水性固体环氧树脂乳液专用的乳化剂及乳液的制备方法
【专利摘要】本发明提出了一种水性固体环氧树脂乳液专用的乳化剂及乳液的制备方法；我们以固体环氧树脂为乳液基体，以聚醚胺和聚醚醇为亲水链段，液体环氧树脂为亲油链段，制备水性固体环氧树脂乳液专用的嵌段型乳化剂。再结合高速分散机，纳米乳化机等加工手段，通过较短的加工时间，得到稳定的高固含量纳米级固体环氧树脂乳液。本方案制备的高性能的纳米级固体环氧树脂乳液，具有乳化时间短，能耗低，固含量高（40%-60%），粒径小且离散度低（200nm-500nm），黏度适中（300mPa·s-800mPa·s），稳定性优异等特点。解决了固体环氧树脂难以乳化的问题，客服了以液体环氧树脂为基体制备的乳液涂膜脆性的问题。
【专利说明】水性固体环氧树脂乳液专用的乳化剂及乳液的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子【技术领域】，具体涉及一种固体环氧树脂专用乳化剂的制备及其纳米级固体环氧树脂乳液的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着社会文明的进步，人们对涂料技术与产品也有了更高的要求。自从上世纪七十年代以来，为了保护环境减少污染，人们发明了水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料等高性能低污染的涂料品种。水性涂料是以水作为溶剂，将合成树脂分散在其中，水性涂料绿色环保、无毒无害、没有气味，节省资源，并且成本低廉，来源广泛，也可以减少运输途中的安全隐患。但相比于溶剂型涂料，水性涂料也有一定的弊端。为了使涂料稳定，通常配方中会加入多种添加剂，而正是这些添加剂对涂膜性能具有很大影响，影响涂料的性能，特别是耐腐蚀性能，因此长时间以来水性防腐涂料的研制一直比较缓慢，技术发展没有大的进展，但技术难度较大，但是全世界对水性防腐涂料的热情没有减退，还一直从事着各类的研究，水性丙烯酸涂料、水性聚氨酯涂料、水性环氧涂料都展现了优良的性能，并相继投入使用。
[0003]水性环氧树脂乳液传统的外加乳化剂使用的是小分子物质，但制备的水乳液容易破乳，不稳定；且游离的小分子造成涂料涂膜性能下降，主要是耐腐蚀性能受到很大影响。乳状液是热力学不稳定系统，其稳定性是由乳胶粒间静电力、范德华力、溶剂化作用和界面张力等多种因素综合作用的结果，而分散相能否长期保持相对动态稳定，乳化剂起着决定性的作用。以环氧树脂分子主链作为亲油性部分，接枝的亲水基团或亲水链段作为亲水部分，合成具有双亲性能的环氧树脂乳化剂，此种乳化剂与本体环氧树脂的分子结构相似，与环氧树脂相容性好，从而可提高环氧树脂水乳液的稳定性；此外乳化剂结构中的环氧基团可以与固化剂反应，稳定存在与固化产物中，而不像小分子乳化剂游离于体系之外，可以改善涂膜性能。
[0004]当前社会上使用的 水性环氧树脂乳液，大部分是由液体环氧为原料制备的，由于液体环氧树脂分子量小，环氧值高，最终固化涂膜获得的漆膜的交联密度高，脆性大，耐腐蚀性差，严重影响其使用性能，致使水性环氧涂料无法大面积推广。因此研究固体环氧树脂的乳化剂和乳化方法具有重大意义，当前固体环氧树脂专用乳化剂的报道几乎为零，此专利填补了这方面的空白。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种水性固体环氧树脂乳液专用的乳化剂，及其纳米级固体环氧树脂乳液的制备方法。
[0006]我们以固体环氧树脂为乳液基体，以聚醚胺和聚醚醇为亲水链段，液体环氧树脂为亲油链段，制备水性固体环氧树脂乳液专用的嵌段型乳化剂。再结合高速分散机，纳米乳化机等加工手段，通过较短的加工时间，得到稳定的高固含量纳米级固体环氧树脂乳液。
[0007]本发明的技术方案如下:[0008]一种用于水性固体环氧树脂乳液的专用乳化剂的制备方法，步骤如下:
[0009](I)在40_60°C下将液体环氧树脂与聚醚按照质量比:1:0.5-1:20进行投料；并在40-60°C下预热混合10-30min ；
[0010](2)在40_60°C向步骤(1)中的混合物加入催化剂，催化剂用量为步骤(1)中所有环氧树脂和聚醚的质量和的3%。-3%，在40-60°C下反应0.5h-2h ；
[0011](3)至70-90°C，再加入步骤(1)中所有环氧树脂和聚醚的质量和的10%_50%的聚醚，反应0.5h-3h ;得到嵌段型或无规型乳化剂。
[0012]所述的液体环氧树脂为双酚A为环氧树脂E54、E51、E44、E42、E35或E31其中一种或者两种。
[0013]所述的聚醚为聚醚胺D-230、聚醚胺D-400、聚醚胺D-2000、聚乙二醇500-2000或聚丙二醇2000-8000中的一种或两种。
[0014]所述的催化剂为三氯化铝、三氟化硼乙醚、烷基铝或烷基锌中的一种。
[0015]采用本发明的乳化剂制备水性纳米级固体环氧树脂乳液的的方法，步骤如下:
[0016](I)将乳化剂与固体环氧树脂混合均匀，在60-90°C下用高速分散机搅拌混合10_30min ；
[0017](2)保持搅拌，以10_30ml/min的速度混合体系中加入去离子水，直至发生相反转，体系由油包水变成水包油，整个过程温度保持不变，为80-95°C ；
