一种水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料及制备方法技术

本发明专利技术属于耐腐蚀涂料领域，涉及一种水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料及其制备方法，所述涂料可广泛应用于钢结构的防腐涂装。在50‑90℃采用多异氰酸酯、低聚物多元醇、含乙氧基的亲水单体、小分子扩链剂以及溶剂合成端异氰酸根的聚氨酯预聚体，加水乳化并在乳化后加入胺类扩链剂20‑40℃继续反应1小时后，抽真空除去溶剂合成含有活泼氢、平均粒径在40‑200nm的水性聚氨酯。所述水性环氧树脂体系相比于现有的水性环氧树脂，在乳液中加入了高弹性的水性聚氨酯乳液颗粒，在不降低水性环氧树脂弹性模量的情况下显著提高其韧性，聚氨酯乳液颗粒在水性环氧树脂中的分散效果较好，抗冲击性能、柔韧性和耐酸、耐碱抗腐蚀性能及光泽度均有明显提高。

A waterborne polyurethane toughened waterborne epoxy resin anticorrosive coating and its preparation method

The invention belongs to the field of corrosion resistant coatings, and relates to a waterborne polyurethane toughened waterborne epoxy resin anticorrosive coatings and a preparation method thereof. The coatings can be widely used in anticorrosive coatings of steel structures. Isocyanate-terminated polyurethane prepolymer was synthesized by polyisocyanate, oligomeric polyols, hydrophilic monomers containing ethoxyl group, small molecular chain extenders and solvents at 50 90 (?) C. The prepolymer was emulsified with water and then reacted with amine chain extenders at 20 40 (?) C for 1 hour. The aqueous polyurethane with active hydrogen and an average particle size of 40 200 nm was synthesized by vacuum removal of solvent. Compared with the existing waterborne epoxy resin, the waterborne epoxy resin system has added high elasticity waterborne polyurethane emulsion particles in the emulsion, and has significantly improved its toughness without decreasing the elastic modulus of the waterborne epoxy resin. The polyurethane emulsion particles have good dispersing effect in waterborne epoxy resin, good impact resistance, flexibility, acid resistance, alkali resistance, corrosion resistance and luster. The degree has been significantly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料及制备方法
本专利技术属于耐腐蚀涂料领域，具体是涉及一种水性聚氨酯的增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，通过此方法制备生产的环保型涂料可广泛应用于钢结构的防腐涂装。
技术介绍
环氧树脂由于拥有优异的力学性能、抗腐蚀性和耐化学性及附着性好的特性，长期以来被广泛应用于浇注、涂料和建筑的多个领域。但是环氧树脂的固化物质脆、韧性不足容易产生裂纹，使材料的耐疲劳性能和抗开裂性能方面难以满足工程技术的要求，使其应用受到一定的限制。因此，需要对环氧树脂进行增韧改性来提高其力学的性能，但在提高环氧树脂韧性的同时，往往会降低固化物的力学性能。聚氨酯具有较好的柔性，改性后使环氧树脂达到增韧目的，克服了普通脂肪胺固化剂易挥发、毒性大和配比要求严格的问题；可室温反应，且固化物具有良好的耐化学腐蚀性。水性聚氨酯与水性环氧树脂同为水性体系，混合后相容性良好。聚氨酯分子结构具有可剪裁性、可以通过分子设计调整其与水性环氧树脂相互作用的强弱、调节相溶性。通过控制合成过程对乳液粒子粒径分布精确控制，显著提高水性环氧树脂的柔韧性、耐冲击强度且不降低其模量，从而使涂层在施工过程中不易脆裂、起到良好地防腐效果。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，该水性环氧树脂涂料韧性高，有较好的耐腐蚀性。