一种有机硅改性水性环氧树脂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机硅改性水性环氧树脂及其制备方法，所述有机硅改性水性环氧树脂的组合物及其含量为：乙烯基三乙氧基硅烷，环氧树脂，甲基丙烯酸和苯乙烯，其中，乙烯基三乙氧基硅烷/环氧树脂＝5～60％，甲基丙烯酸/苯乙烯＝1～3。在本发明专利技术中，合成的有机硅改性水性环氧树脂固化膜具有优越的耐水性、粘接性、柔韧性和机械性能，作为水性涂料具有较广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环氧树脂
，尤其涉及一种有机硅改性水性环氧树脂及其制备方法。
技术介绍
环氧树脂具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能，以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点，在电子仪表、轻工、建筑、机械、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料及先进复合材料等领域得到广泛应用。传统的环氧树脂涂料在使用时需要使用大量的有机溶剂，在施工和固化成膜后，有机溶剂挥发到大气中，对人类健康和周围环境造成的危害较大。为此，开发不含挥发性有机物(VOCfree)、低VOC或不含有害空气污染物(HAP)的环氧树脂体系成了环氧树脂领域的研究热点，其中，具有环境友好特性的水性环氧树脂体系备受关注。水性环氧树脂涂料迄今经历了三代历程：第一代水性环氧树脂产品直接采用乳化剂进行乳化，由于使用了较多的乳化剂，这些乳化剂大部分会留在固化物中，从而降低了固化物的机械性能、耐水性和耐溶剂性等；第二代水性环氧体系是采用水溶性固化剂乳化油性环氧树脂，但是体系的适用期短，固化膜的柔韧性差；第三代水性环氧体系由有美国壳牌公司研究开发的，其中环氧树脂和固化剂都引入了非离子型表面活性剂，通过环氧基的开环反应引入极性基团或通过自由基引发接枝反应将极性基团引入环氧树脂分子链上，使环氧树脂获得水溶性或水分散性，但是在涂膜柔韧性和耐热性两方面不能兼顾。有机硅是硅原子上连接有机基团的交联型半无机高聚物，其具有优异的耐热性、耐候性、韧性、耐化学药品性、憎水性等，将其引入环氧树脂分子链中可以提高固化膜的柔韧性、耐热性、耐酸碱性等。现有技术的有机硅环氧树脂改性中，采用有机硅齐聚物作为添加剂物理掺混到环氧树脂体系中，由于掺混中硅烷和环氧树脂的不相容性，在复合体系中容易出现相分离现象；或者采用化学方法将有机硅引入环氧树脂分子链中，这种方法虽然可以降低甚至避免硅烷的富集现象，解决硅烷和环氧树脂的相分离问题，但是只用在溶剂型环氧涂料或者粉末涂料领域。因此，在有机硅改性水性环氧树脂领域中，制备出高性能的环境友好型水性改性树脂以满足涂料领域的性能需求是现有技术中丞待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提出了一种固化膜耐水性、粘接性、柔韧性和机械性能优越的环境友好型有机硅改性水性环氧树脂及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种有机硅改性水性环氧树脂，其特征在于组合物及其含量为：乙烯基三乙氧基硅烷，环氧树脂，甲基丙烯酸和苯乙烯，其中，乙烯基三乙氧基硅烷/环氧树脂＝5～60％，甲基丙烯酸/苯乙烯＝1～3。还包括引发剂过氧化二苯甲酰/乙烯基三乙氧基硅烷＝8～12％。本专利技术还提出了一种有机硅改性水性环氧树脂的制备方法，其特征在于所述方法包括如下过程：将环氧树脂投入增溶剂中，升温至115℃左右，待环氧树脂溶解后，滴加乙烯基三氧基硅烷与引发剂的混合物，反应约2小时后，滴加甲基丙烯酸、苯乙烯和引发剂的混合物，反应约3小时后，降温至60℃加碱中和成盐，加去离子水分散得到有机硅改性水性环氧树脂水分散体。乙烯基三乙氧基硅烷/环氧树脂＝5～60％，甲基丙烯酸/苯乙烯＝1～3。所述有机硅改性水性环氧树脂的接枝率为41％。引发剂为过氧化二苯甲酰。增溶剂为乙二醇单丁醚和正丁醇的混合溶剂，混合溶剂/环氧树脂＝20％。环氧树脂为双酚A型环氧树脂。将上述制备的有机硅接枝水性环氧树脂在无固化剂或在水性环氧树脂固化剂下，搅拌混合后均匀涂附成膜，室温下放置达到表干，将表干后的膜在90℃下固化1小时，在120℃下固化1小时得到有机硅接枝水性环氧树脂固化膜。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1，在引发剂用量为乙烯基单体用量的8～12％、聚合温度为115℃左右时聚合过程比较稳定，最终转化率约为99％，接枝率约为41％，有机硅改性水性环氧树脂的聚合反应稳定。