一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种自乳化非离子型环氧树脂乳液及其制备方法，包括以下步骤：1）将酚醛型环氧树脂和聚乙二醇单甲醚溶于甲苯中，将混合液体共沸脱水后制得混合液体待用；2）将催化剂溶于甲苯中制成催化剂的甲苯溶液，在氮气保护下，将催化剂的甲苯溶液滴加到1）的混合液体中，当反应液的环氧基保留率基本不变时，加水搅拌一段时间后停止反应；3）减压蒸除甲苯和水，得非离子型水性环氧树脂；4）强力搅拌下，滴加一定量的助溶剂和蒸馏水制成固含量35wt％~45wt%的水性环氧树脂乳液。本发明得到的水性环氧树脂乳液稳定性好且无毒；操作步骤简单，制成的水性涂料具有柔韧性、耐水性好的特点。
【专利说明】一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液及其制备方法，该乳液可作为制备水性环氧涂料的基础原料。
【背景技术】
[0002]环氧树脂具有硬度高、耐磨性好、附着力高和耐化学药品性能优异等特点，可广泛用作木器漆、工业地坪涂料、防腐蚀涂料、胶粘剂和油墨等。随着生活质量的提高，人们对涂料的环保要求也越来越严格，因此传统的溶剂型环氧树脂已不能满足人们的追求。而近年来以水作为分散介质的水性环氧树脂越来越受到人们的亲睐。
[0003]水性环氧树脂是指不含有机溶剂或含量极低，节约能源，无污染、符合环保要求的一类涂料。水性环氧树脂不仅储存、运输和使用方便，而且应用环境广，可在温室和潮湿的环境中使用，弥补了溶剂、无溶剂环氧涂料对水敏感的弱点，且施工性能好，可直接加水调节施工粘度，施工工具可用水直接清洗，降低施工成本。
[0004]《JApple Polym Sci》[2002，83 (8): 1736-1743]经丙烯酸接枝到环氧树脂分子中，然后用乙酸中和成盐制备自乳 化环氧树脂，但是有机酸的存在会导致涂膜性能下降，用在金属上易产生闪锈，而且反应过程中要用到有机溶剂，反应结束后溶剂不除去，还是会有环境污染。美国专利6225376中公开了一种通过二甲基环己胺将聚氧烷烯引入到环氧树脂主链中，形成自乳化环氧树脂，其缺点是国内不容易获得合适的聚氧烷烯聚合物。美国专利6143809利用浓HNO3将聚乙二醇单甲醚中的羟基氧化成羧基，再和双酚A环氧树脂部分酯化反应，形成自乳化水性环氧树脂，该发明的缺点是工艺复杂，需要浓HNO3进行氧化，腐蚀性大。中国发明专利CN101899163B公开了一种自乳化非离子型水性酚醛环氧树脂乳液的制备方法:先将聚乙二醇单甲醚与有机二元羧酸酐等摩尔反应，合成末端带羧基的聚乙二醇单甲醚单酯，然后再与酚醛环氧树脂反应，合成自乳化非离子型水性酚醛环氧树脂，该发明是利用聚乙二醇单甲醚中的羟基与有机酸酐反应，使之转变为带末端羧基的聚乙二醇单甲醚，再利用分子中的末端羧基与环氧基的反应性能将非离子型亲水链段引入到环氧树脂中，使其转变为自乳化非离子型水性环氧树脂，其缺点是制备步骤较为复杂，反应分二步进行，且分子中含有酯键，对树脂的耐碱性能有一定影响。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液及其制备方法，使聚乙二醇单甲醚直接与酚醛型环氧树脂反应，反应一步完成，合成工艺更加简便，并且在酚醛型环氧树脂中引入亲水性非离子链段，树脂的自乳化性能好，乳液稳定性好，制成的水性涂料柔韧性、耐水性和耐碱性能好。
[0006]本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:
一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液，它是由以下步骤制备得到的:
O按各原料所占质量百分数为:酚醛型环氧树脂32%~40%、聚乙二醇单甲醚34%~45%、甲苯20%~30%，选取酚醛型环氧树脂、聚乙二醇单甲醚和甲苯，备用；
在氮气保护下，将酚醛型环氧树脂、聚乙二醇单甲醚和甲苯混合，在搅拌条件下升温，在温度为130°C ~150°C下共沸脱水3~4小时，以除去原料中可能含有的水分，得混合液体；2 )按各原料所占质量百分数为:混合液体95%~97.7%、催化剂0.039Π).06%和甲苯2%~5%，选取步骤I)所制得的混合液体、催化剂和甲苯，备用；