一种水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，具体包括如下步骤：①以合成的聚氨酯预聚体质量份计，在50-90℃时加入20-50质量份的多异氰酸酯、50-75质量份的低聚物多元醇，然后加入2-20质量份的含乙氧基的亲水单体、0-6质量份的小分子扩链剂以及5-60质量份的溶剂，合成端异氰酸根的聚氨酯预聚体，搅拌3-4h使其充分反应，最后降温至20-40℃加水乳化并在乳化后加入1.2-5质量份的胺类扩链剂20-40℃继续反应1小时后，抽真空除去溶剂合成含有活泼氢、平均粒径在40-200nm的水性聚氨酯；或者，以合成的聚氨酯预聚体质量份计，在50-90℃时加入20-50质量份的多异氰酸酯、质量份50-75质量份的低聚物多元醇，匀速搅拌30min后，缓慢升温至70-90℃，搅拌1h使其充分反应，然后加入1-5质量份的小分子亲水扩链剂、0-3质量份的小分子扩链剂以及5-60质量份的溶剂，合成端异氰酸根的聚氨酯预聚体，然后加入0-6质量份的成盐剂与聚氨酯预聚体中的离子基团中和，搅拌3-4h使其充分反应，最后降温至20-40℃加水乳化并在乳化后加入1.2-5质量份的胺类扩链剂20-40℃继续反应1小时后，抽真空除去溶剂合成含有活泼氢、平均粒径在40-200nm的水性聚氨酯；②以固形物量计，将合成的水性聚氨酯与水性环氧树脂按质量百分比2.5％～20％的比例混合均匀后得乳液，然后，按照所得乳液质量百分比计，加入乳液质量0.1～0.4％的消泡剂、0.1～0.6％的基材润湿剂、0.1～0.6％的流平剂、0.1～0.6％的增稠剂、0-30％的颜料或填料，并且所述消泡剂、基材润湿剂、流平剂、增稠剂、颜料或填料均以固形物量计，然后搅拌均匀、静置消泡后即得水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料。所述型水性聚氨酯乳液颗粒粒径为40nm～200nm。所述型水性聚氨酯为水性环氧树脂质量的2.5％～20％。所述型水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于所述的多异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的一种或任意比例的两种以上。所述型水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于所述的低聚物多元醇是分子量为400-4000的聚酯多元醇、分子量为400-4000的聚醚多元醇中的一种或任意比例的两种。所述型水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于所述含乙氧基的亲水单体为分子量400-2000的聚乙二醇单甲醚或聚乙二醇。所述型水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于所述的溶剂为丙酮、丁酮和乙酸乙酯中的一种或任意比例的两种以上。所述型水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于小分子亲水扩链剂为阴离子型的二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丙酸丁酸(DMPA)任意一种，与其对应的成盐剂为胺类成盐剂是三乙胺(TEA)、氮甲基二乙醇胺或者N，N-二甲基乙醇胺任意一种；或者阳离子型的小分子亲水扩链剂N-甲基二乙醇胺，与其对应的成盐剂为冰醋酸或卤代烷。所述型水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于所述的小分子扩链剂是1，4一丁二醇(BDO)、1，6一己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、二甘醇(DEG)、三甘醇、新戊二醇(NPG)中的一种或几种相混合。所述型水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于所述的胺类扩链剂为乙二胺、二乙烯三胺、异佛尔酮二胺、三乙烯四胺、聚醚胺中的任意一种。上述制备方法制备的水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料。上述的水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的用途，用于制备防腐涂料。与现有技术相比，本专利技术所述的水性聚氨酯增韧水性环氧树脂具有如下优点，该水性环氧树脂断裂伸长率较高、延展性好，具有较好的耐腐蚀性能，也具有较好的附着力、抗冲击、柔韧性、光泽度及硬度，该方法制备的水性环氧涂料较有效的提升了其固化后的断裂伸长、延展性好、拉伸强度高、抗冲击性能好，可阻止涂层细微裂缝的出现。该水性环氧树脂体系相比于现有的水性环氧树脂，在乳液中加入了高弹性的聚氨酯乳液颗粒，可以在基本不降低水性环氧树脂弹性模量的情况下显著提高其韧性，断裂能升高，拉伸强度增大，聚氨酯乳液颗粒在水性环氧树脂中的分散效果较好，抗冲击性能、柔韧性和耐酸、耐碱抗腐蚀性能及光泽度均有明显提高。附图说明图1为水性聚氨酯用量为0％～10％，环氧树脂固化膜的应力应变曲线图。图2为水性聚氨酯增韧环氧树脂固化膜拉伸断裂的断口SEM图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术所述一种水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料及其制备方法作进一步说明，但是本专利技术的保护范围并不限于此。