一种水性环氧涂料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子涂料技术领域，具体涉及一种水性环氧涂料。

背景技术：

涂料，在中国传统名称为油漆。所谓涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或乳液为主，添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。涂料是一种材料，这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。这样形成的膜通称涂膜，又称漆膜或涂层。涂料的使用寿命根据不同的产品而定的，液态理石质感产品采用改性有机硅树脂乳液为基料，运用特殊包覆技术，将各色色漆包覆成胶状水性彩色颗粒，均匀稳定地悬浮在特定的水性分散体中，各种着色粒子色相保持不变，着色颜料不会在水中析出。那么这种外墙涂料的使用寿命大概为15年。20世纪中叶之前，溶剂型涂料广泛应用于各类建筑物、工业制品以及钢铁设施的涂装和防腐保护。自从西方发达国家出台限制voc排放的法律法规以及在上世纪70年代爆发的石油危机，促使涂料工业逐步向清洁型和资源节约型的方向发展。因此，各种环境友好的涂料如水性涂料、辐射固化涂料、无溶剂涂料及高固体份涂料成为涂料发展的重要方向，其中水性涂料以其优秀的环境友好性和使用安全性成为研究的热点。水性涂料是用水作溶剂或者作分散介质的涂料。它具有无毒，无味，价格低廉，资源丰富等特点，可以大大减少涂料中有机溶剂挥发对大气造成的污染，并且以水作为溶剂，可极大的提高涂料在储存、运输和施工过程中的安全性。目前，水性防腐涂料已经成功应用于建筑装饰、汽车制造、船舶和集装箱制造、铁路机车、航空航天、交通桥梁及木器涂装等。水性防腐涂料主要包括：水性无机富锌涂料、水性环氧涂料、水性丙烯酸涂料和水性聚氨酯涂料四大类。水性环氧涂料按分散体系可以分为：（1）水溶性环氧涂料水溶性环氧又可分为水溶性阴离子树脂涂料（阳极电泳涂料）和水溶性阳离子树脂涂料（阴极电泳涂料）。常采用水溶性固化剂三聚氰胺甲醛树脂、苯代三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂和异氰酸酯封闭物等。①水溶性阴离子树脂涂料的树脂由羟基含量较高的环氧树脂与酸、酸酐反应，再与胺中和得到水溶性阴离子型树脂。②水溶性阳离子树脂涂料的树脂是由环氧树脂与胺加成，再引入半封闭的多异氰酸酯作交联剂，最后用酸中和而得到。（2）水乳性环氧涂料水乳型环氧涂料是采用合适乳化剂将较低相对分子质量的环氧树脂乳化，并使其具有良好的储存和使用稳定性。实用中常温固化型者大多是水乳化涂料。

环氧树脂因具有附着力强、优异机械性能和抗渗透等功能，而普遍应用于工业涂料。但环氧树脂也具有明显的缺点：当其暴露在室内光线或自然太阳光时，颜色容易变化，这是因为当环氧树脂受到uv光长期照射时，其结构在含氧的环境下很容易断键降解，产生发色机团，而导致树脂变色、褪色。在环氧树脂材料中添加光稳定剂或者将环氧树脂进行改性，可以有效地减少变色、褪色、龟裂、粉化和光泽保持率下降等问题。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种水性环氧涂料及其制备方法，其目的在于，提供一种水性环氧涂料，通过采用uv抗紫外线性能较好的苯并三唑类化合物改性环氧树脂，使得采用uv抗紫外线性能较好的苯并三唑类化合物改性环氧树脂；通过添加碳纤维和抗菌材料氧化石墨烯-银纳米复合物，使得其具有良好的力学性能且性能稳定、长效抗菌的特点，适合室内的装修。

本发明提供一种水性环氧涂料，由以下原料按重量份制备而成：苯并三唑改性环氧树脂50-90份、氧化石墨烯-银纳米复合物10-30份、固化剂10-15份、表面活性剂5-10份、抗氧剂1-5份、二氧化钛2-7份、二氧化硅2-8份、云母粉1-5份、硬脂酸镁1-5份和去离子水100-150份；

