一种高适应性支化环氧型超分散剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高适应性支化环氧型超分散剂及其制法与应用。该超分散剂是将1摩尔份的含有3～6个活性氢、2～3个氮原子、分子量在400～3000的二元或三元聚醚胺与0～3摩尔份的单官能缩水甘油醚、1～2摩尔份的聚醚多元醇二缩水甘油醚、1～3摩尔份环氧树脂反应后得到含有聚氧乙烯链段结构和多环氧基团的高适应性支化环氧型超分散剂；该超分散剂具有很高的适应性，可与海水、陶瓷废水、自来水、去离子水等混合使用，其分散制备的改性水性环氧树脂稳定性好，制备工艺简单，在复合纤维、改性砂浆混凝土、乳化沥青的增强剂及水性涂料、制备体积型电磁屏蔽复合材料等领域具有广阔的应用前景。

A highly adaptable branched epoxy Hyperdispersant and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高适应性支化环氧型超分散剂及其制备方法与应用
本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种高适应性支化环氧型超分散剂及其制备方法与应用。
技术介绍
环氧树脂复合材料以其较高的附着力、优异的耐蚀性和耐化学介质性被广泛应用于各种领域中，但目前使用的环氧树脂复合材料特别是涂料多是溶剂型的，大多数有机溶剂易挥发、易燃、易爆、有毒，这些有机溶剂不仅会对施工人员的健康产生伤害，而且在严重浪费宝贵的石油资源的同时对环境造成较为严重的污染。近年来，随着环保要求的不断提高，具有极低的VOC含量和优异性能的水性环氧复合材料成为新型环保材料的研究热点。水性环氧树脂可分为水乳型和水溶型环氧树脂两种，通过在环氧树脂分子链中引入强亲水基团或在体系中加入亲水亲油组份，可制得稳定的水性环氧树脂分散体，目前主要的制备方法中机械法是最为常用的乳化分散方法，该方法的特点是制备工艺简单、成本低廉。机械法即直接乳化法，是将环氧树脂通过研磨等物理方法制备成微米级的粉末或液滴，再加入含乳化剂的水溶液并通过高速搅拌等分散手段形成水分散体。由于采用传统离子型乳化剂对介质中的电解质比较敏感，分散性能和稳定性均较差，加上采用物理分散方法制备的水性环氧树脂体系中分散相的尺寸较大，体系稳定性较差。至目前为止，文献中很少涉及同时含亲水基团聚氧乙烯链段和两个以上氮(N)原子及亲油的芳环和多环氧基团的支化环氧型超分散剂直接在不同水质介质下高速分散环氧树脂制备水性环氧乳液及其复合材料等方面的内容。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种含2-3个氮原子和聚醚基团的高适应性支化环氧型超分散剂的制备方法，该分散剂不仅不含有机溶剂而含有一定反应活性的环氧基团，还可在高含盐介质中的海水、脱硫塔陶瓷废水或自来水、去离子水中分散稳定，并且在这些介质中可使环氧树脂分散形成较稳定的环氧树脂乳液。本专利技术的另一目的是提供该超分散剂制备改性水性环氧材料的方法及该超分散剂的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种高适应性支化环氧型超分散剂的制备方法，包括下述步骤：(1)在20～40℃下将1摩尔份的含有3～6个活性氢、2～3个氮原子、分子量在400～3000的二元或三元聚醚胺与0～3摩尔份的单官能缩水甘油醚搅拌反应0～3小时后，然后加入1～2摩尔份的聚醚多元醇二缩水甘油醚搅拌反应1～2小时，再加入1～3摩尔份环氧树脂搅拌反应10～23小时；(2)然后升温至60～70℃反应3～24小时，再在90～100℃反应0～2小时，冷却后得到含有聚氧乙烯链段结构和多环氧基团的高适应性支化环氧型超分散剂，超分散剂为改性环氧树脂BE；所述的单官能缩水甘油醚、聚醚多元醇二缩水甘油醚、环氧树脂的总摩尔份数为聚醚胺活性氢的摩尔份数，其中环氧树脂、聚醚多元醇二缩水甘油醚总摩尔份数为2.5～4。优选地，所述环氧树脂、聚醚多元醇二缩水甘油醚总摩尔份数为3～4；所述聚醚多元醇二缩水甘油醚的平均分子量为300～2000。优选地，步骤(1)所述的聚醚胺为双端伯氨基聚氧乙烯醚、双端伯氨基聚氧丙烯醚、双端伯氨基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、三端伯氨基聚氧乙烯醚、三端伯氨基聚氧丙烯醚、三端伯氨基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、三端仲氨基聚氧乙烯醚、三端仲氨基聚氧丙烯醚、三端仲氨基聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的至少一种。优选地，步骤(1)中所述的单官能缩水甘油醚为苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、烷基苯基缩水甘油醚、烷基缩水甘油醚、壬基酚缩水甘油醚、邻甲苯基缩水甘油醚中的至少一种；步骤(1)所述的环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂中的至少一种；所述双酚A环氧树脂为环氧树脂E-44、环氧树脂E-51中至少一种；步骤(1)所述的聚醚多元醇二缩水甘油醚为聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的至少一种。上述方法制备得到的一种高适应性支化环氧型超分散剂。优选地，所述超分散剂中聚氧乙烯链段结构的分子量总和为300～2500。优选地，所述超分散剂的应用为，将高适应性支化环氧型超分散剂10～80重量份与90～20重量份的环氧树脂、0～10重量份活性稀释剂搅拌均匀，得到改性环氧树脂，然后加入20～100重量份的水并高速搅拌10～20分钟，得到改性环氧树脂的质量分数在50％以上的改性水性环氧树脂材料；所述高速搅拌的搅拌速度为900～1500rpm。优选地，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂中的至少一种；所述活性稀释剂为苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、烷基苯基缩水甘油醚、烷基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的至少一种；所述水为海水、陶瓷废水、自来水和去离子水中的至少一种。上述应用制备得到一种改性水性环氧树脂材料。优选地，所述改性水性环氧树脂材料在复合纤维、改性砂浆混凝土、乳化沥青的增强剂及水性涂料、制备体积型电磁屏蔽复合材料的应用。不同水质条件下的分散实验结果表明，本专利技术制备的支化环氧型超分散剂，在没有任何有机溶剂和其它辅助试剂的情况下，不仅本身作为具有多个环氧基团的树脂分子，在含有大量无机电解质盐的海水中、陶瓷废水中、自来水中直接乳化分散可得到稳定的高浓度水分散稠液或低浓度稀液，还能辅助环氧树脂在上述水质条件下通过简单的机械乳化法得到较为稳定的高浓度改性水性环氧树脂材料，可见其具有很高的适应性。本专利技术的超分散剂具有突出的亲水-亲油两亲性结构，一方面溶剂化(水性化)的聚醚基团和亲水性强的2-3个N原子，还含有在一定条件下原料中3个以上NH(3-6个活性H)与环氧基团(单官能缩水甘油醚、聚醚多元醇二缩水甘油醚、环氧树脂)局部开环形成的多个亲水基团-N(R)-CH2-CH(OH)-CH2-O-或-N[CH2-CH(OH)-CH2-O-]2，另一方面还有多个亲油环氧基团和多个芳环或烷基基团。附图2中921、837、945cm-1为C-O-C三元杂环(环氧基团)的红外特征吸收峰及在3035cm-1附近(芳环上C-H伸缩振动)和1608cm-1附近(芳环C＝C骨架振动)附近强烈的苯环特征吸收峰，表明其对环氧树脂具有很强的亲和性；聚醚吸收峰1109cm-1附近很强，表明其易分散在水介质中；在3444cm-1附近的强宽吸收峰是多个O-H或N-H的吸收峰，氨基与环氧基加成反应产生的羟基特别是聚醚胺链结构中的2～3个N原子对水质中的金属离子具有配位络合稳定作用，从而消除杂质金属离子对非离子型环氧乳液稳定性的干扰。实验结果还表明，超分散剂含量越高，消除介质中的杂质金属离子的干扰就越强，稳定性就越高；改性环氧浓度越大，介质中的电解质含量就越少，干扰就越小，稳定性越高；同时，改性环氧浓度越大，或者超分散剂支化度或分子量越大，乳液粘度就越高，分子热运动破坏受阻越强，乳液稳定性越高。当分散剂改性环氧树脂中超分散剂含量达到20wt％以上并且改性环氧树脂浓度到达62.5wt％以上时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高适应性支化环氧型超分散剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：/n(1)在20～40℃下将1摩尔份的含有3～6个活性氢、2～3个氮原子、分子量在400～3000的二元或三元聚醚胺与0～3摩尔份的单官能缩水甘油醚搅拌反应0～3小时后，然后加入1～2摩尔份的聚醚多元醇二缩水甘油醚搅拌反应1～2小时，再加入1～3摩尔份环氧树脂搅拌反应10～23小时；/n(2)然后升温至60～70℃反应3～24小时，再在90～100℃反应0～2小时，冷却后得到含有聚氧乙烯链段结构和多环氧基团的高适应性支化环氧型超分散剂；/n所述的单官能缩水甘油醚、聚醚多元醇二缩水甘油醚、环氧树脂的总摩尔份数为聚醚胺活性氢的摩尔份数，其中环氧树脂、聚醚多元醇二缩水甘油醚总摩尔份数为2.5～4。/n

