專利名稱：水性環(huán)氧樹脂乳液的制備方法及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機化工材料領(lǐng)域，具體涉及一種水性環(huán)氧丙烯酸乳液的制備方法及其應(yīng)用于地坪涂料的方法。
背景技術(shù)：
1930年，瑞士卡斯坦和美國格林里合成了環(huán)氧樹脂，并于1947年開始了工業(yè)化生產(chǎn)。自此環(huán)氧樹脂以其優(yōu)異的粘接性、穩(wěn)定性、耐化學(xué)品性、絕緣性及力學(xué)強度等特性，廣泛地用于粘合劑、涂料及復(fù)合材料等各個領(lǐng)域。目前常見的環(huán)氧樹脂涂料大部分是溶劑型，其中的有機揮發(fā)物大多屬于易燃、易爆及有毒物質(zhì)，直接排放到大氣中，會在紫外線輻射下會產(chǎn)生光煙霧或形成酸雨，對環(huán)境造成嚴重污染；人類長期吸人此類有毒氣體會導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)及其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病。隨著人們健康意識的不斷增強以及有關(guān)環(huán)境污染限制法律的頒布，水性涂料因其具有安全、低揮發(fā)性有機物(VOC)、物理化學(xué)性能良好、清洗方便等顯著特點，成為環(huán)氧樹脂發(fā)展的方向。因此，開展水性環(huán)氧樹脂涂料的研究，具有重要的實用價值。國際上從20世紀70年代就開始了水性環(huán)氧樹脂的研究。目前由美國殼牌公司多年研究開發(fā)成功的產(chǎn)品，體系的環(huán)氧樹脂和固化劑都接上了非離子型的表面活性劑，由其配制的涂料漆膜性能達到或超過溶劑型涂料的漆膜性能指標。國內(nèi)從20世紀90年代初開始水性環(huán)氧樹脂涂料的開發(fā)研究工作。目前國內(nèi)推出的多種水性環(huán)氧樹脂涂料體系的技術(shù)基本上仍停留在第二代的水平上；其配制的涂料產(chǎn)品在使用上遠遠不能達到溶劑型環(huán)氧樹脂涂料的水平。水性環(huán)氧樹脂涂料主要分為乳液的制備和固化涂膜，其中乳液的制備起著關(guān)鍵的作用，直接影響著涂膜的性質(zhì)。接枝反應(yīng)型水性環(huán)氧樹脂主要通過引發(fā)劑在環(huán)氧樹脂仲碳和叔碳上產(chǎn)生活性自由基，利用接枝共聚合的方法引入親水單體，達到制備水溶或水乳環(huán)氧樹脂的目的。目前大多利用丙烯酸、對氨基苯甲酸等單體改性環(huán)氧樹脂，得到了性能較好的水性環(huán)氧乳液。其中W00和Robinson最先報道了環(huán)氧樹脂和丙烯酸接枝的機理以及影響接枝共聚的因素，并且探討了接枝物的流變性和噴涂霧化性。國內(nèi)潘桂榮用乳液聚合的方法合成了一種完全不含有機溶劑的水可分散環(huán)氧一丙烯酸乳液，并研究了反應(yīng)體系中弓丨發(fā)劑濃度、乳化劑濃度、環(huán)氧樹脂的含量等因素對乳液體系的分散相尺寸、分子質(zhì)量、接枝率的影響。朱國民等先將環(huán)氧樹脂用磷酸酯化，再與丙烯酸接枝共聚，得到比環(huán)氧樹脂直接接枝的產(chǎn)物穩(wěn)定性更好的一種水基分散體。目前采用這種方法制備的乳液，粒徑都比較大， 一般都是幾百納米接近微米，使得其穩(wěn)定性不好，容易分層，且最終所得的涂料防腐蝕性能不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種水性環(huán)氧樹脂乳液的制備方法，采用自由基接枝聚合方法，將親水基團引入到雙酚A型環(huán)氧樹脂非極性鏈上，制得穩(wěn)定性良好的環(huán)氧樹脂乳液，該乳液與三乙烯四胺改性固化劑混合均勻后，具有良好的涂料性能。具體技術(shù)如下
