一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂，所述亲水涂层与环氧树脂层之间的粘合方式为化学交联，所述环氧树脂层为表面接枝亲水性聚合物的固化环氧树脂，其结构式如下：

Epoxy resin coated with hydrophilic coating on surface and preparation method and application thereof

The invention discloses an epoxy resin coated on the surface of the hydrophilic coating, bonding between the hydrophilic coating and epoxy resin layer for chemical crosslinking epoxy resin curing the epoxy resin layer is grafted with hydrophilic polymer, the structure is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂及其制备方法和应用
本专利技术涉及聚合物功能表面材料
更具体地，涉及一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂及其制备方法和应用。
技术介绍
目前陆上石油储运主要依靠管线进行，在高寒地区，储运主要依靠加热和增压实现原油的流动。由于在流动过程中，温度会逐渐降低，原油的黏度会逐渐增加。同时，随着温度的降低，原油中的蜡质等成分会不断的析出并凝结在输油管道内壁的保护层和防锈层的环氧树脂表面上，造成流动阻力的增加，加大了原油在管线中运输的压力负担。有研究表明，在表面光滑的情况下，亲水性表面具有更好的防结蜡效果(苏建国、李明远等；玻璃、环氧酚醛烘干漆衬里管道防蜡机理、石油大学学报(自然科学版)，1998，22(1))。通常情况下输油管道内壁均涂有防腐蚀的环氧树脂层，但环氧树脂表面亲水性较差。所以可以通过环氧树脂表面涂覆亲水性涂层或环氧树脂表面亲水改性两种方式来提高输油管道内壁亲水性。现有技术通过构造纳米微孔结构来制备聚合物超亲水表面，该方法制作过程简单，成本低且对环境友好，通过合成两种不同离子类型的聚丙烯酰胺，并将二者混合使用得到了具有良好的亲水性能的涂层。但是，上述方法只关注了涂层本身的亲水性能，对于涂层如何能与基底牢固的粘结并未考虑。而在实际应用中，涂层与基底的粘接强度是非常关键的指标，决定了涂层的实用价值。因此当考虑在输油管道内壁增加亲水涂层时，需解决的首要关键问题即是亲水涂层与环氧树脂的粘结强度。通常涂层与环氧树脂表面粘接时，需要在两者之间涂覆一层粘结层，如聚乙烯醇，形成多层膜结构，提高涂层的附着力。但在粘接亲水性涂层的时候，涂层本身带有一定吸水性，水可能会使涂层与粘结层的体积膨胀不同，长时间使用下可能存在亲水涂层脱落问题。现有技术通常都是对未固化的树脂进行化学接枝改性，并且需要先对树脂进行卤乙酰化处理，再对树脂进行接枝聚合，制作工艺比较复杂。因此，本专利技术提供了一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂，在不使用传统的多层粘结层的情况下，通过在固化后环氧树脂表面直接接枝亲水性聚合物，再通过交联作用使其与后续涂覆的亲水性涂层牢固粘结，不仅简化了制作工艺，并且使得亲水涂层牢固粘附到环氧树脂基底的表面。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂。本专利技术的另一个目的在于提供一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂的制备方法。本专利技术的第三个目的在于提供一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂的应用。本专利技术提出的方法不使用传统的多层粘结层，通过交联作用使表面接枝亲水性聚合物的固化环氧树脂与后续涂覆的亲水性涂层牢固粘结，从而达到使亲水涂层牢固粘附到环氧树脂基底表面的目的。为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂，所述亲水涂层与环氧树脂层之间的粘合方式为化学交联；所述环氧树脂层为表面接枝亲水性聚合物的固化环氧树脂，其结构式如下：式中，R1～R4为与其它环氧树脂链结构连接点，R5～R6为亲水性单体极性基团，n1、n2为自然数，1≤n1≤10，1≤n2≤50000。本专利技术在固化后环氧树脂表面直接接枝亲水性聚合物，在环氧表面提供可用于交联作用的化学基团，同时改善接枝固化后的环氧树脂表面的亲润性，利于亲水涂层在环氧树脂表面铺展，使得环氧树脂层通过交联作用与后续涂覆的亲水性涂层牢固粘结，不再使用传统的多层粘结层，大大简化了制作工艺。优选地，所述亲水性单体为丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟乙酯。本专利技术采用上述亲水性单体，均带有双键以及可用于交联的极性基团。优选地，所述固化环氧树脂通过引发剂接枝亲水性聚合物，接枝位点为醚键旁的α-H与β-H。环氧树脂中醚键旁的α-H与β-H较为活泼，受到引发剂的进攻容易形成活性中心，进而引发单体聚合，接枝至环氧树脂链上。优选地，所述亲水涂层为亲水性均聚物或亲水性共聚物；所述亲水性均聚物通过亲水性单体聚合而成；所述亲水性共聚物通过亲水性单体与其他亲水性单体共聚或亲水性单体与不同离子型单体共聚制备得到；所述亲水性均聚物或亲水性共聚物的分子量均为1.0×104～5.0×105。优选地，所述不同离子型单体为阴离子型、阳离子型或两性离子型单体；优选地，所述阳离子单体为含有季铵盐基团的单体；更优选地，所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基苄基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、对-乙烯基苄基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺-β-羟丙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺基(2-甲基丁基)三甲基氯化铵或二烯丙基二甲基氯化铵。优选地，所述阴离子单体为含有羧基或磺酸基基团的单体；更优选地，所述阴离子单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及它们的钠盐、钾盐或铵盐。为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂的制备方法，包括如下步骤：1)向亲水性单体的水溶液中加入引发剂，配成反应液；将固化后的环氧树脂基底置于反应液中，在惰性气体保护条件下反应，反应液粘度出现明显变化后停止反应，得到表面接枝亲水性聚合物的固化环氧树脂。环氧树脂中醚键旁的α-H与β-H较为活泼，受到引发剂的进攻容易形成活性中心，进而引发单体聚合，接枝至环氧树脂链上。2)制备亲水性均聚物或亲水性共聚物的水溶液，然后加入交联剂，并调节pH值为2～6，得到涂膜液。处理过的环氧树脂基底表面由于带有大量的极性基团，而亲水涂层所选用的交联剂也可以与之反应，使涂层与环氧层通过化学交联的方式粘合在一起。3)将步骤2)中配制好的涂膜液涂覆于步骤1)中处理后的环氧树脂基底上，涂覆后放入温度为40℃～80℃的烘箱中进行交联反应，反应时间为2～5h，最终得到表面牢固涂覆亲水涂层的环氧树脂。优选地，步骤1)中所述引发剂为偶氮类引发剂、无机或有机过氧化物；更优选地，所述引发剂为有机过氧化物；所述偶氮类引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二丁酸二异丁酯、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或几种；所述无机或有机过氧化物选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰中的一种或几种。优选地，步骤1)中所述固化后的环氧树脂基底通过将环氧树脂和固化剂混合均匀后，涂覆在基底上，放入烘箱中固化后制备得到；优选地，所述固化剂为间苯二胺、间苯二甲胺、对苯二胺或对苯二甲胺；固化剂的加入量取决于环氧树脂环氧值；所述烘箱的温度为80℃，固化时间为1～2h。优选地，步骤1)中所述亲水性单体加入量为溶液总质量的0.5～20wt％，更优选地，所述亲水性单体加入量为溶液总质量的1～5wt％。优选地，步骤1)中所述引发剂加入量为亲水性单体质量的0.1～5wt％，更优选地，所述引发剂加入量为亲水性单体质量的1～3wt％。本专利技术通过改变引发剂的用量对环氧树脂表面接枝度进行调控。优选地，步骤1)中所述惰性气体为氮气，所述反应温度为50℃，反应时间为1～8h，优选地，反应时间为2～5h。优选地，步骤2)中所述亲水性均聚物或亲水性共聚物的质量分数为5～40wt％；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂，其特征在于，所述亲水涂层与环氧树脂层之间的粘合方式为化学交联；所述环氧树脂层为表面接枝亲水性聚合物的固化环氧树脂，其结构式如下：