所述苯并三唑改性环氧树脂由以下方法制备：将环氧树脂和丙二醇甲醚加入到反应釜中，升温至70℃，搅拌下缓慢滴加二乙醇胺，反应1-2h，然后降温至40℃，滴加20％的盐酸溶液直到体系ph为酸性，反应10-20min，然后缓慢加入蒸馏水高速搅拌乳化，加入苯并三唑，升温至60℃搅拌2-3h，过滤，蒸馏水洗涤固体，即得苯并三唑改性环氧树脂。

作为本发明进一步的改进，由以下原料按重量份制备而成：苯并三唑改性环氧树脂60-80份、氧化石墨烯-银纳米复合物15-25份、固化剂12-14份、表面活性剂7-9份、抗氧剂2-4份、二氧化钛3-6份、二氧化硅4-7份、云母粉2-4份、硬脂酸镁2-4份和去离子水120-140份。

作为本发明进一步的改进，由以下原料按重量份制备而成：苯并三唑改性环氧树脂70份、氧化石墨烯-银纳米复合物20份、固化剂13份、表面活性剂8份、抗氧剂3份、二氧化钛5份、二氧化硅6份、云母粉3份、硬脂酸镁3份和去离子水130份。

作为本发明进一步的改进，环氧树脂、丙二醇甲醚、二乙醇胺和苯并三唑的物质的量之比为1：（0.2-0.5）：（0.01-0.2）：（10-30）。

作为本发明进一步的改进，环氧树脂、丙二醇甲醚、二乙醇胺和苯并三唑的物质的量之比为1：0.35：0.1：20。

作为本发明进一步的改进，高速搅拌转速为600-800r/min。

作为本发明进一步的改进，固化剂选自乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二丙烯三胺、二甲氨基丙胺、二乙氨基丙胺、三甲基六亚甲基二胺、二已基三胺、已二胺、三甲基已二胺、聚醚二胺、二氨甲基环已烷、氨乙基呱嗪、异佛尔酮二胺、间苯二胺、苯二甲胺三聚体、苯酮四羧酸二酐、戊二酸酐或邻苯二甲酸酐中的一种或几种。

作为本发明进一步的改进，表面活性剂选自硬脂酸、油酸、月桂酸、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠、甘胆酸钠、阿洛索-ot、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯和吐温中的一种或几种。

作为本发明进一步的改进，抗氧剂选自2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、硫代二丙酸双酯、双十二碳醇酯、双十四碳醇酯、双十八碳醇酯、三辛酯、三癸酯、三(十二碳醇)酯和三(十六碳醇)酯中的一种或几种

本发明进一步保护上述一种水性环氧涂料的制备方法，按照以下方法制备：按照配方将二氧化钛、二氧化硅、云母粉和硬脂酸镁研磨1h，得到的粉末备用，称取表面活性剂和抗氧剂放入反应釜中，在磁力搅拌器上低速分散，加入苯并三唑改性环氧树脂，搅拌分散30min，将研磨好的粉末与分散好的乳液混合，在磁力搅拌器上搅拌30-40min，加入氧化石墨烯-银纳米复合物和固化剂，超声搅拌分散30min，制得水性环氧涂料。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明将采用uv抗紫外线性能较好的苯并三唑类化合物改性环氧树脂，得到对光稳定的树脂材料，经验证，其在强uv照射以及长时间uv照射实验中，均能保持不变色、褪色、龟裂、老化等问题，耐光性极好；

2.本发明添加了碳纤维和抗菌材料氧化石墨烯-银纳米复合物，使得涂层表面致密，内部疏松，具有良好的力学性能且性能稳定、长效抗菌的特点，适合室内的装修。

附图说明

图1为水性环氧涂料的制备工艺图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。

实施例1水性环氧涂料的制备

原料组成（重量份）：

苯并三唑改性环氧树脂50份、氧化石墨烯-银纳米复合物10份、三乙烯四胺10份、甘胆酸钠5份、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚1份、二氧化钛2份、二氧化硅2份、云母粉1份、硬脂酸镁1份和去离子水100份；