(1)在雙酚A型環(huán)氧樹脂中加入溶劑使該樹脂完全溶解；
(2)升溫90-130°C，滴加接枝單體及引發(fā)劑，保溫反應(yīng)2-10小時；
(3)降溫至室溫后向步驟(2)制得的溶液中添加有機胺水溶液中和成鹽，再加入去離子水，充分攪拌，制得水性環(huán)氧丙烯酸乳液。所述的雙酚A型環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂E-44、E-51或E_20。步驟(1)中的溶劑為正丁醇和乙二醇丁醚的混合物，其添加質(zhì)量比為雙酚A型環(huán)氧樹脂的80%。步驟(2)中的接枝單體為甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯和苯乙烯的混合物，接枝單體質(zhì)量為雙酚A型環(huán)氧樹脂的30%-40%，其中甲基丙烯酸的用量為環(huán)氧樹脂的15%-20%，丙烯酸丁酯用量為環(huán)氧樹脂的4%-8%，其余為苯乙烯。步驟(2)中的引發(fā)劑為過氧化二苯甲酰、異丙苯過氧化氫、偶氮二異丁酸二甲酯、 過氧化苯甲酸叔丁酯的一種，或者某兩種引發(fā)劑的復(fù)配，其添加質(zhì)量為雙酚A型環(huán)氧樹脂的1%_5%，加入方式為和接枝單體混合均勻后一并滴加到雙酚A型環(huán)氧樹脂的反應(yīng)體系中。步驟(3)中添加的有機胺水為N，N- 二甲基乙醇胺，并使其中和pH為5-8。按照上述方案所制備的水性環(huán)氧樹脂酸乳液的應(yīng)用方法將所得水性環(huán)氧丙烯酸乳液產(chǎn)物與三乙烯四胺改性固化劑按2:廣4:1的質(zhì)量比混合均勻，室溫固化成膜。本發(fā)明方法通過適當(dāng)?shù)谋壤龑⒏男原h(huán)氧樹脂乳液和環(huán)氧樹脂混合，便可制得環(huán)氧樹脂乳液。本發(fā)明的優(yōu)點是
1)所制得的改性環(huán)氧樹脂中和成鹽后制得的環(huán)氧樹脂乳液，在室溫條件下用玻璃棒攪拌，便能與任何比例的水完全互溶，水溶性特別好，不需高溫，高剪切，大大降低生產(chǎn)成本。2)所制得的環(huán)氧樹脂乳液于3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下離心30分鐘不分層，平均粒徑達到40nm左右，其穩(wěn)定性好。3)所制得的環(huán)氧樹脂乳液成膜的硬度、附著力、抗沖擊性、柔韌性性、耐水性，耐酸堿性好。
具體實施例方式本發(fā)明采用自由基接枝共聚的方法，以雙酚A型環(huán)氧樹脂為母體，a-甲基丙烯酸、 苯乙烯和丙烯酸丁酯為接枝單體，在雙酚A型環(huán)氧樹脂引入水性化的極性基團一羧基，從而實現(xiàn)環(huán)氧樹脂的水性化，再用N，N-二甲基乙醇胺中和成鹽，加水便得到水性環(huán)氧丙烯酸乳液，該乳液與三乙烯四胺改性固化劑混合均勻后，具有良好的涂料性能。實施例1
A、改性環(huán)氧樹脂乳液的制備
(1)在配有攪拌裝置、溫度計、氮氣導(dǎo)管和滴液漏斗的四口燒瓶中加入50g環(huán)氧樹脂 E-44和40g (正丁醇26. 7g，乙二醇丁醚13. 3g)混合溶劑，攪拌均勻使樹脂完全溶解。(2)加熱至90°C，并緩慢滴加8g甲基丙烯酸，4g苯乙烯和3g丙烯酸丁酯，0. 5g引發(fā)劑ΒΡ0，升溫至100°C反應(yīng)4h。反應(yīng)結(jié)束后，將溫度降至室溫，緩慢滴加N，N-二甲基乙醇胺水溶液中和成鹽，使其PH為6. 0，加入2g去離子水制得水性環(huán)氧樹脂乳液，乳液粒徑為218nm0 B、水性環(huán)氧樹脂漆膜的制備
環(huán)氧樹脂乳液與環(huán)氧樹脂三乙烯四胺改性固化劑以3:1 (質(zhì)量比)的比例混合，攪拌均勻，涂于馬口鐵上。水分揮發(fā)后形成透明膜，涂膜性能為