【技术特征摘要】
1.一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂，其特征在于，所述亲水涂层与环氧树脂层之间的粘合方式为化学交联；所述环氧树脂层为表面接枝亲水性聚合物的固化环氧树脂，其结构式如下：式中，R1～R4为与其它环氧树脂链结构连接点，R5～R6为亲水性单体极性基团，n1、n2为自然数，1≤n1≤10，1≤n2≤50000。2.根据权利要求1所述的一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂，其特征在于，所述亲水涂层为亲水性均聚物或亲水性共聚物，所述亲水性均聚物通过亲水性单体共聚制备得到，所述亲水性共聚物通过亲水性单体和不同离子型单体共聚制备得到，所述亲水性均聚物或亲水性共聚物的分子量均为1.0×104～5.0×105。3.根据权利要求2所述的一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂，其特征在于，所述亲水性单体为丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟乙酯。4.根据权利要求1所述的一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂，其特征在于，所述不同离子型单体为阴离子型、阳离子型或两性离子型单体；所述阳离子单体为含有季铵盐基团的单体；所述阴离子单体为含有羧基或磺酸基基团的单体。5.根据权利要求4所述的一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂，其特征在于，所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基苄基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、对-乙烯基苄基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺-β-羟丙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺基(2-甲基丁基)三甲基氯化铵或二烯丙基二甲基氯化铵；所述阴离子单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及它们的钠盐、钾盐或铵盐。6.如权利要求1-5任一所述的一种表面涂覆亲水涂层的环氧树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)向亲水性单体的水溶液中加入引发剂，配成反应液；将固化后的环氧树脂基底置于反应液中，在惰性气体保护条件下反应，反应液粘度出现明显变化后停止反应，得到表面接枝亲水性聚合物的固化环氧树脂；所述亲水性单体加入量为溶液总质量的0.5～...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉玺，刘宇鹏，王晨夕，赵榆霞，戴玉华，吴飞鹏，施盟泉，张云龙，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11