【技术特征摘要】
1.一种高适应性支化环氧型超分散剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)在20～40℃下将1摩尔份的含有3～6个活性氢、2～3个氮原子、分子量在400～3000的二元或三元聚醚胺与0～3摩尔份的单官能缩水甘油醚搅拌反应0～3小时后，然后加入1～2摩尔份的聚醚多元醇二缩水甘油醚搅拌反应1～2小时，再加入1～3摩尔份环氧树脂搅拌反应10～23小时；
(2)然后升温至60～70℃反应3～24小时，再在90～100℃反应0～2小时，冷却后得到含有聚氧乙烯链段结构和多环氧基团的高适应性支化环氧型超分散剂；
所述的单官能缩水甘油醚、聚醚多元醇二缩水甘油醚、环氧树脂的总摩尔份数为聚醚胺活性氢的摩尔份数，其中环氧树脂、聚醚多元醇二缩水甘油醚总摩尔份数为2.5～4。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，环氧树脂、聚醚多元醇二缩水甘油醚总摩尔份数为3～4；
所述聚醚多元醇二缩水甘油醚的平均分子量为300～2000。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的聚醚胺为双端伯氨基聚氧乙烯醚、双端伯氨基聚氧丙烯醚、双端伯氨基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、三端伯氨基聚氧乙烯醚、三端伯氨基聚氧丙烯醚、三端伯氨基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、三端仲氨基聚氧乙烯醚、三端仲氨基聚氧丙烯醚、三端仲氨基聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的至少一种。


4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的单官能缩水甘油醚为苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、烷基苯基缩水甘油醚、烷基缩水甘油醚、壬基酚缩水甘油醚、邻甲苯基缩水甘油醚中的至少一种；
步骤(1)所述的环氧树脂为双酚A环氧树脂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄月文，王斌，宋斌，
申请(专利权)人：中科院广州化学有限公司，国科广化南雄新材料研究院有限公司，南雄中科院孵化器运营有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44