一種底漆用單組分水性環(huán)氧乳液及其制備方法
【專利說(shuō)明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種水性環(huán)氧乳液及其制備方法，具體說(shuō)是一種底漆用單組分水性環(huán) 氧乳液及其制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 環(huán)氧樹(shù)脂是目前應(yīng)用十分廣泛的建筑涂料成膜物質(zhì)，特別是水性環(huán)氧乳液，以其 具有防火性強(qiáng)、附著力強(qiáng)、收縮率低、耐化學(xué)性強(qiáng)等的特性，深受廣大建筑涂料生產(chǎn)廠家的 青睞。目前的水性環(huán)氧乳液通常有單組分和雙組分兩種，單組分水性環(huán)氧乳液是在環(huán)氧樹(shù) 脂中加入固化劑、催化劑，在一定的反應(yīng)條件下發(fā)生固化成膜反應(yīng)；而雙組分環(huán)氧乳液是把 環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑分開(kāi)設(shè)置，使用時(shí)再混合使用。由于雙組分環(huán)氧乳液具有常溫下即可發(fā) 生固化反應(yīng)的特點(diǎn)，因而其在涂料行業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛。然而，由于雙組分環(huán)氧樹(shù)脂在施 工時(shí)需要另外調(diào)配兩種組分的配比，并要把兩種組分進(jìn)行充分混合，所以其施工工藝比較 麻煩。而在施工條件較差的環(huán)境下，因其發(fā)生固化反應(yīng)的溫度較低，組分在混合時(shí)即發(fā)生反 應(yīng)，導(dǎo)致兩種組分不能完全混合均勻，降低了乳液的性能。另外，傳統(tǒng)雙組分環(huán)氧乳液在常 溫下發(fā)生固話反應(yīng)，其粒子粒徑分布范圍較窄，且均屬于單一的大粒徑或小粒徑的粒子，因 此乳液的滲透能力、封閉能力的綜合性能較差，二者不能兼具。如何開(kāi)發(fā)一種既具有較好機(jī) 械強(qiáng)度，又具有優(yōu)良滲透性及封閉性的水性環(huán)氧乳液，是目前水性環(huán)氧乳液制造行業(yè)的一 道技術(shù)難題。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種滲透性好、封閉性強(qiáng)且力學(xué)性 能優(yōu)良的底漆用單組分水性環(huán)氧乳液。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的在于提供一種制備上述底漆用單組分水性環(huán)氧乳液的 方法。
[0008] 本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種底漆用單組分水性環(huán)氧乳液，其特征在 于：所述底漆用單組分水性環(huán)氧乳液包括水、環(huán)氧樹(shù)脂單體、苯乙烯單體、丙烯酸單體、丙烯 酸丁酯單體、甲基丙烯酸單體、稀釋劑、中和劑及自由基聚合引發(fā)劑，上述組分含量按質(zhì)量 份數(shù)算分別為：水：1〇〇份；環(huán)氧樹(shù)脂單體：20_40份；苯乙烯單體：10_20份；丙烯酸單體： 1-10份；丙烯酸丁酯單體：10-30份；甲基丙烯酸單體：1-10份；稀釋劑：10-30份；中和劑： 10-20份；自由基聚合引發(fā)劑：1-10份。
[0009] 所述環(huán)氧樹(shù)脂單體為E-20環(huán)氧樹(shù)脂和E-44環(huán)氧樹(shù)脂的混合物，E-20環(huán)氧樹(shù)脂和 E-44環(huán)氧樹(shù)脂的摩爾比為3 :1。
