一种生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料及其制备方法，按重量份数计，其原料配方组成为：水性环氧树脂乳液固化剂25～40份，水性环氧预聚物溶液40～80份，消泡剂0.3～1.2份，流平剂0.3～1.8份，润湿分散剂0.06～1.2份，固化促进剂1.3～9.6份。本发明专利技术合成工艺简便、污染小、毒性低，后处理简单，产率和纯净度高，得到的水性环氧树脂涂料同时具有良好的加工性能、耐盐能力以及优异的防火效果。与双酚A型水性环氧树脂涂料相比，该环氧树脂固化后拉伸强度提高到8.3MPa为对比例双酚A环氧树脂的319％，本征阻燃，LOI值达到29.7％，耐火温度达到700℃，可耐盐腐蚀。可耐盐腐蚀。可耐盐腐蚀。

【技术实现步骤摘要】
一种生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种环氧树脂涂料，特别是涉及一种生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料极其制备方法，属于树脂涂料领域。

技术介绍

[0002]钢铁的防火与防腐十分重要，涂刷防火耐盐涂料是保护钢铁的有效手段，水性环氧树脂涂料凭借其环境友好、无VOC排放、操作工艺简单、使用性良好和黏附力较佳等优势，在钢材涂层应用方面具有极大的潜力，然而环氧树脂的防火性能一直差强人意，并且传统水性环氧涂料一般为将双酚A类环氧树脂开环引入亲水性基团得到，因双酚A类环氧树脂分子中环氧基团含量较少，水性化后环氧值下降明显，固化物交联程度低，进一步导致力学尤其刚性和耐腐蚀性的下降。
[0003]现有水性环氧树脂涂料通过分层刷涂的方法即分别刷涂具有防火和防腐的效果的涂料获得防火防腐的效果。中国专利技术专利CN201110298461.8公开了一种环保型钢结构建筑防火防腐复合涂层，它由防火涂层和防腐涂层两部分复合而成，防火涂层包括以下重量比的物料：去离子水200
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300，分散剂5
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20，成膜助剂10
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30，消泡剂1
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5，钛白粉20
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70，70℃氯化石蜡20
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50，多聚磷酸铵200
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350，三聚氰胺50
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100，双季戊四醇50
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100，膨胀石墨30
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100，丙烯酸乳液200
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300。专用于上述防火涂层的防腐涂层包括以下重量比的物料：去离子水128，分散剂1，成膜助剂48，消泡剂7，丙二醇9.5，防霉剂5，钛白粉200，绢细云母粉38，沉淀硫酸钡3.5，乳液615。该技术在防火底漆的基础上继续涂刷防腐涂层，分别达到在500℃下耐火时间达到90分钟以及耐3wt％盐水120小时的效果。但因水性防腐涂料与防火涂料表面张力的不同造成两种涂层间结合力差的问题，多数情况下会使随后涂刷的防腐涂层表面产生裂纹或橘皮纹路(朱远.水性膨胀型钢结构防火涂料的制备与性能研究[D].2016.)，造成各涂层功能衰减的现状。
[0004]近年来也出现了通过添加防火剂和耐腐蚀剂提高涂料防火和防腐性能的技术。中国专利技术专利申请CN201811534561.4公开了一种水性防腐防火一体化涂料，具体制备步骤为：1)将三聚磷酸钠、二甲苯、硅烷偶联剂混合，反应后洗涤烘干，得改性三聚磷酸钠；2)将改性三聚磷酸钠、氧化石墨烯和去离子水混合，反应后洗涤烘干，得一体化三聚磷酸钠/氧化石墨烯；3)将一体化三聚磷酸钠/氧化石墨烯、去离子水和水性环氧树脂混合，得母液；4)将母液与其他助剂按比例混合，得水性防腐防火一体化涂料。该技术是由硅烷偶联剂将氧化石墨烯与三聚磷酸钠一体化添加到水性环氧树脂中制备而成，另外还添加了空心微珠和陶瓷粉来改善水性环氧树脂的刚性，实现了LOI值提高到23.1％以及耐盐雾500小时的效果。但该技术依旧使用各类添加剂，未提及是否避免易出现的添加剂与水性环氧树脂基体共混相容性变差的问题，且LOI值为23.1％，仅仅比易燃材料高出1.1％，难以满足目前钢铁耐燃的急迫需求。
[0005]随着社会可持续发展和环境保护的需要，无磷无卤并且本征防火兼具防腐的环氧树脂涂料，尤其具有耐盐腐蚀性能的多功能涂料，因其能够在恶劣环境下使用以及减少钢
铁在海水中的腐蚀，逐渐成为最为前沿的研究热点与难点。现有技术尚未有同时达到无磷无卤的前提下，本征防火、耐盐腐蚀并且不添加无机添加剂便可以提高涂层刚性的有效材料。

