水性固體環(huán)氧樹脂乳液專用的乳化劑及乳液的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種水性固體環(huán)氧樹脂乳液專用的乳化劑及乳液的制備方法；我們以固體環(huán)氧樹脂為乳液基體，以聚醚胺和聚醚醇為親水鏈段，液體環(huán)氧樹脂為親油鏈段，制備水性固體環(huán)氧樹脂乳液專用的嵌段型乳化劑。再結合高速分散機，納米乳化機等加工手段，通過較短的加工時間，得到穩(wěn)定的高固含量納米級固體環(huán)氧樹脂乳液。本方案制備的高性能的納米級固體環(huán)氧樹脂乳液，具有乳化時間短，能耗低，固含量高（40%-60%），粒徑小且離散度低（200nm-500nm），黏度適中（300mPa·s-800mPa·s），穩(wěn)定性優(yōu)異等特點。解決了固體環(huán)氧樹脂難以乳化的問題，客服了以液體環(huán)氧樹脂為基體制備的乳液涂膜脆性的問題。
【專利說明】水性固體環(huán)氧樹脂乳液專用的乳化劑及乳液的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子【技術領域】，具體涉及一種固體環(huán)氧樹脂專用乳化劑的制備及其納米級固體環(huán)氧樹脂乳液的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會文明的進步，人們對涂料技術與產(chǎn)品也有了更高的要求。自從上世紀七十年代以來，為了保護環(huán)境減少污染，人們發(fā)明了水性涂料、粉末涂料、高固體分涂料等高性能低污染的涂料品種。水性涂料是以水作為溶劑，將合成樹脂分散在其中，水性涂料綠色環(huán)保、無毒無害、沒有氣味，節(jié)省資源，并且成本低廉，來源廣泛，也可以減少運輸途中的安全隱患。但相比于溶劑型涂料，水性涂料也有一定的弊端。為了使涂料穩(wěn)定，通常配方中會加入多種添加劑，而正是這些添加劑對涂膜性能具有很大影響，影響涂料的性能，特別是耐腐蝕性能，因此長時間以來水性防腐涂料的研制一直比較緩慢，技術發(fā)展沒有大的進展，但技術難度較大，但是全世界對水性防腐涂料的熱情沒有減退，還一直從事著各類的研究，水性丙烯酸涂料、水性聚氨酯涂料、水性環(huán)氧涂料都展現(xiàn)了優(yōu)良的性能，并相繼投入使用。
[0003]水性環(huán)氧樹脂乳液傳統(tǒng)的外加乳化劑使用的是小分子物質(zhì)，但制備的水乳液容易破乳，不穩(wěn)定；且游離的小分子造成涂料涂膜性能下降，主要是耐腐蝕性能受到很大影響。乳狀液是熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)，其穩(wěn)定性是由乳膠粒間靜電力、范德華力、溶劑化作用和界面張力等多種因素綜合作用的結果，而分散相能否長期保持相對動態(tài)穩(wěn)定，乳化劑起著決定性的作用。以環(huán)氧樹脂分子主鏈作為親油性部分，接枝的親水基團或親水鏈段作為親水部分，合成具有雙親性能的環(huán)氧樹脂乳化劑，此種乳化劑與本體環(huán)氧樹脂的分子結構相似，與環(huán)氧樹脂相容性好，從而可提高環(huán)氧樹脂水乳液的穩(wěn)定性；此外乳化劑結構中的環(huán)氧基團可以與固化劑反應，穩(wěn)定存在與固化產(chǎn)物中，而不像小分子乳化劑游離于體系之外，可以改善涂膜性能。
[0004]當前社會上使用的 水性環(huán)氧樹脂乳液，大部分是由液體環(huán)氧為原料制備的，由于液體環(huán)氧樹脂分子量小，環(huán)氧值高，最終固化涂膜獲得的漆膜的交聯(lián)密度高，脆性大，耐腐蝕性差，嚴重影響其使用性能，致使水性環(huán)氧涂料無法大面積推廣。因此研究固體環(huán)氧樹脂的乳化劑和乳化方法具有重大意義，當前固體環(huán)氧樹脂專用乳化劑的報道幾乎為零，此專利填補了這方面的空白。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供一種水性固體環(huán)氧樹脂乳液專用的乳化劑，及其納米級固體環(huán)氧樹脂乳液的制備方法。