[0010] 所述稀釋劑為乙二醇丁醚或者是乙二醇丁醚和正丁醇的混合物。
[0011] 所述中和劑為N-N二甲基乙醇胺。
[0012] 所述自由基聚合引發(fā)劑為過(guò)氧化二苯甲酰。
[0013] 所述制備方法包括以下步驟： a:按照上述配比稱取原料備用； b:在常溫常壓下向一帶溫度計(jì)、回流冷凝管及攪拌裝置的四口燒瓶中加入環(huán)氧樹(shù)脂單 體和稀釋劑，并把混合物持續(xù)攪拌10-30分鐘； c:把燒瓶溫度提升至70-90°C，并保溫0. 5-1. 5小時(shí)； d:把自由基聚合引發(fā)劑、苯乙烯單體、丙烯酸丁酯單體、丙烯酸單體和甲基丙烯酸單體 置于混合器中，常溫常壓下攪拌10-20分鐘； e:把d步驟所得的混合物滴加至c步驟的燒瓶中，滴加時(shí)間1-3小時(shí)，并保持混合物溫 度在70-90°C，滴加過(guò)程持續(xù)攪拌，滴加完成后保溫1-2小時(shí)； f:把e步驟的混合物溫度升至l〇〇-ll〇°C，并保溫0. 5-1小時(shí)，然后降溫至50-70°C;g:往f步驟所得的混合物中加入中和劑，把反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至7. 5-8. 5,攪拌 0. 5-1小時(shí)，并加溫至85-95°C; h:把g步驟所得的混合物加入水中分散即可得底漆用單組分水性環(huán)氧乳液。
[0014] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明的底漆用單組分水性環(huán)氧乳液中，采用環(huán)氧樹(shù)脂單體、苯乙烯單體、丙烯酸單 體、丙烯酸丁酯單體、甲基丙烯酸單體的混合單體反應(yīng)體系。上述單體中，環(huán)氧樹(shù)脂單體具 有較強(qiáng)的內(nèi)聚力，且分子結(jié)構(gòu)致密，可提高反應(yīng)體系的力學(xué)性能，而苯乙烯單體、丙烯酸單 體、丙烯酸丁酯單體、甲基丙烯酸單體的混合體系中存在大量極性較強(qiáng)的反應(yīng)型基團(tuán)，大幅 提高環(huán)氧樹(shù)脂固化體系對(duì)材質(zhì)的粘附能力。
[0015] 2、本發(fā)明的底漆用單組分水性環(huán)氧乳液中，加入丙烯酸類單體。丙烯酸類單體提 供了與環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)的官能團(tuán)，使環(huán)氧基反應(yīng)的活性點(diǎn)增多，在反應(yīng)體系中 形成疏網(wǎng)狀交聯(lián)分子結(jié)構(gòu)，可以有效提高涂層的耐磨性、硬度、耐溶劑性等性能。另外，隨著 環(huán)氧基反應(yīng)的活性點(diǎn)的增多，化學(xué)反應(yīng)后的分子鏈結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣化，使乳液粒徑的分布較 寬。小粒徑粒子可滲透基材，大粒徑粒子可以在基材表面成膜，大大提高了乳液的封閉性及 滲透性。
[0016] 3、本發(fā)明的底漆用單組分水性環(huán)氧乳液中，加入了自由基聚合引發(fā)劑。由于引發(fā) 劑受熱分解成的游離基的活性較大，對(duì)主鏈奪氫能力較強(qiáng)，使環(huán)氧樹(shù)脂和丙烯酸類單體接 枝共聚反應(yīng)體系中形成丙烯酸類單體與環(huán)氧樹(shù)脂的接枝共聚反應(yīng)和丙烯酸類單體的均聚 反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。隨著自由基聚合引發(fā)劑用量的提高，丙烯酸類單體與環(huán)氧樹(shù)脂的接枝共 聚反應(yīng)的比例也相應(yīng)增大，因此，自由基聚合引發(fā)劑會(huì)和丙烯酸類單體對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂形成協(xié) 同反應(yīng)，可大幅提高反應(yīng)體系的水分散性及穩(wěn)定性。
