一種水性環氧樹脂乳液及其制備方法與流程

本發明屬于環氧樹脂水性涂料領域，具體來說，涉及環氧樹脂乳液及其制備方法。

背景技術：

環氧樹脂具有優良的粘結性、附著力、穩定性、抗化學腐蝕、絕緣和機械強度性能,廣泛應用于涂料、膠粘劑和復合材料等領域。1956年中國開始研制環氧樹脂,并在1958年成功生產環氧樹脂。環氧樹脂涂料是一種廣泛使用的防護漆品種、環氧樹脂涂層可以屏蔽腐蝕介質,鈍化金屬表面，形成電化學效應以保護金屬。因此，環氧樹脂涂料一直被廣泛應用于涂料領域。環氧樹脂固化后擁有良好的物理、化學性能，在金屬和非金屬表面有優良的粘接性能和防腐性能，高溫下強度高，熱穩定性好。傳統的環氧樹脂易溶于很多溶劑因此其一般是溶劑型環氧樹脂，但溶劑易揮發，毒性大，造成環境污染，給生產和生活帶來必不可少的危害。

近年來，為滿足環保的要求，水性環氧樹脂得到了廣泛發展，雖然水性環氧樹脂VOC含量較低，但是任然含有有毒且易揮發的溶劑，依然威脅著人類的健康。如專利CN104497320A(申請日2015.01.20)公開了一種環氧樹脂乳液的制備方法，包括用聚乙二醇、二元異氰酸和環氧醇制備乳化劑和環氧樹脂乳液的制備，在制備環氧樹脂乳液時加入了0-5份的有機溶劑丙二醇甲醚，該溶劑易揮發且有毒，危害人體健康。

技術實現要素：

本發明目的是旨在提供了一種以水作為分散介質、無溶劑揮發、安全、無毒、可很好的保護環境、且附著性能和耐腐蝕性能優異、固化條件溫和的水性環氧樹脂乳液以及這種水性環氧樹脂乳液的制備方法。

為實現上述技術目的，本發明采用的技術方案如下：

一種水性環氧樹脂乳液，按重量百分比只包括5％-20％的非離子型乳化劑、20％-55％的環氧樹脂、40％-60％的去離子水，所述非離子型乳化劑的制備組分包括聚乙二醇、酸酐、環氧樹脂。

采用上述技術方案的發明，水性環氧樹脂乳液只包含由聚乙二醇、酸酐、環氧樹脂制得的非離子型乳化劑、環氧樹脂、去離子水，僅以水作為分散介質，無溶劑揮發，安全，無毒，可很好的保護環境；并且經測試得知該水性環氧樹脂的附著性能和那腐蝕性能優異，能有效附著在汽車金屬表面，并保護金屬漆殼；可在常溫下12小時固化，70-80℃下1-2h可固化，固化條件溫和。

優選地，所述聚乙二醇、酸酐、環氧樹脂按物質的量之比為1：1-3：1-3。

優選地，所述酸酐為順丁二酸酸酐、鄰苯二丁酸酸酐、順丁二烯酸酸酐中的一種或幾種的混合物。

優選地，所述聚乙二醇分子量為200，400,2000,4000,6000,10000中的一種或其幾種混合。

采用不同分子質量的聚乙二醇，可影響環氧樹脂乳液的穩定性，經測試得知，聚乙二醇分子質量為10000時，所制得的環氧樹脂乳液平均粒徑為700nm，穩定性為9000r/min的轉速下30min不分層，稀釋穩定性72h小時不分層。

優選地，所述環氧樹脂選自E20、E44、E51、CYD115中的一種或其幾種混合。

一種水性環氧樹脂乳液的制備方法，包括

步驟一，非離子型乳化劑中間體的合成

取聚乙二醇與酸酐于反應器中，將上述物質混合均勻后，攪拌下升溫至80-120℃，保溫5-6個小時后降溫出料，所得產品即為非離子型乳化劑中間體；

步驟二，非離子型乳化劑的合成

取步驟一中的非離子型乳化劑中間體和環氧樹脂置于反應器中，攪拌下升溫至80-120℃，保溫5-6個小時后降溫出料，即得產品為非離子型乳化劑；

步驟三，水性環氧樹脂乳液的制備

取步驟二中所制的非離子型乳化劑、環氧樹脂于反應器中，升溫至40-80℃，在轉速為300-600r/min下將上述物質混合均勻后，緩慢滴加去離子水，去離子水滴加完畢后，在轉速為1200-1500r/min下攪拌約2h，降溫出料得到水性環氧樹脂乳液。

