一种水性环氧树脂乳液及其制备方法与流程

本发明属于环氧树脂水性涂料领域，具体来说，涉及环氧树脂乳液及其制备方法。

背景技术：

环氧树脂具有优良的粘结性、附着力、稳定性、抗化学腐蚀、绝缘和机械强度性能,广泛应用于涂料、胶粘剂和复合材料等领域。1956年中国开始研制环氧树脂,并在1958年成功生产环氧树脂。环氧树脂涂料是一种广泛使用的防护漆品种、环氧树脂涂层可以屏蔽腐蚀介质,钝化金属表面，形成电化学效应以保护金属。因此，环氧树脂涂料一直被广泛应用于涂料领域。环氧树脂固化后拥有良好的物理、化学性能，在金属和非金属表面有优良的粘接性能和防腐性能，高温下强度高，热稳定性好。传统的环氧树脂易溶于很多溶剂因此其一般是溶剂型环氧树脂，但溶剂易挥发，毒性大，造成环境污染，给生产和生活带来必不可少的危害。

近年来，为满足环保的要求，水性环氧树脂得到了广泛发展，虽然水性环氧树脂VOC含量较低，但是任然含有有毒且易挥发的溶剂，依然威胁着人类的健康。如专利CN104497320A(申请日2015.01.20)公开了一种环氧树脂乳液的制备方法，包括用聚乙二醇、二元异氰酸和环氧醇制备乳化剂和环氧树脂乳液的制备，在制备环氧树脂乳液时加入了0-5份的有机溶剂丙二醇甲醚，该溶剂易挥发且有毒，危害人体健康。

技术实现要素：

本发明目的是旨在提供了一种以水作为分散介质、无溶剂挥发、安全、无毒、可很好的保护环境、且附着性能和耐腐蚀性能优异、固化条件温和的水性环氧树脂乳液以及这种水性环氧树脂乳液的制备方法。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水性环氧树脂乳液，按重量百分比只包括5％-20％的非离子型乳化剂、20％-55％的环氧树脂、40％-60％的去离子水，所述非离子型乳化剂的制备组分包括聚乙二醇、酸酐、环氧树脂。

采用上述技术方案的发明，水性环氧树脂乳液只包含由聚乙二醇、酸酐、环氧树脂制得的非离子型乳化剂、环氧树脂、去离子水，仅以水作为分散介质，无溶剂挥发，安全，无毒，可很好的保护环境；并且经测试得知该水性环氧树脂的附着性能和那腐蚀性能优异，能有效附着在汽车金属表面，并保护金属漆壳；可在常温下12小时固化，70-80℃下1-2h可固化，固化条件温和。

优选地，所述聚乙二醇、酸酐、环氧树脂按物质的量之比为1：1-3：1-3。

优选地，所述酸酐为顺丁二酸酸酐、邻苯二丁酸酸酐、顺丁二烯酸酸酐中的一种或几种的混合物。

优选地，所述聚乙二醇分子量为200，400,2000,4000,6000,10000中的一种或其几种混合。

采用不同分子质量的聚乙二醇，可影响环氧树脂乳液的稳定性，经测试得知，聚乙二醇分子质量为10000时，所制得的环氧树脂乳液平均粒径为700nm，稳定性为9000r/min的转速下30min不分层，稀释稳定性72h小时不分层。

优选地，所述环氧树脂选自E20、E44、E51、CYD115中的一种或其几种混合。

一种水性环氧树脂乳液的制备方法，包括

步骤一，非离子型乳化剂中间体的合成

取聚乙二醇与酸酐于反应器中，将上述物质混合均匀后，搅拌下升温至80-120℃，保温5-6个小时后降温出料，所得产品即为非离子型乳化剂中间体；

步骤二，非离子型乳化剂的合成

取步骤一中的非离子型乳化剂中间体和环氧树脂置于反应器中，搅拌下升温至80-120℃，保温5-6个小时后降温出料，即得产品为非离子型乳化剂；

步骤三，水性环氧树脂乳液的制备

取步骤二中所制的非离子型乳化剂、环氧树脂于反应器中，升温至40-80℃，在转速为300-600r/min下将上述物质混合均匀后，缓慢滴加去离子水，去离子水滴加完毕后，在转速为1200-1500r/min下搅拌约2h，降温出料得到水性环氧树脂乳液。