将催化剂溶于甲苯中，在氮气保护下，加到步骤I)中所制的混合液体内，在搅拌条件下升温，严格控制在温度80~90°C下反应，反应期间每隔一段时间测体系的环氧值，计算环氧保留率，待体系环氧保留率基本不变时，加入催化剂质量10倍的蒸馏水到反应体系，继续搅拌30min后停止反应；
3)将步骤2)所得混合液体在减压下蒸馏，除去甲苯和水后即得所需的水性环氧树脂；
4)将步骤3)所得的水性环氧树脂在强力搅拌下，滴加一定量的助溶剂和蒸馏水制成固含量为35wt%~45wt%的水性环氧树脂乳液。
[0007]按上述方案，所述的酚醛型环氧树脂为F-51型、F-48型、F-44型、Ff 47型和匕_43型环氧树脂中的任意一种。
[0008]按上述方案，步骤I)中所述的聚乙二醇单甲醚的相对分子质量在2000-5000之间。
[0009]按上述方案，步骤2)中所述的催化剂为三氟化硼乙醚络合物、三苯基膦中的任意一种。
[0010]按上述方案，步骤4)中所述助溶剂的质量为水性环氧树脂质量的20%_30%。
[0011]按上述方案，步骤4)中所述助溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯中的任意一种。
[0012]一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液的制备方法，它包括以下步骤:
I)按各原料所占质量百分数为:酚醛型环氧树脂32%~40%、聚乙二醇单甲醚34%~45%、甲苯20%~30%，选取酚醛型环氧树脂、聚乙二醇单甲醚和甲苯，备用；
在氮气保护下，将酚醛型环氧树脂、聚乙二醇单甲醚和甲苯混合，在搅拌条件下升温，在温度为130°C ~150°C下共沸脱水3~4小时，以除去原料中可能带有的水分，得混合液体；2 )按各原料所占质量百分数为:混合液体95%~97.7%、催化剂0.039Π).06%和甲苯2%~5%，选取步骤I)所制得的混合液体、催化剂和甲苯，备用；
将催化剂溶于甲苯中，在氮气保护下，加到步骤I)中所制的混合液体内，在搅拌条件下升温，严格控制在温度80~90°C下反应，反应期间每隔一段时间测体系的环氧值，计算环氧保留率，待体系环氧保留率基本不变时，加入催化剂质量10倍的蒸馏水到反应体系，继续搅拌30min后停止反应；
3)将步骤2)所得混合液体在减压下蒸馏，除去甲苯和水后即得所需的水性环氧树脂；
4)将步骤3)所得的水性环氧树脂在强力搅拌下，滴加一定量的助溶剂和蒸馏水，制成固含量为35wt%~45wt%的水性环氧树脂乳液。
[0013]按上述方案，所述步骤4)中所述助溶剂的质量为水性环氧树脂质量的20%_30%。
[0014]按上述方案，所述助溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种。
[0015]按上述方案，所述的酚醛型环氧树脂为F-51型、F-48型、F-44型、Ff 47型和匕_43型环氧树脂中的任意一种。
[0016]按上述方案，步骤I)所述的聚乙二醇单甲醚的相对分子质量在2000-5000之间。
[0017]按上述方案，步骤2)中所述的催化剂为三氟化硼乙醚络合物、三苯基膦中的任意一种。
[0018]本发明所述自乳化非离子型水性环氧树脂的制备方法，使聚乙二醇单甲醚直接与酚醛型环氧树脂反应，反应一步完成，合成工艺更加简便，所制备自乳化非离子型水性环氧树脂的结构式如式I所示。
【权利要求】
1.一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液，其特征在于它是由以下步骤制备得到的: 1)按各原料所占质量百分数为:酚醛型环氧树脂32%~40%、聚乙二醇单甲醚34%~45%、甲苯20%~30%，选取酚醛型环氧树脂、聚乙二醇单甲醚和甲苯，备用； 在氮气保护下，将酚醛型环氧树脂、聚乙二醇单甲醚和甲苯混合，在搅拌条件下升温，在温度为130°C ~150°C下共沸脱水3~4小时，得混合液体； 2)按各原料所占质量百分数为:混合液体95%~97.7%、催化剂0.039Π).06%和甲苯2%~5%，选取步骤I)所制得的混合液体、催化剂和甲苯，备用； 将催化剂溶于甲苯中，在氮气保护下，加到步骤I)中所制的混合液体内，在搅拌条件下升温，严格控制在温度80~90°C下反应，反应期间监测体系的环氧值，计算环氧保留率，待体系环氧保留率基本不变时加入催化剂质量10倍的蒸馏水到反应体系，继续搅拌30min后停止反应； 3)将步骤2)所得混合液体在减压下蒸馏，除去甲苯和水后即得所需的水性环氧树脂； 4)将步骤3)所得的水性环氧树脂在强力搅拌下，滴加助溶剂和蒸馏水制成固含量为35wt%~45wt%的水性环氧树脂乳液。
