到性能不同的涂膜；而前者在调节二者比例时需要通过环氧树脂的加入量来调节，由于环氧树脂与丙烯酸树脂所用单体的相容性差别比较大，二者的配比选择范围有限，否则会造成两者的分相，不能形成稳定的乳液。

将以上合成的带有环氧基团的丙烯酸酯乳液与水性潜伏性环氧固化剂按照一定的比例混合就制备得到了单组份的环氧改性丙烯酸酯乳液，水性潜伏性环氧固化剂可以采用按照中国发明专利CN102898621A公开的方法制备得到。该单组份环氧改性涂料可以在室温下稳定储存半年以上，应用时在110-150℃范围内可以发生固化交联反应。

基于以上的优点，以本发明的环氧改性丙烯酸酯乳液为主要成分的单组份涂料可以广泛应用于内外墙涂料、预涂钢板防腐蚀涂料等耐腐蚀涂料领域。

下面对本发明进行详细介绍：