实施例11)非离子型-阴离子型水性聚氨酯的制备：在反应釜中50℃下加入0.09mol的分子量2000的聚四亚甲基醚二醇(低聚物多元醇)、0.01mol分子量2000的聚酯二元醇，0.3mol的异佛尔酮二异氰酸酯(多异氰酸酯)、0.065mol二羟甲基丙酸、0.035mol1,4丁二醇，0.03mol的分子量500的聚乙二醇单甲醚(含乙氧基的亲水单体)反应完全生成端异氰酸根预聚体，加入预聚体质量20％的丙酮稀释以及0.06mol三乙胺(TEA)加600g水剧烈搅拌5min后滴加0.085mol的二乙烯三胺(胺类扩链剂)扩链，经抽真空除丙酮即得粒径为50nm的具有胺基的水性聚氨酯乳液。2)水性聚氨酯增韧环氧树脂乳液的制备：称取30g制备好的水性聚氨酯与160g水性环氧树脂在高速剪切分散条件下均匀混合，所得产物即为水性聚氨酯增韧环氧树脂乳液。3)增韧水性环氧涂料的制备：称取16g的水性聚氨酯增韧环氧树脂乳液与8g环氧固化剂在中速搅拌的条件下均匀混合，备用。在涂刷前在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于具体步骤为：1）含有活泼氢的水性聚氨酯的合成：A.非离子型的制备步骤如下：在50‑90℃采用多异氰酸酯、低聚物多元醇、含乙氧基的亲水单体、小分子扩链剂以及溶剂合成端异氰酸根的聚氨酯预聚体，加水乳化并在乳化后加入胺类扩链剂20‑40℃继续反应1小时后，抽真空除去溶剂合成含有活泼氢、平均粒径在40‑200nm的水性聚氨酯，其中，以合成的聚氨酯预聚体质量份计，多异氰酸酯质量份为20‑50，低聚物多元醇质量份数50‑75，含乙氧基的亲水单体质量份为10‑20，小分子扩链剂质量份为0‑3，溶剂质量份为5‑60，胺类扩链剂质量份为1.2‑5；或者，B.离子型的制备步骤如下：在50‑90℃采用多异氰酸酯、低聚物多元醇、小分子亲水扩链剂、小分子扩链剂以及溶剂合成端异氰酸根的聚氨酯预聚体，加入成盐剂与聚氨酯预聚体中的离子基团中和，最后加水乳化并在乳化后加入胺类扩链剂20‑40℃继续反应1小时后，抽真空除去溶剂合成含有活泼氢、平均粒径在40‑200nm的水性聚氨酯，其中，以合成的聚氨酯预聚体质量份计，多异氰酸酯质量份为20‑50，低聚物多元醇质量份数50‑75，小分子亲水扩链剂质量份为1‑5，小分子扩链剂质量份为0‑3，成盐剂质量份为1‑3，溶剂质量份为5‑60，胺类扩链剂质量份为1.2‑5；2）以固形物量计，将步骤1）合成的水性聚氨酯与水性环氧树脂按质量百分比2.5%～20%的比例混合均匀后得乳液，然后，按照所得乳液的质量百分比计，加入乳液质量0.1~0.4%的消泡剂、0.1~0.6%的润湿剂、0.1~0.6%的流平剂、0.1~0.6%的增稠剂、0‑30%的颜料或填料，并且所述消泡剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、颜料或填料均以固形物量计，然后搅拌均匀、静置消泡后即得水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料。...

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于具体步骤为：1）含有活泼氢的水性聚氨酯的合成：A.非离子型的制备步骤如下：在50-90℃采用多异氰酸酯、低聚物多元醇、含乙氧基的亲水单体、小分子扩链剂以及溶剂合成端异氰酸根的聚氨酯预聚体，加水乳化并在乳化后加入胺类扩链剂20-40℃继续反应1小时后，抽真空除去溶剂合成含有活泼氢、平均粒径在40-200nm的水性聚氨酯，其中，以合成的聚氨酯预聚体质量份计，多异氰酸酯质量份为20-50，低聚物多元醇质量份数50-75，含乙氧基的亲水单体质量份为10-20，小分子扩链剂质量份为0-3，溶剂质量份为5-60，胺类扩链剂质量份为1.2-5；或者，B.离子型的制备步骤如下：在50-90℃采用多异氰酸酯、低聚物多元醇、小分子亲水扩链剂、小分子扩链剂以及溶剂合成端异氰酸根的聚氨酯预聚体，加入成盐剂与聚氨酯预聚体中的离子基团中和，最后加水乳化并在乳化后加入胺类扩链剂20-40℃继续反应1小时后，抽真空除去溶剂合成含有活泼氢、平均粒径在40-200nm的水性聚氨酯，其中，以合成的聚氨酯预聚体质量份计，多异氰酸酯质量份为20-50，低聚物多元醇质量份数50-75，小分子亲水扩链剂质量份为1-5，小分子扩链剂质量份为0-3，成盐剂质量份为1-3，溶剂质量份为5-60，胺类扩链剂质量份为1.2-5；2）以固形物量计，将步骤1）合成的水性聚氨酯与水性环氧树脂按质量百分比2.5%～20%的比例混合均匀后得乳液，然后，按照所得乳液的质量百分比计，加入乳液质量0.1~0.4%的消泡剂、0.1~0.6%的润湿剂、0.1~0.6%的流平剂、0.1~0.6%的增稠剂、0-30%的颜料或填料，并且所述消泡剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、颜料或填料均以固形物量计，然后搅拌均匀、静置消泡后即得水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防腐涂料。2.如权利要求1所述的一种水性聚氨酯增韧水性环氧树脂防...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志勇，侯立杰，王玉龙，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：山东,37