[0006]我們以固體環(huán)氧樹脂為乳液基體，以聚醚胺和聚醚醇為親水鏈段，液體環(huán)氧樹脂為親油鏈段，制備水性固體環(huán)氧樹脂乳液專用的嵌段型乳化劑。再結合高速分散機，納米乳化機等加工手段，通過較短的加工時間，得到穩(wěn)定的高固含量納米級固體環(huán)氧樹脂乳液。
[0007]本發(fā)明的技術方案如下:[0008]一種用于水性固體環(huán)氧樹脂乳液的專用乳化劑的制備方法，步驟如下:
[0009](I)在40_60°C下將液體環(huán)氧樹脂與聚醚按照質(zhì)量比:1:0.5-1:20進行投料；并在40-60°C下預熱混合10-30min ；
[0010](2)在40_60°C向步驟(1)中的混合物加入催化劑，催化劑用量為步驟(1)中所有環(huán)氧樹脂和聚醚的質(zhì)量和的3%。-3%，在40-60°C下反應0.5h-2h ；
[0011](3)至70-90°C，再加入步驟(1)中所有環(huán)氧樹脂和聚醚的質(zhì)量和的10%_50%的聚醚，反應0.5h-3h ;得到嵌段型或無規(guī)型乳化劑。
[0012]所述的液體環(huán)氧樹脂為雙酚A為環(huán)氧樹脂E54、E51、E44、E42、E35或E31其中一種或者兩種。
[0013]所述的聚醚為聚醚胺D-230、聚醚胺D-400、聚醚胺D-2000、聚乙二醇500-2000或聚丙二醇2000-8000中的一種或兩種。
[0014]所述的催化劑為三氯化鋁、三氟化硼乙醚、烷基鋁或烷基鋅中的一種。
[0015]采用本發(fā)明的乳化劑制備水性納米級固體環(huán)氧樹脂乳液的的方法，步驟如下:
[0016](I)將乳化劑與固體環(huán)氧樹脂混合均勻，在60-90°C下用高速分散機攪拌混合10_30min ；
[0017](2)保持攪拌，以10_30ml/min的速度混合體系中加入去離子水，直至發(fā)生相反轉(zhuǎn)，體系由油包水變成水包油，整個過程溫度保持不變，為80-95°C ；
[0018](3)繼續(xù)對體系進行乳化，乳化時間為0.5h_2h，保持溫度在60_80°C下不變，獲得水性納米級固體環(huán)氧樹脂乳液。
[0019]所述的固體環(huán)氧樹脂為雙酚A環(huán)氧樹脂E20，嵌段結構固體環(huán)氧樹脂專用乳化劑用量為固體環(huán)氧樹脂質(zhì)量的5%_15%。
[0020]所述的高速分散機的攪拌條件為:所述步驟(1)的攪拌速率為500r/min-2000r/min,所述步驟(2)的攪拌速率為1000r/min-5000r/min ;所述步驟(3)在納米乳化機的攪拌下進行，攪拌速率為10000r/min-20000r/min。
[0021]通過對親油的液態(tài)環(huán)氧樹脂與親水的聚醚進行開環(huán)聚合，合成一種具有-A-B-A-B-A-B-，或者-A-B-C-B-A-B-C-B-嵌段結構或者-A-B-C-D-A-C-B-D-C-D-無規(guī)結構的水性固體環(huán)氧樹脂乳液專用乳化劑。其中-A-B-A-B-A-B-嵌段結構專用乳化劑由一種環(huán)氧樹脂和一種聚醚胺/聚醚醇制得；-A-B-C-B-A-B-C-B-嵌段結構專用乳化劑由一種環(huán)氧樹脂和兩種聚醚胺/聚醚醇或者兩種環(huán)氧樹脂和一種聚醚胺/聚醚醇制得-;A-B-C-D-A-C-B-D-C-D-無規(guī)結構專用乳化劑由兩種環(huán)氧樹脂和兩或三種聚醚胺/聚醚醇制得。
[0022]本方案制備的高性能的納米級固體環(huán)氧樹脂乳液，具有乳化時間短，能耗低，固含量高(40%-60%)，粒徑小且離散度低(200nm-500nm)，黏度適中(300mPa.s-800mPa.s)，穩(wěn)定性優(yōu)異等特點。
[0023]本發(fā)明以固體環(huán)氧樹脂為基體，制備其專用乳化劑，解決了固體環(huán)氧樹脂難以乳化的問題，客服了以液體環(huán)氧樹脂為基體制備的乳液涂膜脆性的問題。同時整個過程不添加任何有機溶劑，為綠色環(huán)保涂料，工藝簡單，易于實現(xiàn)，加工時間短，能耗低。