[0017] 4、本發(fā)明的底漆用單組分水性環(huán)氧乳液中，僅使用了單組分水性環(huán)氧樹(shù)脂，既不 用添加有機(jī)溶劑，也無(wú)需加入水性固化劑，從而降低了水溶性有機(jī)溶劑的使用，改善了乳液 的環(huán)保性能。
[0018]
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的底漆用單組分水性環(huán)氧乳液包括水、環(huán)氧樹(shù)脂單體、苯乙烯單體、丙烯酸 單體、丙烯酸丁酯單體、甲基丙烯酸單體、稀釋劑、中和劑及自由基聚合引發(fā)劑，上述組分含 量按質(zhì)量份數(shù)算分別為：水：100份；環(huán)氧樹(shù)脂單體：20-40份；苯乙烯單體：10-20份；丙烯 酸單體：1-10份；丙烯酸丁酯單體：10-30份；甲基丙烯酸單體：1-10份；稀釋劑：10-30份； 中和劑：10-20份；自由基聚合引發(fā)劑：1-10份。利用苯乙烯單體、丙烯酸單體、丙烯酸丁酯 單體、甲基丙烯酸單體的中存在的大量極性較強(qiáng)的反應(yīng)型基團(tuán)。丙烯酸類單體的存在使環(huán) 氧基反應(yīng)的活性點(diǎn)增多，在反應(yīng)體系中形成疏網(wǎng)狀交聯(lián)分子結(jié)構(gòu)。同時(shí)在反應(yīng)體系中加入 自由基聚合引發(fā)劑，形成相互競(jìng)爭(zhēng)的反應(yīng)體系，并與丙烯酸類單體對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂形成協(xié)同效 應(yīng)。
[0020] 本發(fā)明底漆用單組分水性環(huán)氧乳液中，環(huán)氧樹(shù)脂單體為E-20環(huán)氧樹(shù)脂和E-44環(huán) 氧樹(shù)脂的混合物，E-20環(huán)氧樹(shù)脂和E-44環(huán)氧樹(shù)脂的摩爾比為3 :1。E-20環(huán)氧樹(shù)脂和E-44 環(huán)氧樹(shù)脂分別具有剛性較強(qiáng)和韌性較好的特點(diǎn)，兩者以上述比例形成混合反應(yīng)體系，除了 兩種樹(shù)脂之間自身有化學(xué)反應(yīng)的協(xié)同作用外，還可以調(diào)節(jié)環(huán)氧體系的物理性能。
[0021] 本發(fā)明底漆用單組分水性環(huán)氧乳液中中，稀釋劑為乙二醇丁醚或者是乙二醇丁醚 和正丁醇的混合物。乙二醇丁醚自身具有較好的分散性，對(duì)樹(shù)脂具有較好的分散作用，而正 丁醇同樣具有較好的分散能力，適用于樹(shù)脂單體的分散體系。
[0022] 本發(fā)明底漆用單組分水性環(huán)氧乳液中，中和劑為N-N二甲基乙醇胺。N-N二甲基乙 醇胺自身具有較好的酸堿調(diào)節(jié)能力，可有效調(diào)整反應(yīng)體系的pH值。
[0023]本發(fā)明底漆用單組分水性環(huán)氧乳液中，自由基聚合引發(fā)劑為過(guò)氧化二苯甲酰。引 發(fā)劑裂解生成的游離基是影響接枝共聚反應(yīng)中形成接枝點(diǎn)的關(guān)鍵因素，游離基活性強(qiáng)，對(duì) 主鏈奪氫能力就強(qiáng)，則接枝的傾向就大，過(guò)氧化二苯甲酰作引發(fā)劑，所得游離基易進(jìn)攻碳鏈 奪取氫原子，因此，接枝共聚反應(yīng)用過(guò)氧化二苯甲酰作引發(fā)劑。