苯并三唑改性环氧树脂由以下方法制备：将环氧树脂和丙二醇甲醚加入到反应釜中，升温至70℃，搅拌下缓慢滴加二乙醇胺，反应1h，然后降温至40℃，滴加20％的盐酸溶液直到体系ph为6.5，反应10min，然后缓慢加入蒸馏水高速搅拌乳化，转速为600r/min，加入苯并三唑，升温至60℃搅拌2-3h，过滤，蒸馏水洗涤固体，即得苯并三唑改性环氧树脂；

所述环氧树脂、丙二醇甲醚、二乙醇胺和苯并三唑的物质的量之比为1：0.2：0.01：10；

水性环氧涂料的制备方法：按照配方将二氧化钛、二氧化硅、云母粉和硬脂酸镁研磨1h，得到的粉末备用，称取甘胆酸钠和双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚放入反应釜中，在磁力搅拌器上低速分散，加入苯并三唑改性环氧树脂，搅拌分散30min，将研磨好的粉末与分散好的乳液混合，在磁力搅拌器上搅拌30min，加入氧化石墨烯-银纳米复合物和三乙烯四胺，超声搅拌分散30min，制得水性环氧涂料。

实施例2水性环氧涂料的制备

原料组成（重量份）：

苯并三唑改性环氧树脂90份、氧化石墨烯-银纳米复合物30份、三甲基已二胺15份、聚山梨酯10份、硫代二丙酸双酯5份、二氧化钛7份、二氧化硅8份、云母粉5份、硬脂酸镁5份和去离子水150份；

苯并三唑改性环氧树脂由以下方法制备：将环氧树脂和丙二醇甲醚加入到反应釜中，升温至70℃，搅拌下缓慢滴加二乙醇胺，反应2h，然后降温至40℃，滴加20％的盐酸溶液直到体系ph为6，反应20min，然后缓慢加入蒸馏水高速搅拌乳化，转速为800r/min，加入苯并三唑，升温至60℃搅拌2-3h，过滤，蒸馏水洗涤固体，即得苯并三唑改性环氧树脂；

所述环氧树脂、丙二醇甲醚、二乙醇胺和苯并三唑的物质的量之比为1：0.5：0.2：30；

水性环氧涂料的制备方法：按照配方将二氧化钛、二氧化硅、云母粉和硬脂酸镁研磨1h，得到的粉末备用，称取聚山梨酯和硫代二丙酸双酯放入反应釜中，在磁力搅拌器上低速分散，加入苯并三唑改性环氧树脂，搅拌分散30min，将研磨好的粉末与分散好的乳液混合，在磁力搅拌器上搅拌40min，加入氧化石墨烯-银纳米复合物和三甲基已二胺，超声搅拌分散30min，制得水性环氧涂料。

实施例3水性环氧涂料的制备

原料组成（重量份）：

苯并三唑改性环氧树脂60份、氧化石墨烯-银纳米复合物15份、异佛尔酮二胺12份、吐温7份、三(十二碳醇)酯2份、二氧化钛3份、二氧化硅4份、云母粉2份、硬脂酸镁2份和去离子水120份；

苯并三唑改性环氧树脂由以下方法制备：将环氧树脂和丙二醇甲醚加入到反应釜中，升温至70℃，搅拌下缓慢滴加二乙醇胺，反应1.5h，然后降温至40℃，滴加20％的盐酸溶液直到体系ph为6.7，反应15min，然后缓慢加入蒸馏水高速搅拌乳化，转速为700r/min，加入苯并三唑，升温至60℃搅拌2-3h，过滤，蒸馏水洗涤固体，即得苯并三唑改性环氧树脂；

所述环氧树脂、丙二醇甲醚、二乙醇胺和苯并三唑的物质的量之比为1：0.3：0.05：20；

水性环氧涂料的制备方法：按照配方将二氧化钛、二氧化硅、云母粉和硬脂酸镁研磨1h，得到的粉末备用，称取吐温和三(十二碳醇)酯放入反应釜中，在磁力搅拌器上低速分散，加入苯并三唑改性环氧树脂，搅拌分散30min，将研磨好的粉末与分散好的乳液混合，在磁力搅拌器上搅拌35min，加入氧化石墨烯-银纳米复合物和异佛尔酮二胺，超声搅拌分散30min，制得水性环氧涂料。