2.根据权利要求1所述的一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液，其特征在于所述的酚醛型环氧树脂为F-51型、F-48型、F-44型、Fr47型和&_43型环氧树脂中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液，其特征在于步骤I)所述的聚乙二醇单甲醚的相对分子质量为2000-5000。
4.根据权利要求1所述的一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液，其特征在于步骤2)中所述的催化剂为三氟化硼乙醚络合物、三苯基膦中的任意一种。`
5.根据权利要求1所述的一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液，其特征在于步骤4)中所述助溶剂的质量为水性环氧树脂质量的20%-30%。
6.根据权利要求1所述的一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液，其特征在于步骤4)中所述助溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯中的任意一种。
7.权利要求1所述的一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于它包括以下步骤: O按各原料所占质量百分数为:酚醛型环氧树脂32%~40%、聚乙二醇单甲醚34%~45%、甲苯20%~30%，选取酚醛型环氧树脂、聚乙二醇单甲醚和甲苯，备用； 在氮气保护下，将酚醛型环氧树脂、聚乙二醇单甲醚和甲苯混合，在搅拌条件下升温，在温度为130°C ~150°C下共沸脱水3~4小时，得混合液体； 2)按各原料所占质量百分数为:混合液体95%~97.7%、催化剂0.039Π).06%和甲苯2%~5%，选取步骤I)所制得的混合液体、催化剂和甲苯，备用； 将催化剂溶于甲苯中，在氮气保护下，加到步骤I)中所制的混合液体内，在搅拌条件下升温，严格控制在温度80~90°C下反应，反应期间监测体系的环氧值，计算环氧保留率，待体系环氧保留率基本不变时，加入催化剂质量10倍的蒸馏水到反应体系，继续搅拌30min后停止反应； 3)将步骤2)所得混合液体在减压下蒸馏，除去甲苯和水后即得所需的水性环氧树脂； 4)将步骤3)所得的水性环氧树脂在强力搅拌下，滴加一定量的助溶剂和蒸馏水制成固含量为35wt%~45wt%的水性环氧树脂乳液。
8.根据权利要求7所述的一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于所述的酚醛型环氧树脂为F-51型、F-48型、F-44型、匕_47型和匕_43型环氧树脂中的任意一种；步骤2)中所述的催化剂为三氟化硼乙醚络合物、三苯基膦中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于步骤I)中所述的聚乙二醇单甲醚的相对分子质量为2000-5000。
10.根据权利要求7所述的一种自乳化非离子型水性环氧树脂乳液的制备方法，其特征在步骤4)中所述助溶剂的质量为水性环氧树脂质量的20%-30% ;所述助溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚`醋酸酯中的任意一种。
【文档编号】C08G81/00GK103554509SQ201310515205
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】官仕龙, 陈协, 胡登华, 向鹏飞, 张静静 申请人:武汉工程大学