通过上述方法制得的水性环氧树脂乳液平均粒径为700-900nm，稳定性为9000r/min的转速下30min不分层。

上述整个反应体系为无溶剂反应体系，无溶剂挥发，安全，无毒，可很好的保护环境。

优选地，所述去离子水的滴加速度为1-5d/s。

本发明提供的水性环氧树脂乳液及其制备方法与现有技术相比具有如下有点：

(1)本方法制备的水性环氧树脂具有很好的附着性和耐腐蚀性能，能有效附着在汽车金属表面，并保护金属漆壳；

(2)使用本方法制备的水性环氧树脂，整个反应体系为无溶剂反应体系，没有挥发性溶剂存在，仅以水作为分散介质，能很好的保护环境，安全无毒，可以放心使用。

(3)使用本方法制备的水性环氧树脂，可以在常温下久置固化，亦可在高温下快速固化，固化条件温和，施工简单。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明实施例1到4中合成的非离子型乳化剂中间体的红外谱图；

图2为本发明实施例1到4中合成的非离子型乳化剂中间体的核磁谱图；

图3为本发明实施例1到4中合成的非离子型乳化剂的红外谱图；

图4为本发明实施例1到4中合成的非离子型乳化剂的核磁谱图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例1，以聚乙二醇分子量为4000，环氧树脂型号为E44，乳化剂重量百分比为10％为例：

步骤一，非离子型乳化剂中间体的合成

取分子量为4000的聚乙二醇与顺丁二酸酸酐于反应器中，其中聚乙二醇与顺丁二酸酸酐物质的量之比为1:1，将上述物质混合均匀后，搅拌下升温至95℃，保温5-6个小时后降温出料，此反应为无溶剂反应，所得产品即为非离子型乳化剂中间体；

步骤二，非离子型乳化剂的合成

将步骤一中所制备的非离子型乳化剂中间体和环氧树脂E44置于反应器中，其中非离子乳化剂中间体和环氧树脂的物质的量之比为1:1，将上述物质混合均匀后，搅拌下升温至120℃，冷凝回流5-6个小时后降温出料，所得产品即为非离子型乳化剂；

步骤三，水性环氧树脂乳液的制备

按重量百分比取10％步骤二中制得的非离子型乳化剂、40％的环氧树脂E44于反应器中，搅拌升温至75℃，转速为500r/min；将上述物质混合均匀后，以1d/s的速度缓慢滴加50％的去离子水，去离子水滴加完毕后，将转速升至1500r/min，保温搅拌2h，降温出料。

需要说明的是，步骤三当中40％的环氧树脂是不包含步骤二当中用于制备乳化剂的环氧树脂的。

实施例2至7

使用实施例1相同的工艺制备水性环氧树脂乳液，其中不同之处如下表1、表2、表3所示。

步骤一，非离子型乳化剂中间体的合成

表1

步骤二，非离子型乳化剂的合成

表2

步骤三，水性环氧树脂乳液的制备

表3

对实施例1至4中制得的非离子型乳化剂中间体进行FTIR和¹H NMR测试，如图1所示，傅里叶红外光谱图显示在3450cm-1处的羟基峰明显增强，在1740cm-1出现了酯羰基的伸缩振动峰，表明产物上引入了酯基以及新的羟基；如图2所示，非离子型乳化剂中间体的¹H NMR谱图在δ＝8附近出现了羧羟基的单峰，在δ＝4.5附近出现了酯基附近亚甲基的分裂峰，由此表明，反应合成了所需结构的非离子型乳化剂中间体。

对实施例1至4中制得的非离子型乳化剂进行FTIR和¹H NMR测试，如图3所示，傅里叶红外光谱图显示，在1038cm-1和917cm-1处的环氧基的伸缩振动峰明显减少，在3793cm-1和1727cm-1处引入了羟基和酯基的伸缩振动峰；如图4所示，反应产物的¹H NMR谱图在δ＝8附近没有出现羧羟基的单峰，在δ＝4.5附近出现了酯基附近亚甲基的分裂峰，由此证明环氧树脂部分开环，与中间体发生了反应，合成了所需要的非离子型乳化剂。

从上可知由本方法制得的非离子型乳化剂引入了极性的氧化乙烯基连段，使其具备亲水性，可仅以水作为分散介质而制得水性环氧树脂乳液，使得本方法安全、无毒、环保。

将实施例1至7中制得的水性环氧树脂乳液进行性能测试，测试结果如下：

表4

由上表可知，由本方法制得的水性环氧树脂乳液，附着力和耐腐蚀性能优异，能有效附着在汽车金属表面，并保护金属漆壳；可在常温下11h-12h固化，高温80℃下1-1.5h即可固化，固化条件温和，施工方便；并且整个反应体系为无溶剂反应体系，没有挥发性溶剂存在，仅以水作为分散介质，能很好的保护环境，安全无毒，可以放心使用。

以上对本发明提供的一种水性环氧树脂乳液及其制备方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。