本发明涉及一种水性环氧树脂固化剂及其制备方法。
背景技术
近些年来，随着对环境保护的要求日益严格，不含挥发性有机溶剂或低挥发性有机溶剂(voc)、不含有害空气污染物(nhap)的水性环氧体系成为了当前研究的热点。而对环氧固化剂进行水性化改性的方法很多种，比较常见的是酰胺化改性、聚酰胺改性、环氧胺加成改性等。目前，环氧防腐涂料领域最常用的固化剂是聚酰胺类环氧固化剂，即聚酰胺改性的环氧固化剂。然而，聚酰胺类环氧固化剂的亲水性不佳，与环氧树脂的相容性差，且使用时操作时间短、固化速度快、适用周期短，制备得到的涂膜强度低、柔韧性较差、冲击性能较差，且涂膜较脆，无法大规模应用于实际生产中。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种水性环氧树脂固化剂及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种水性环氧树脂固化剂，由脂肪胺、多元有机酸、聚醚胺和环氧树脂经缩合反应得到。
所述脂肪胺、多元有机酸、聚醚胺、环氧树脂的质量比为(30～40)：(40～50)：(5～10)：(5～10)。
所述脂肪胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、间苯二甲胺、异佛尔酮二胺中的至少一种。
所述聚醚胺为单氨基聚醚。
所述多元有机酸为工业二聚酸。
所述工业二聚酸中二聚体的质量百分含量为73％～90％。
所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂。
上述水性环氧树脂固化剂的制备方法，包括以下步骤：先将脂肪胺和多元有机酸混合均匀，再升温至110～130℃，加入聚醚胺，恒温反应1～3h，再加入环氧树脂，升温至140～160℃，恒温反应2～4h，得到水性环氧树脂固化剂。
所述聚醚胺通过滴加的形式添加，20～40min滴加完毕。
本发明的有益效果是：本发明的水性环氧树脂固化剂在水中的分散性好，与环氧树脂的相容性好，无挥发分，安全环保，其用于固化水性环氧树脂而得到的漆膜硬度高、韧性好。
1)本发明的水性环氧树脂固化剂分子中引入了部分环氧树脂基团，提高了固化剂与环氧树脂的相容性；
2)本发明的水性环氧树脂固化剂固化水性环氧树脂而得到的漆膜的硬度可以达到3h～4h，且漆膜的耐冲击性好、柔韧性好；
3)本发明的水性环氧树脂固化剂原料易得，生产成本低，应用范围广，可以用于地坪、水利设施、潮湿环境下的粘接和修补、水下防腐涂料等领域。
具体实施方式
一种水性环氧树脂固化剂，由脂肪胺、多元有机酸、聚醚胺和环氧树脂经缩合反应得到。
优选的，所述脂肪胺、多元有机酸、聚醚胺、环氧树脂的质量比为(30～40)：(40～50)：(5～10)：(5～10)。
优选的，所述脂肪胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、间苯二甲胺、异佛尔酮二胺中的至少一种。
优选的，所述聚醚胺为单氨基聚醚(聚醚分子链的一端含有氨基，另一端不含氨基)。
优选的，所述多元有机酸为工业二聚酸。
优选的，所述工业二聚酸中二聚体的质量百分含量为73％～90％。
优选的，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂。
上述水性环氧树脂固化剂的制备方法，包括以下步骤：先将脂肪胺和多元有机酸混合均匀，再升温至110～130℃，加入聚醚胺，恒温反应1～3h，再加入环氧树脂，升温至140～160℃，恒温反应2～4h，得到水性环氧树脂固化剂。
优选的，所述聚醚胺通过滴加的形式添加，20～40min滴加完毕。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