实施例4水性环氧涂料的制备

原料组成（重量份）：

苯并三唑改性环氧树脂80份、氧化石墨烯-银纳米复合物25份、戊二酸酐14份、硬脂酸9份、双十八碳醇酯4份、二氧化钛6份、二氧化硅7份、云母粉4份、硬脂酸镁4份和去离子水140份；

苯并三唑改性环氧树脂由以下方法制备：将环氧树脂和丙二醇甲醚加入到反应釜中，升温至70℃，搅拌下缓慢滴加二乙醇胺，反应1.5h，然后降温至40℃，滴加20％的盐酸溶液直到体系ph为6.2，反应10-20min，然后缓慢加入蒸馏水高速搅拌乳化，转速为700r/min，加入苯并三唑，升温至60℃搅拌2.5h，过滤，蒸馏水洗涤固体，即得苯并三唑改性环氧树脂；

所述环氧树脂、丙二醇甲醚、二乙醇胺和苯并三唑的物质的量之比为1：0.4：0.15：25；

水性环氧涂料的制备方法：按照配方将二氧化钛、二氧化硅、云母粉和硬脂酸镁研磨1h，得到的粉末备用，称取硬脂酸和双十八碳醇酯放入反应釜中，在磁力搅拌器上低速分散，加入苯并三唑改性环氧树脂，搅拌分散30min，将研磨好的粉末与分散好的乳液混合，在磁力搅拌器上搅拌35min，加入氧化石墨烯-银纳米复合物和戊二酸酐，超声搅拌分散30min，制得水性环氧涂料。

实施例5水性环氧涂料的制备

原料组成（重量份）：

苯并三唑改性环氧树脂70份、氧化石墨烯-银纳米复合物20份、氨乙基呱嗪13份、月桂酸8份、三(十六碳醇)酯3份、二氧化钛5份、二氧化硅6份、云母粉3份、硬脂酸镁3份和去离子水130份；

苯并三唑改性环氧树脂由以下方法制备：将环氧树脂和丙二醇甲醚加入到反应釜中，升温至70℃，搅拌下缓慢滴加二乙醇胺，反应1.5h，然后降温至40℃，滴加20％的盐酸溶液直到体系ph为6.9，反应10-20min，然后缓慢加入蒸馏水高速搅拌乳化，转速为700r/min，加入苯并三唑，升温至60℃搅拌2.5h，过滤，蒸馏水洗涤固体，即得苯并三唑改性环氧树脂；

所述环氧树脂、丙二醇甲醚、二乙醇胺和苯并三唑的物质的量之比为1：0.35：0.1：20；

水性环氧涂料的制备方法：按照配方将二氧化钛、二氧化硅、云母粉和硬脂酸镁研磨1h，得到的粉末备用，称取月桂酸和三(十六碳醇)酯放入反应釜中，在磁力搅拌器上低速分散，加入苯并三唑改性环氧树脂，搅拌分散30min，将研磨好的粉末与分散好的乳液混合，在磁力搅拌器上搅拌35min，加入氧化石墨烯-银纳米复合物和氨乙基呱嗪，超声搅拌分散30min，制得水性环氧涂料。

测试例1性能测试

将本发明实施例5按照标准《水性环氧树脂防腐涂料》hg/t4759-2014进行检测，该环氧树脂漆膜性能指标如下：

涂层外观：平整光滑无颗粒；

固化时间：表干<25min，实干<2h；

附着力/级：≤1；

耐冲击/cm：70；

柔韧性/mm：≤1；

干膜厚度/μm：10-70；

光泽度/级：1；

耐盐雾/h：1500h；

耐水性/168h：无起泡、起皱、脱落、生锈；

耐酸性/24h：无起泡、裂痕、剥落、粉化；

耐碱性/168h：无起泡、裂痕、剥落、粉化；

耐盐水性/240h：无起泡、裂痕、剥落、粉化。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。