[发明专利]一种水性环氧乳化剂及其制备与应用

说明书

本发明属于环氧乳化剂领域，公开了一种磷酸酯型水性环氧乳化剂及其制备与应用。本发明的乳化剂结构中含有环氧基团，可在成膜过程中参与固化反应，从而锚定在涂层中，不易迁移；非离子型聚醚长链可在乳化过程中迁移至乳胶粒表面，形成水化层稳定乳胶粒，同时可对水性环氧乳液提供一定的粘度及触变性，有效控制乳化后的水性环氧乳液的流变性；乳化剂结构中含有基础环氧结构，可提高乳化剂与环氧树脂的相容性；结构中的叔胺基提供碱性基团，可与磷酸基形成两性离子结构，使乳化剂在较宽的pH范围均具有良好的乳化能力，且磷酸基的引入可提高水性环氧涂料在基材表面的附着力及固化后的涂层耐性。

技术领域

本发明属于环氧乳化剂领域，具体涉及一种水性环氧乳化剂的制备方法与应用。

背景技术

随着环保意识的提高，水性环氧涂料的需求越来越大，从水性环氧地坪开始逐步向大型钢结构与集装箱等应用领域拓展，即从轻防腐领域逐步迈向重防腐领域。

基础环氧在常温下为粘稠的液体或固体，自身为热塑性的线型结构，在水中的溶解度较低。因此将溶剂型基础环氧转变为水性环氧树脂是制备水性环氧树脂的重要环节。其中广为使用的方法为：采用乳化剂将基础环氧乳化分散于水中制备水性环氧树脂。乳化剂包括非反应性乳化剂及反应性乳化剂，用在重防腐领域的水性环氧树脂，其乳化剂多为反应型的，因为非反应性乳化剂在成膜后会对涂层的防腐性能造成负面的影响，小分子的分子量小，容易迁徙到涂膜表面，从而影响乳液成膜后的附着力、耐水性、耐盐雾性等防腐性能。而反应性乳化剂可以通过化学键键入涂层中，从而可消除小分子乳化剂迁移带来的负面影响。

在环氧乳化剂的制备过程中，往往要用到大量的长亲水链才能保证乳化效果，这些长亲水链与涂覆基材的结合点较少，导致涂层在基材表面的湿附着力较差，进而影响涂层的耐性和防护性能。磷酸酯是一种常用的附着力促进剂，适用于各种金属基材、木材及塑料等，特别是对金属基材的附着力有明显的促进效果，因磷酸酯基团能与基材中的铁产生强烈的附着力，形成致密性很高的涂层，从而有效地隔离水分子、氯离子、钠离子等进入树脂与基材之间，在湿态环境下提高附着力和抗闪锈性能，从而提高其耐水性、耐盐雾性和防锈防腐性能。在丙烯酸乳胶中，常采用甲基丙烯酸羟乙酯磷酸单酯和甲基丙烯酸羟乙酯磷酸双酯作为共聚单体来制备具有较好耐老化及耐盐雾性的丙烯酸酯乳胶，即加入少量的磷酸酯单体，便可提高水性涂料的防腐性能。

本发明创造性地将磷酸酯的结构引入水性环氧乳化剂中，用以制备含磷酸酯结构的水性环氧乳液。

发明内容

本发明的目的是提供一种水性环氧乳化剂及其乳化的水性环氧树脂及它们的制备方法和应用。本发明的乳化剂结构中含有环氧基团，可在成膜过程中参与固化反应，乳化剂可锚定在涂层中，不易迁移；非离子型聚醚长链可在乳化过程中迁移至乳胶粒表面，形成水化层稳定乳胶粒，同时可对水性环氧乳液提供一定的粘度及触变性，有效控制乳化后的水性环氧乳液的流变性；同时在结构中含有基础环氧如E44、E20和E12的结构，可提高乳化剂与环氧树脂的相容性；结构中的叔胺基提供碱性基团，可与磷酸基形成两性离子结构，使得乳化剂在较宽的pH范围内均可使用，强酸条件下为阳离子型乳化剂，强碱条件下为阴离子型乳化剂，且磷酸基的引入可提高水性环氧涂料在基材表面的附着力及固化后的涂层耐性。

因此，本发明涉及的水性环氧乳化剂，其平均每个分子结构中至少含有一个磷酸双酯、一个叔胺基团、两个环氧基、具有至少50％质量分数的聚烷基醚多元醇和35％的基础环氧树脂及烷烃链。

本发明涉及的水性环氧乳化剂制备方法，包括以下步骤：

(1)将一份聚醚胺和两份的单缩水甘油醚/缩水甘油酯及占反应体系质量总量10～20％的溶剂加入反应釜中，加热至80～120℃，搅拌反应1～4小时；

(2)保持反应温度不变，往(1)中加入2～3份的基础环氧树脂，反应1～4小时；

(3)保持反应温度不变，往(2)中加入2～3份的85％磷酸，继续反应2～4小时；