将70g间苯二甲胺和90g工业二聚酸混合均匀后加入反应容器，再将20g单氨基聚醚在120℃下滴加到反应容器中，30min内滴加完成，恒温反应3h，再将20g环氧树脂e-51加入反应容器中，升温至150℃，恒温反应3h，开始滴定胺值，胺值稳定后停止反应，得到水性环氧树脂固化剂(胺值为211mgkoh/g)。
实施例2：
将60g二乙烯三胺和100g工业二聚酸混合均匀后加入反应容器，再将15g单氨基聚醚在120℃下滴加到反应容器中，20min内滴加完成，恒温反应3h，再将13g环氧树脂e-51加入反应容器中，升温至140℃，恒温反应4h，开始滴定胺值，胺值稳定后停止反应，得到水性环氧树脂固化剂(胺值为237mgkoh/g)。
实施例3：
将75g异佛尔酮二胺和95g工业二聚酸混合均匀后加入反应容器，再将10g单氨基聚醚在110℃下滴加到反应容器中，40min内滴加完成，恒温反应2h，再将16g环氧树脂e-51加入反应容器中，升温至150℃，恒温反应3h，开始滴定胺值，胺值稳定后停止反应，得到水性环氧树脂固化剂(胺值为189mgkoh/g)。
实施例4：
将75g三乙烯四胺和85g工业二聚酸混合均匀后加入反应容器，再将13g单氨基聚醚在120℃下滴加到反应容器中，30min内滴加完成，恒温反应2h，再将20g环氧树脂e-51加入反应容器中，升温至160℃，恒温反应2h，开始滴定胺值，胺值稳定后停止反应，得到水性环氧树脂固化剂(胺值为250mgkoh/g)。
实施例5：
将80g间苯二甲胺和86g工业二聚酸混合均匀后加入反应容器，再将17g单氨基聚醚在130℃下滴加到反应容器中，30min内滴加完成，恒温反应3h，再将15g环氧树脂e-51加入反应容器中，升温至150℃，恒温反应3h，开始滴定胺值，胺值稳定后停止反应，得到水性环氧树脂固化剂(胺值为269mgkoh/g)。
测试例：
将实例1～5制备的固化剂分别与水性环氧树脂(固含量30％～40％)按质量比40:100混合，并制作成环氧树脂清漆漆膜(试样1～5)，同时将间苯二甲胺与水性环氧树脂按化学计量比混合，并制作成环氧树脂清漆漆膜(对比试样)，先将清漆漆膜常温静置30min，再放入70℃烘箱固化1h，自然冷却，再进行性能测试，测试结果如下表所示：
表1环氧树脂清漆漆膜的性能测试结果
注：
表中各性能指标的测试方法如下：
1)铅笔硬度：将一定硬度标号的铅笔装在铅笔硬度计上，在涂膜上划过，仔细观察铅笔笔芯是否在涂膜上产生划痕，以未引起涂膜破坏的最硬铅笔标号来表示涂膜铅笔硬度，按照gb/t6739-1996的规定，铅笔硬度由6h到6b共13级，其中6h最硬，6b最软，涂膜硬度即用对应的铅笔硬度来表示；
2)附着力(划格法)：用划格刀在涂层上划出等间距的正方形十字格子图形，格子间距为1mm，划痕应穿透涂膜直至底材，在划格区域贴上3m胶带，用手指轻轻的按压胶带使其与划格区域的涂膜充分接触，然后迅速拉开胶带，观察划格区域是否有涂层被粘离基材。按照gb/t9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》可以将测定结果进行分级，涂膜的附着力从0级到5级分为六个级别，0级表示切割边缘完全平滑无一格脱落，5级表示65％以上的区域涂层出现脱落；
3)柔韧性(轴棒弯曲试验)：将制作好的涂层试板放在已知直径的圆轴上弯曲，观察涂层的开裂或者破坏情况。按照gb/t6742-86《漆膜弯曲试验(圆柱轴)》的规定，涂膜的柔韧性用不引起涂膜破坏的最小轴棒直径来表示；
4)耐冲击高度：按照gb/t1732-93《漆膜耐冲击测定法》进行测定。将涂膜的铁板置于铁砧上，涂膜朝上放置，涂膜正上方一定高度放置固定质量的重锤，使重锤自由下落砸在涂膜和铁板上，然后用放大镜观察漆膜有没有出现裂纹及剥落现象，漆膜耐冲击性用不引起漆膜破坏的重锤放置的最大高度来表示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。