權(quán)利要求
1.一種水性環(huán)氧樹脂乳液的制備方法，其特征是(1)在雙酚A型環(huán)氧樹脂中加入溶劑使該樹脂完全溶解；(2)升溫90-130°C，滴加接枝單體及引發(fā)劑，保溫反應(yīng)2-10小時；(3)降溫至室溫后向步驟(2)制得的溶液中添加有機胺水溶液中和成鹽，再加入去離子水，充分攪拌，制得水性環(huán)氧丙烯酸乳液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳液的制備方法，其特征是所述的雙酚A型環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂E-44、E-51或E-20。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳液的制備方法，其特征是步驟(1)中的溶劑為正丁醇和乙二醇丁醚的混合物，其添加質(zhì)量比為雙酚A型環(huán)氧樹脂的80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳液的制備方法，其特征是步驟(2)中的接枝單體為甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯和苯乙烯的混合物，接枝單體質(zhì)量為雙酚A型環(huán)氧樹脂的30%-40%，其中甲基丙烯酸的用量為環(huán)氧樹脂的15%-20%，丙烯酸丁酯用量為環(huán)氧樹脂的 4%-8%，其余為苯乙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳液的制備方法，其特征在于步驟(2)中的引發(fā)劑為過氧化二苯甲酰、異丙苯過氧化氫、偶氮二異丁酸二甲酯、過氧化苯甲酸叔丁酯的一種，或者某兩種引發(fā)劑的復(fù)配，其添加質(zhì)量為雙酚A型環(huán)氧樹脂的1%_5%，加入方式為和接枝單體混合均勻后一并滴加到雙酚A型環(huán)氧樹脂的反應(yīng)體系中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性環(huán)氧樹脂乳液的制備方法，其特征在于步驟(3)中添加的有機胺水為N，N- 二甲基乙醇胺，并使其中和pH為5-8。
7.按照上述任一權(quán)利要求所制備的水性環(huán)氧樹脂酸乳液的應(yīng)用方法，其特征是將所得水性環(huán)氧丙烯酸乳液產(chǎn)物與三乙烯四胺改性固化劑按2:廣4:1的質(zhì)量比混合均勻，室溫固化成膜。
全文摘要
一種水性環(huán)氧樹脂乳液的制備方法及其應(yīng)用方法其步驟為1)在雙酚A型環(huán)氧樹脂中，加入適量的溶劑，混勻；2)升溫并緩慢滴加接枝單體及引發(fā)劑，保溫反應(yīng)；3)室溫下，緩慢滴加有機胺中和成鹽，并加入一定量的去離子水，充分攪拌，即到環(huán)氧樹脂乳液；4)將環(huán)氧樹脂乳液與適量的固化劑混合，攪拌均勻，涂膜，室溫下固化。該產(chǎn)品的主要特點是施工中無有機溶劑揮發(fā)，無異味，屬環(huán)保產(chǎn)品，施工工藝與傳統(tǒng)環(huán)氧地坪系列產(chǎn)品有相似之處，適用于各類工業(yè)用廠房、辦公室地面，可在室溫和潮濕的環(huán)境中使用，彌補了溶劑型環(huán)氧地坪涂料對水敏感的弱點。
文檔編號C09D151/08GK102161731SQ201110008990
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者周欣明, 孫海翔, 李廣志, 柳云騏, 王偉 申請人:中國石油大學(xué)(華東), 山東斯泰普力高新建材有限公司