[0024]
【權利要求】
1.一種水性固體環(huán)氧樹脂乳液專用的乳化劑的制備方法，其特征是步驟如下: (1)在40-60°C下將液體環(huán)氧樹脂與聚醚按照質(zhì)量比:1:0.5-1:20進行投料；并在40-60°C下預熱混合 10-30min ； (2)在40-60°C向步驟(1)中的混合物加入催化劑，催化劑用量為步驟(1)中所有環(huán)氧樹脂和聚醚的質(zhì)量和的3%。-3%，在40-60°C下反應0.5h-2h ； (3)至70-90°C，再加入步驟(1)中所有環(huán)氧樹脂和聚醚的質(zhì)量和的10%-50%的聚醚，反應0.5h-3h ;得到嵌段結構或無規(guī)結構乳化劑。
2.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的液體環(huán)氧樹脂為雙酚A為環(huán)氧樹脂E54、E51、E44、E42、E35或E31其中一種或者兩種。
3.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的聚醚為聚醚胺D-230、聚醚胺D-400、聚醚胺D-2000、聚乙二醇500-2000或聚丙二醇2000-8000中的一種或兩種。
4.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的催化劑為三氯化鋁、三氟化硼乙醚、烷基鋁或烷基鋅中的一種。
5.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的嵌段結構乳化劑是由一種環(huán)氧樹脂和一種聚醚胺或聚醚醇制得的-A-B-A-B-A-B-嵌段結構專用乳化劑。
6.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的嵌段結構乳化劑是由一種環(huán)氧樹脂和兩種聚醚胺或聚醚醇、或者兩種環(huán)氧樹脂和一種聚醚胺或聚醚醇制得一A-B-C-B-A-B-C-B-嵌段結構專用乳化劑。
7.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的無規(guī)結構專用乳化劑是由兩種環(huán)氧樹脂和兩或三種聚醚胺或聚醚醇制得A-B-C-D-A-C-B-D-C-D-。
8.采用如權利要求1的乳化劑制備水性納米級固體環(huán)氧樹脂乳液的的方法，其特征是步驟如下: (1)將專用乳化劑與固體環(huán)氧樹脂混合均勻，在60-90°C下用高速分散機攪拌混合10_30min ； (2)保持攪拌，以10-30ml/min的速度混合體系中加入去離子水，直至發(fā)生相反轉(zhuǎn)，體系由油包水變成水包油，整個過程溫度保持不變，為80-95°C ； (3)繼續(xù)對體系進行乳化，乳化時間為0.5h-2h，保持溫度在60-80°C下不變，獲得水性納米級固體環(huán)氧樹脂乳液。
9.如權利要求8所述的方法，其特征是所述的固體環(huán)氧樹脂為雙酚A環(huán)氧樹脂E20，固體環(huán)氧樹脂專用乳化劑用量為固體環(huán)氧樹脂質(zhì)量的5%_15%。
10.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的高速分散機的攪拌條件為:所述步驟(I)的攪拌速率為500r/min-2000r/min，所述步驟(2)的攪拌速率為1000r/min-5000r/min ;所述步驟(3)在納米乳化機的攪拌下進行,攪拌速率為10000r/min-20000r/min。
【文檔編號】C08J3/05GK103755966SQ201410009262
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權日:2014年1月8日
【發(fā)明者】劉曉非, 李俊霖, 吳曉樂, 李景龍, 李苑 申請人:天津大學