[0024]本發(fā)明底漆用單組分水性環(huán)氧乳液的制備方法包括以下步驟：a:按照上述配比稱取原料備用； b:在常溫常壓下向一帶溫度計(jì)、回流冷凝管及攪拌裝置的四口燒瓶中加入環(huán)氧樹(shù)脂單 體和稀釋劑，并把混合物持續(xù)攪拌10-30分鐘； c:把燒瓶溫度提升至70-90°C，并保溫0. 5-1. 5小時(shí)； d:把自由基聚合引發(fā)劑、苯乙烯單體、丙烯酸丁酯單體、丙烯酸單體和甲基丙烯酸單體 置于混合器中，常溫常壓下攪拌10-20分鐘； e:把d步驟所得的混合物滴加至c步驟的燒瓶中，滴加時(shí)間1-3小時(shí)，并保持混合物溫 度在70-90°C，滴加過(guò)程持續(xù)攪拌，滴加完成后保溫1-2小時(shí)； f:把e步驟的混合物溫度升至l〇〇-ll〇°C，并保溫0. 5-1小時(shí)，然后降溫至50-70°C;g:往f步驟所得的混合物中加入中和劑，把反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至7. 5-8. 5,攪拌 0. 5-1小時(shí)，并加溫至85-95°C; h:把g步驟所得的混合物加入水中分散即可得底漆用單組分水性環(huán)氧乳液。
[0025]根據(jù)庫(kù)爾特乳粒測(cè)定儀對(duì)本發(fā)明的乳液粒徑進(jìn)行測(cè)定，本發(fā)明的乳液平均粒徑 為：0. 15-0. 25微米，粒徑分布寬度為0. 3-0. 4。
[0026] 下面結(jié)合表一對(duì)各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但并不因此把本發(fā)明限制在所述實(shí)施 例范圍內(nèi)： 實(shí)施例1 本發(fā)明的底漆用單組分水性環(huán)氧乳液包括水、E-20環(huán)氧樹(shù)脂、E-44環(huán)氧樹(shù)脂、苯乙烯 單體、丙烯酸單體、丙烯酸丁酯單體、甲基丙烯酸單體、乙二醇丁醚、N-N二甲基乙醇胺及過(guò) 氧化二苯甲酰，上述組分含量按質(zhì)量份數(shù)算分別為：水：1〇〇份；E-20環(huán)氧樹(shù)脂：15份；E-44 環(huán)氧樹(shù)脂：5份；苯乙烯單體：10份；丙烯酸單體：1份；丙烯酸丁酯單體：10份；甲基丙烯酸 單體：1份；乙二醇丁醚：1〇份；N-N二甲基乙醇胺：10份；過(guò)氧化二苯甲酰：1份。
[0027] 本發(fā)明底漆用單組分水性環(huán)氧乳液的制備方法包括以下步驟： a:按照上述配比稱取原料備用； b:在常溫常壓下向一帶溫度計(jì)、回流冷凝管及攪拌裝置的四口燒瓶中加入E-20環(huán)氧 樹(shù)脂、E-44環(huán)氧樹(shù)脂和乙二醇丁醚，并把混合物持續(xù)攪拌10分鐘； c:把燒瓶溫度提升至70°C，并保溫0. 5小時(shí)； d:把過(guò)氧化二苯甲酰、苯乙烯單體、丙烯酸丁酯單體、丙烯酸單體和甲基丙烯酸單體置 于混合器中，常溫常壓下攪拌10分鐘； e:把d步驟所得的混合物滴加至c步驟的燒瓶中，滴加時(shí)間1小時(shí)，并保持混合物溫度 在70°C，滴加過(guò)程持續(xù)攪拌，滴加完成后保溫1小時(shí)； f:把e步驟的混合物溫度升至l〇〇°C，并保溫0. 5小時(shí)，然后降溫至50°C;g:往f步驟所得的混合物中加入N-N二甲基乙醇胺，把反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至7. 5， 攪拌0. 5小時(shí)，并加溫至85°C; h:把g步驟所得的混合物加入水中分散即可得底漆用單組分水性環(huán)氧乳液。
[0028] 根據(jù)庫(kù)爾特乳粒測(cè)定儀對(duì)本發(fā)明的乳