通過上述方法制得的水性環氧樹脂乳液平均粒徑為700-900nm，穩定性為9000r/min的轉速下30min不分層。

上述整個反應體系為無溶劑反應體系，無溶劑揮發，安全，無毒，可很好的保護環境。

優選地，所述去離子水的滴加速度為1-5d/s。

本發明提供的水性環氧樹脂乳液及其制備方法與現有技術相比具有如下有點：

(1)本方法制備的水性環氧樹脂具有很好的附著性和耐腐蝕性能，能有效附著在汽車金屬表面，并保護金屬漆殼；

(2)使用本方法制備的水性環氧樹脂，整個反應體系為無溶劑反應體系，沒有揮發性溶劑存在，僅以水作為分散介質，能很好的保護環境，安全無毒，可以放心使用。

(3)使用本方法制備的水性環氧樹脂，可以在常溫下久置固化，亦可在高溫下快速固化，固化條件溫和，施工簡單。

附圖說明

本發明可以通過附圖給出的非限定性實施例進一步說明；

圖1為本發明實施例1到4中合成的非離子型乳化劑中間體的紅外譜圖；

圖2為本發明實施例1到4中合成的非離子型乳化劑中間體的核磁譜圖；

圖3為本發明實施例1到4中合成的非離子型乳化劑的紅外譜圖；

圖4為本發明實施例1到4中合成的非離子型乳化劑的核磁譜圖。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員可以更好地理解本發明，下面結合附圖和實施例對本發明技術方案進一步說明。

實施例1，以聚乙二醇分子量為4000，環氧樹脂型號為E44，乳化劑重量百分比為10％為例：

步驟一，非離子型乳化劑中間體的合成

取分子量為4000的聚乙二醇與順丁二酸酸酐于反應器中，其中聚乙二醇與順丁二酸酸酐物質的量之比為1:1，將上述物質混合均勻后，攪拌下升溫至95℃，保溫5-6個小時后降溫出料，此反應為無溶劑反應，所得產品即為非離子型乳化劑中間體；

步驟二，非離子型乳化劑的合成

將步驟一中所制備的非離子型乳化劑中間體和環氧樹脂E44置于反應器中，其中非離子乳化劑中間體和環氧樹脂的物質的量之比為1:1，將上述物質混合均勻后，攪拌下升溫至120℃，冷凝回流5-6個小時后降溫出料，所得產品即為非離子型乳化劑；

步驟三，水性環氧樹脂乳液的制備

按重量百分比取10％步驟二中制得的非離子型乳化劑、40％的環氧樹脂E44于反應器中，攪拌升溫至75℃，轉速為500r/min；將上述物質混合均勻后，以1d/s的速度緩慢滴加50％的去離子水，去離子水滴加完畢后，將轉速升至1500r/min，保溫攪拌2h，降溫出料。

需要說明的是，步驟三當中40％的環氧樹脂是不包含步驟二當中用于制備乳化劑的環氧樹脂的。

實施例2至7

使用實施例1相同的工藝制備水性環氧樹脂乳液，其中不同之處如下表1、表2、表3所示。

步驟一，非離子型乳化劑中間體的合成

表1

步驟二，非離子型乳化劑的合成

表2

步驟三，水性環氧樹脂乳液的制備

表3

對實施例1至4中制得的非離子型乳化劑中間體進行FTIR和¹H NMR測試，如圖1所示，傅里葉紅外光譜圖顯示在3450cm-1處的羥基峰明顯增強，在1740cm-1出現了酯羰基的伸縮振動峰，表明產物上引入了酯基以及新的羥基；如圖2所示，非離子型乳化劑中間體的¹H NMR譜圖在δ＝8附近出現了羧羥基的單峰，在δ＝4.5附近出現了酯基附近亞甲基的分裂峰，由此表明，反應合成了所需結構的非離子型乳化劑中間體。

對實施例1至4中制得的非離子型乳化劑進行FTIR和¹H NMR測試，如圖3所示，傅里葉紅外光譜圖顯示，在1038cm-1和917cm-1處的環氧基的伸縮振動峰明顯減少，在3793cm-1和1727cm-1處引入了羥基和酯基的伸縮振動峰；如圖4所示，反應產物的¹H NMR譜圖在δ＝8附近沒有出現羧羥基的單峰，在δ＝4.5附近出現了酯基附近亞甲基的分裂峰，由此證明環氧樹脂部分開環，與中間體發生了反應，合成了所需要的非離子型乳化劑。

從上可知由本方法制得的非離子型乳化劑引入了極性的氧化乙烯基連段，使其具備親水性，可僅以水作為分散介質而制得水性環氧樹脂乳液，使得本方法安全、無毒、環保。

將實施例1至7中制得的水性環氧樹脂乳液進行性能測試，測試結果如下：

表4

由上表可知，由本方法制得的水性環氧樹脂乳液，附著力和耐腐蝕性能優異，能有效附著在汽車金屬表面，并保護金屬漆殼；可在常溫下11h-12h固化，高溫80℃下1-1.5h即可固化，固化條件溫和，施工方便；并且整個反應體系為無溶劑反應體系，沒有揮發性溶劑存在，僅以水作為分散介質，能很好的保護環境，安全無毒，可以放心使用。

以上對本發明提供的一種水性環氧樹脂乳液及其制備方法進行了詳細介紹。具體實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。