专利名称：聚氨酯-脲改性自乳化纳米水性环氧乳液及制备方法
技术领域：
本发明属化工技术领域，具体涉及一种聚氨酯-脲改性自乳化纳米水性环氧乳液及制备方法。
背景技术：
近年来环氧树脂涂料特别是水性化环氧树脂涂料和纳米改性环氧树脂涂料迅速发展。由于环氧树脂具有优异的物理和化学性能，如良好的附着力、耐化学药品性和耐溶剂性能优异、硬度高、耐腐蚀、热稳定性优良，所以一直引起人们的关注。一般溶剂型环氧树脂涂料含有有机挥发溶剂，这些有机溶剂在涂料的生产和施工阶段由于溶剂挥发进入大气中，对环境造成污染，危害人类健康。与溶剂型涂料相比，水性环氧涂料具有许多优点，比如有机挥发物含量低、气味小、使用安全、甚至不含有机溶剂，可用水清洗等，所以广泛用作高性能建筑涂料、设备底漆、运输工具底漆、汽车底漆和工业维修面漆等。目前全世界范围内环氧树脂水性化主要有机械法、相反转法和化学改性法三种方法机械法和相反转法制备的环氧乳液的稳定性较差，与水性环氧固化剂、填料及各种助剂配合使用效果不佳；化学改性法即自乳化法制备的水性环氧树脂乳液中分散相粒子的尺寸可达到纳米级，可形成稳定的水性环氧树脂乳液。化学改性环氧树脂一方面可以引入亲水性的极性基团，这些亲水性基团能帮助环氧树脂在水中分散；另一方面也可以引入其他官能的基团或高分子链，用以改善环氧树脂的物理性能或赋予其更多的优良特性。例如在油性体系利用聚氨酯改性环氧树脂的研究层出不穷，并且也开始在水性体系中应用，可以改善环氧的脆性，增加韧性，但是单纯聚氨酯改性固化时间较长，不利于喷涂施工，因此需要进行改进。可以利用脲基的高活性来解决固化时间的问题，同时还可以改善腐蚀性能。
发明内容
本发明提出的聚氨酯-脲改性自乳化纳米环氧乳液的制备方法是运用化学改性法，将亲水链段、聚氨酯-脲链段引入环氧树脂，即聚氨酯-脲改性水性环氧树脂，再结合高速分散机、胶体磨、均质机等加工手段，得到粒径均勻，纳米级，且性能优良的聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液。本发明的技术方案如下本发明的聚氨酯-聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液，乳液固含量40-50%，平均粒径< 500nm，粘度 500-650 (mPa · S)。本发明的聚氨酯-脲改性自乳化纳米水性环氧乳液的制备方法，步骤如下1)在环氧树脂中加入预热到50 60°C的非离子型亲水链段化合物，再加入三氟化硼乙醚或三苯基膦催化剂，于80 100°C下反应4 他，得到改性环氧树脂；催化剂用量为环氧树脂重量的1 3% ；2)向步骤1)的改性环氧树脂中滴加多异氰酸酯反应得到预聚体，反应温度50 70°C，反应时间1 池；异氰酸酯基与1)步所加胺基比例为1 1 3 ；3)将步骤2)得到的预聚体与原料环氧树脂(与步骤(1)相同)混合均勻，反应温度60 90°C，时间1 池；预聚体的添加量为环氧树脂重量的10 20% ；4)将步骤幻制备的聚脲改性环氧树脂在高速分散下滴加去离子水，直至体系粘度突然下降，得到环氧树脂乳液；5)将4)制备的乳液经胶体磨研磨，再用均质机进行高压乳化，得到稳定的聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液。所述步骤1)中采用的非离子型亲水链段化合物为聚乙二醇1000或4000与端氨基聚醚D2000的混合物，质量比10 1 ；所述步骤幻中采用的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二甲苯烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。所述步骤3中高速分散机的分散速度为1000 4000r/min。所述步骤4中胶体磨研磨时间为0. 5 1. 5h，转速为2500 3500r/min ；高压均质机乳化压力为30 lOOMPa，乳化时间为0. 5 1. 5h。本发明提出的自乳化纳米水性乳液由于链段中引入了一种含非离子型亲水链段的化合物，使环氧树脂具有自乳化性能，聚氨酯-脲基链段改善了涂膜的耐腐蚀性能与固化时间。改性环氧树脂形成的水分散体系再经过均质机高压乳化，分散粒径达到纳米级，长时间储存，物化性能没有明显变化，具有很好的稳定性。此种方法合成过程不添加任何有机溶剂，且操作简单，易于实现。采用本发明所得水性环氧乳液的性能如下
权利要求
1.聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液，其特征是聚氨酯-聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液，乳液固含量40-50%，平均粒径< 500nm，粘度500-650 (mPa · S)。
2.权利要求1的聚氨酯-脲改性自乳化纳米水性环氧乳液的制备方法，步骤如下1)在环氧树脂中加入预热到50 60°C的非离子型亲水链段化合物，再加入三氟化硼乙醚或三苯基膦催化剂，于80 100°C下反应4 他，得到改性环氧树脂；催化剂用量为环氧树脂重量的1 3% ；2)向步骤1)的改性环氧树脂中滴加多异氰酸酯反应得到预聚体，反应温度50 70°C，反应时间1 池；异氰酸酯基与1)步所加胺基比例为1 1 3 ；3)将步骤2)得到的预聚体与原料环氧树脂混合均勻，反应温度60 90°C，时间1 3h ；预聚体的添加量为环氧树脂重量的10 20% ；4)将步骤幻制备的聚脲改性环氧树脂在高速分散下滴加去离子水，直至体系粘度突然下降，得到环氧树脂乳液；5)将4)制备的乳液经胶体磨研磨，再用均质机进行高压乳化，得到稳定的聚脲改性自乳化纳米水性环氧乳液。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是所述步骤1)中采用的非离子型亲水链段化合物为聚乙二醇1000或4000与端氨基聚醚D2000的混合物，质量比10 1。
4.如权利要求2所述的方法，其特征是所述步骤幻中采用的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二甲苯烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。
5.如权利要求2所述的方法，其特征是所述步骤3中高速分散机的分散速度为1000 4000r/mino
6.如权利要求2所述的方法，其特征是所述步骤4中胶体磨研磨时间为0.5 1. 5h， 转速为2500 3500r/min ；高压均质机乳化压力为30 lOOMPa，乳化时间为0. 5 1. 5h。
全文摘要
本发明涉及聚氨酯-脲改性自乳化纳米水性环氧乳液及制备方法，乳液固含量40-50％，平均粒径＜500nm，粘度500-650(mPa·S)。本发明提出的自乳化纳米水性乳液由于链段中引入了一种含非离子型亲水链段的化合物，使环氧树脂具有自乳化性能，聚氨酯-脲基链段改善了涂膜的耐腐蚀性能与固化时间。改性环氧树脂形成的水分散体系再经过均质机高压乳化，分散粒径达到纳米级，长时间储存，物化性能没有明显变化，具有很好的稳定性。此种方法合成过程不添加任何有机溶剂，且操作简单，易于实现。
文档编号C08G18/65GK102295735SQ201110134889
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者刘晓非, 刘运飞, 吴博, 支晓娜 申请人:天津大学