[0018](3)继续对体系进行乳化，乳化时间为0.5h_2h，保持温度在60_80°C下不变，获得水性纳米级固体环氧树脂乳液。
[0019]所述的固体环氧树脂为双酚A环氧树脂E20，嵌段结构固体环氧树脂专用乳化剂用量为固体环氧树脂质量的5%_15%。
[0020]所述的高速分散机的搅拌条件为:所述步骤(1)的搅拌速率为500r/min-2000r/min,所述步骤(2)的搅拌速率为1000r/min-5000r/min ;所述步骤(3)在纳米乳化机的搅拌下进行，搅拌速率为10000r/min-20000r/min。
[0021]通过对亲油的液态环氧树脂与亲水的聚醚进行开环聚合，合成一种具有-A-B-A-B-A-B-，或者-A-B-C-B-A-B-C-B-嵌段结构或者-A-B-C-D-A-C-B-D-C-D-无规结构的水性固体环氧树脂乳液专用乳化剂。其中-A-B-A-B-A-B-嵌段结构专用乳化剂由一种环氧树脂和一种聚醚胺/聚醚醇制得；-A-B-C-B-A-B-C-B-嵌段结构专用乳化剂由一种环氧树脂和两种聚醚胺/聚醚醇或者两种环氧树脂和一种聚醚胺/聚醚醇制得-;A-B-C-D-A-C-B-D-C-D-无规结构专用乳化剂由两种环氧树脂和两或三种聚醚胺/聚醚醇制得。
[0022]本方案制备的高性能的纳米级固体环氧树脂乳液，具有乳化时间短，能耗低，固含量高(40%-60%)，粒径小且离散度低(200nm-500nm)，黏度适中(300mPa.s-800mPa.s)，稳定性优异等特点。
[0023]本发明以固体环氧树脂为基体，制备其专用乳化剂，解决了固体环氧树脂难以乳化的问题，客服了以液体环氧树脂为基体制备的乳液涂膜脆性的问题。同时整个过程不添加任何有机溶剂，为绿色环保涂料，工艺简单，易于实现，加工时间短，能耗低。
[0024]
【权利要求】
1.一种水性固体环氧树脂乳液专用的乳化剂的制备方法，其特征是步骤如下: (1)在40-60°C下将液体环氧树脂与聚醚按照质量比:1:0.5-1:20进行投料；并在40-60°C下预热混合 10-30min ； (2)在40-60°C向步骤(1)中的混合物加入催化剂，催化剂用量为步骤(1)中所有环氧树脂和聚醚的质量和的3%。-3%，在40-60°C下反应0.5h-2h ； (3)至70-90°C，再加入步骤(1)中所有环氧树脂和聚醚的质量和的10%-50%的聚醚，反应0.5h-3h ;得到嵌段结构或无规结构乳化剂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的液体环氧树脂为双酚A为环氧树脂E54、E51、E44、E42、E35或E31其中一种或者两种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的聚醚为聚醚胺D-230、聚醚胺D-400、聚醚胺D-2000、聚乙二醇500-2000或聚丙二醇2000-8000中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的催化剂为三氯化铝、三氟化硼乙醚、烷基铝或烷基锌中的一种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的嵌段结构乳化剂是由一种环氧树脂和一种聚醚胺或聚醚醇制得的-A-B-A-B-A-B-嵌段结构专用乳化剂。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的嵌段结构乳化剂是由一种环氧树脂和两种聚醚胺或聚醚醇、或者两种环氧树脂和一种聚醚胺或聚醚醇制得一A-B-C-B-A-B-C-B-嵌段结构专用乳化剂。
7.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的无规结构专用乳化剂是由两种环氧树脂和两或三种聚醚胺或聚醚醇制得A-B-C-D-A-C-B-D-C-D-。
8.采用如权利要求1的乳化剂制备水性纳米级固体环氧树脂乳液的的方法，其特征是步骤如下: (1)将专用乳化剂与固体环氧树脂混合均匀，在60-90°C下用高速分散机搅拌混合10_30min ； (2)保持搅拌，以10-30ml/min的速度混合体系中加入去离子水，直至发生相反转，体系由油包水变成水包油，整个过程温度保持不变，为80-95°C ； (3)继续对体系进行乳化，乳化时间为0.5h-2h，保持温度在60-80°C下不变，获得水性纳米级固体环氧树脂乳液。
9.如权利要求8所述的方法，其特征是所述的固体环氧树脂为双酚A环氧树脂E20，固体环氧树脂专用乳化剂用量为固体环氧树脂质量的5%_15%。
10.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的高速分散机的搅拌条件为:所述步骤(I)的搅拌速率为500r/min-2000r/min，所述步骤(2)的搅拌速率为1000r/min-5000r/min ;所述步骤(3)在纳米乳化机的搅拌下进行,搅拌速率为10000r/min-20000r/min。
【文档编号】C08J3/05GK103755966SQ201410009262
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】刘晓非, 李俊霖, 吴晓乐, 李景龙, 李苑 申请人:天津大学