[发明专利]一种环氧固化剂

说明书

本发明涉及一种水性环氧树脂用水性环氧固化剂、其制备方法和其使用方法。水性环氧固化剂以巯基和氨基为固化反应基团，固化剂结构中包含叔胺结构，可分散或溶解于水中，本发明制备的快干型固化剂与多胺固化剂相比固化时间更快，能够实现低温固化，抗冲击性更好，且本发明制备的快干型固化剂与硫醇固化剂相比固化时间更快，同时膜的硬度、弯曲、抗冲击性能皆有显著提高。

技术领域

本发明涉及一种具有反应速度快和反应温度低两大特征的快干型环氧树脂低温固化剂，具体涉及硫醇类自催化型环氧固化剂的制备方法。

背景技术

水性环氧树脂除了具备溶剂型环氧树脂的诸多优点(如，抗化学性能，对众多底材附着力好，刚性强，耐热、耐磨等)外，还具备环保性能，具有不含有机溶剂或挥发性有机溶剂含量少的优点，因此广泛用作涂料、粘合剂、美缝剂。在水性环氧涂层的固化过程中，涂层的干燥速度对早期硬度的提升及流水线的生产效率会产生很大的影响，干燥速度快，涂层的早期硬度上升快，可提高生产效率，比如在集装箱及大型钢结构的涂装过程中，早期的干燥速度、初期硬度上升率及早期的防水性显得非常重要；在水下作业、低温环境和注胶快速修补项目中则要求其干燥速度必须快。

水性环氧涂料为双组分涂料，包括水性环氧树脂与水性固化剂，对于一个商品化的水性环氧树脂，其组成固定的前提下，干燥速度主要通过固化剂进行调节，胺类固化剂特别是伯胺型固化剂其与环氧的反应速度较快，但伯胺易与空气中的二氧化碳反应使涂层表面浮霜及发白，从而产生油面效果。且由于其固化速度过快而产生应力收缩，导致漆膜变脆。

如何实现环氧树脂的低温固化和增韧成为环氧研究的难点。长碳链的胺类能够增加环氧树脂的柔韧性，但其与水性树脂相容性差，且无法实现环氧树脂的低温固化。研究发现(马金鑫，胡张燕，王跃川等，环氧树脂/多元硫醇体系的低温快速固化，热固性树脂，2011，1:35-38)，硫醇具有低温固化环氧的特性，但在单独使用时活性很差，固化反应几乎不能进行，需添加碱性促进剂，如三乙胺、苄基二甲胺、2,4,6-三[(二甲氨基)甲基]苯酚及二环脒，且固化时间随促进剂碱性的增强及含量的增加缩短，随着反应温度的降低而延长。因为当叔胺存在时，硫醇基首先和叔胺反应生成硫醇离子，该离子再和环氧基反应使环氧固化，固化反应速度远快于多元胺，其在需快速固化及低温作业场合具有很大的优势，其他固化剂无法替代。但这些小分子碱性物质促进剂会游离在固化体系中，造成体系的性能下降及气味问题。

本发明以简单的开环/酯化及加成反应成功地制备出具有自催化作用，能够低温固化的快干型水性环氧固化剂。与其他硫醇类固化剂相比制备过程简便，反应条件温和，产物无需复杂的提纯工艺，使用过程中也无需加入小分子碱性催化剂，避免了漆膜中小分子含量多导致的性能下降及气味等问题。

发明内容

针对现有硫醇系环氧固化剂的不足，本发明提供了一种自催化可低温固化的快干型环氧固化剂的制备方法及应用。

硫醇固化剂能够在叔胺等小分子促进剂的催化下实现低温固化和快干，但外加小分子作为催化剂会导致漆膜回粘，耐水性和硬度下降。本发明将叔胺结构嵌入硫醇固化剂结构中，得以实现硫醇固化剂的自催化效果，解决了外加小分子促进剂导致漆膜性能下降的缺点。同时在硫醇固化剂中引入了酰胺、氨基甲酸酯等极性基团，用以增加环氧树脂的柔韧性。

因此，本发明涉及的水性环氧固化剂，其平均每个分子中，具有至少一个巯基基团，具有至少一个叔胺基团，同时含有氨基类可固化环氧的反应基团，优选为仲胺基团，具有水溶性或水可分散性。

本发明涉及的水性环氧固化剂包括以下步骤：(1)将巯基丙酸与多元胺按摩尔投料比2:1共100份投入于反应釜中，加入前二者总质量2wt％的对甲苯磺酸，2份的无水硫酸镁，加入占体系质量5％～10％的乙酸乙酯作为溶剂混合均匀，磁力搅拌，置于80℃水浴锅中反应8h，抽滤，旋蒸，制得含酰胺键的二元硫醇化合物A1，为黄色粘稠液体；(2)往A1中加入可与A1中仲胺基团反应的醛B，室温搅拌反应，形成反应产物A1BA1；(3)将A1BA1分散或溶解于水中，按所需的固体份和活泼氢当量设计产品。