2，本专利技术所制备的有机硅改性环氧树脂固化膜具有优越的耐水性、粘接性、柔韧性和机械性能，作为水性涂料具有较广泛的应用。3，在不外加固化剂时，所制备的有机硅改性环氧树脂水分散体可以发生固化反应，并得到质量优异的涂膜，特别适宜用在食品饮料或者其它对环境卫生要求较高的领域。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。图1为反应原料以及共聚产物的红外光谱图。图2为各种聚合物的分子量分布曲线。图3为不同引发剂用量时聚合物的分子量及其分布曲线。图4为温度对瞬时转化率的影响曲线。图5为温度对乙烯基单体接枝率的影响曲线。图6为引发剂量对乙烯基单体接枝率的影响曲线。图7为中和度对水分散体表面张力的影响曲线。图8为A151用量对水分散体表面张力的影响曲线。图9为中和度对水分散体系流变性能的影响；(a)为中和度对粘度－剪切速率关系的影响曲线，(b)为中和度对剪切应力－剪切速率关系的影响曲线。图10为A151用量对水分散体系流变性能的影响，(a)为A151量对粘度－剪切速率关系的影响，(b)为A151量对剪切应力－剪切速率关系的影响。图11为有机硅接枝环氧树脂水分散体的透射电镜TEM图。图12为A151用量对所制备的环氧树脂水分散体的粒径以及粒径分布影响曲线；(a)A151＝0％，中和度＝100％，(b)A151＝3％，中和度＝80％，(b)A151＝6％，中和度＝80％，(b)A151＝9％，中和度＝80％。图13为中和度对所制备的环氧树脂水分散体的粒径以及粒径分布影响曲线；(a)中和度＝64％，(b)中和度＝70％，(c)中和度＝80％，(d)中和度＝90％，(e)中和度＝100％，(f)中和度＝110％。图14为聚合反应原料DSC分析曲线。图15为聚合产物DSC分析曲线。图16为A151用量不同时固化膜的热重曲线。图17为A151用量不同时固化膜的微分热重曲线。具体实施方式本专利技术提出了一种有机硅改性水性环氧树脂及其制备方法，在引发剂过氧化二苯甲酰BPO作用下，乙烯基三乙氧基硅烷A151与双酚A型环氧树脂EP609接枝共聚后，甲基丙烯酸MAA和苯乙烯St在双酚A型环氧树脂EP609主链上接枝共聚，三乙胺中和成盐后，加水分散得到有机硅改性水性环氧树脂。下面，通过具体的实施例对本专利技术提出的一种有机硅改性水性环氧树脂及其制备方法进行详细说明。一、有机硅改性水性环氧树脂的制备在本专利技术提出的一种有机硅改性水性环氧树脂制备方法中，采用的反应原料如下：双酚A型环氧树脂(EP609)，上海树脂厂；乙烯基三乙氧基硅烷(A151)，分析纯，哈尔滨化工研究所实验厂；甲基丙烯酸(MAA)，化学纯，中国上海五联化工厂；苯乙烯(St)，工业级，杭州化学原料试剂厂；乙二醇单丁醚(EGBE)，分析纯，中国上海五联化工厂；正丁醇(BA)，分析纯，杭州双林化工试剂厂；三乙胺(TEA)，化学纯，中国上海五联化工厂；过氧化二苯甲酰(BPO)，化学纯，上海凌峰化学试剂有限公司；AB-HGF水性环氧固化剂(多乙烯多胺-环氧加成物，固含量为39％～40％)，工业品，浙江安邦新材料发展有限公司。在实施例中若未作出说明，原料含量均以质量计，其比值为质量比。有机硅改性水性环氧树脂制备过程为：在装有温度计、冷凝器和搅拌器的反应釜中，加入双酚A型环氧树脂EP609与乙二醇单丁醚和正丁醇的混合溶剂，其中，混合溶剂/EP609＝20％。升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机硅改性水性环氧树脂，其特征在于组合物及其含量为：乙烯基三乙氧基硅烷，环氧树脂，甲基丙烯酸和苯乙烯，其中，乙烯基三乙氧基硅烷/环氧树脂＝5～60％，甲基丙烯酸/苯乙烯＝1～3。

【技术特征摘要】
1.一种有机硅改性水性环氧树脂，其特征在于组合物及其含量为：乙烯基三乙氧基硅烷，环氧树脂，甲基丙烯酸和苯乙烯，其中，乙烯基三乙氧基硅烷/环氧树脂＝5～60％，甲基丙烯酸/苯乙烯＝1～3。2.如权利要求1所述的有机硅改性水性环氧树脂的，其特征在于还包括引发剂过氧化二苯甲酰/乙烯基三乙氧基硅烷＝8～12％。3.一种有机硅改性水性环氧树脂的制备方法，其特征在于所述方法包括如下过程：将环氧树脂投入增溶剂中，升温至115℃左右，待环氧树脂溶解后，滴加乙烯基三氧基硅烷与引发剂的混合物，反应约2小时后，滴加甲基丙烯酸、苯乙烯和引发剂的混合物，反应约3小时后，降温至60℃加碱中和成盐，加去离子水分散得到有机硅改性水性环氧树脂水分散体。4.如权利要求3所述的有机硅改性水性环氧树脂的制备方法，其特征在于，乙烯基三乙氧基硅烷/环氧树脂＝5～60％...

【专利技术属性】
技术研发人员：任华，包秀群，叶琳，
申请(专利权)人：安徽善孚新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34