技术实现思路

[0006]针对现有水性环氧树脂涂料的不足，本专利技术的目的在于提供一种无磷无卤的，耐火温度达到700℃，刚性提高，耐3.5wt％盐水浸泡超过35天的生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料极其制备方法，解决现有技术存在的添加剂与基体相容性差、多次涂刷可操作性差、防火防腐效果差等问题。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现的。
[0008]一种生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料，按重量份数计，其原料配方组成为：水性环氧树脂乳液固化剂25～40份，水性环氧预聚物溶液40～80份，消泡剂0.3～1.2份，流平剂0.3～1.8份，润湿分散剂0.06～1.2份，固化促进剂1.3～9.6份；
[0009]所述的水性环氧预聚物溶液通过如下方法制备：原儿茶醛和4,4'
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二氨基二苯甲烷反应制备席夫碱结构中间体；席夫碱结构中间体与四丁基溴化铵溶解于环氧氯丙烷后反应制备环氧预聚物；环氧预聚物和二乙醇胺溶解后反应制备成水性环氧预聚物溶液。
[0010]为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述的水性环氧预聚物溶液的制备方法包括如下步骤：
[0011]1)席夫碱结构中间体的制备：将原儿茶醛和4,4'
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二氨基二苯甲烷溶解，搅拌下加热至40～70℃，升温至60～85℃，在氮气保护和冷凝回流下反应4～8小时；冷却后，析出沉淀，抽滤、洗涤，干燥，得到席夫碱结构中间体；
[0012]2)环氧预聚物的制备：将步骤1)所得席夫碱结构中间体与四丁基溴化铵溶解于环氧氯丙烷中，升温至100～110℃反应2～6小时，降温至室温，在冰水浴中滴加氢氧化钠溶液；再升温至60～65℃反应4～6小时，溶液变浑浊，静置6～12小时，分离出油层产物，洗涤，旋蒸，得到环氧预聚物；
[0013]3)水性环氧预聚物溶液的制备：将步骤2)所得环氧预聚物和二乙醇胺溶解，升温至65～85℃，搅拌下反应1.5～3小时，滴加冰乙酸继续搅拌20～60分钟，得到水性化的环氧预聚物，再加入水后继续搅拌反应20～40分钟，室温下超声震动，配制成水性环氧预聚物溶液。
[0014]优选地，所述的席夫碱中间体的结构为：
[0015][0016]所述的席夫碱中间体在室温下呈现为黄色粉末状，易吸水。
[0017]优选地，所述的环氧预聚物的结构式为：
[0018][0019]所述的环氧预聚物在室温下呈现为棕褐色粘性液体，环氧值为0.42～0.46mol/100g。
[0020]优选地，所述的原儿茶醛和4,4'
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二氨基二苯甲烷的摩尔比为2:1～4:1；席夫碱结构中间体和环氧氯丙烷的摩尔比为1:8～1:20，四丁基溴化铵与席夫碱结构中间体的摩尔比为1:8～1:12；二乙醇胺的氨基和环氧预聚物中的环氧基摩尔比为4.5:10～6.5:10。
[0021]优选地，步骤1)中，所述的原儿茶醛和4,4'
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二氨基二苯甲烷溶解是将原儿茶醛、4,4'
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二氨基二苯甲烷溶解于第一溶剂中，所述第一溶剂为乙醇、二氧六环、甲醇、二甲基甲酰胺其中一种，所述的第一溶剂的用量为原儿茶醛质量的4～6倍；所述的析出沉淀是将冷却后的产物倒入体积比为2:1～4:1的去离子水和乙醇混合溶液，使沉淀析出；所述的干燥是真空干燥；真空干燥温度为90～110℃，干燥时间10～12小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料，其特征在于，按重量份数计，其原料配方组成为：水性环氧树脂乳液固化剂25～40份，水性环氧预聚物溶液40～80份，消泡剂0.3～1.2份，流平剂0.3～1.8份，润湿分散剂0.06～1.2份，固化促进剂1.3～9.6份；所述的水性环氧预聚物溶液通过如下方法制备：原儿茶醛和4,4'
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二氨基二苯甲烷反应制备席夫碱结构中间体；席夫碱结构中间体与四丁基溴化铵溶解于环氧氯丙烷后反应制备环氧预聚物；环氧预聚物和二乙醇胺溶解后反应制备成水性环氧预聚物溶液。2.根据权利要求1所述的生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料，其特征在于，所述的水性环氧预聚物溶液的制备方法包括如下步骤：1)席夫碱结构中间体的制备：将原儿茶醛和4,4'
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二氨基二苯甲烷溶解，搅拌下加热至40～70℃，升温至60～85℃，在氮气保护和冷凝回流下反应4～8小时；冷却后，析出沉淀，抽滤、洗涤，干燥，得到席夫碱结构中间体；2)环氧预聚物的制备：将步骤1)所得席夫碱结构中间体与四丁基溴化铵溶解于环氧氯丙烷中，升温至100～110℃反应2～6小时，降温至室温，在冰水浴中滴加氢氧化钠溶液；再升温至60～65℃反应4～6小时，溶液变浑浊，静置6～12小时，分离出油层产物，洗涤，旋蒸，得到环氧预聚物；3)水性环氧预聚物溶液的制备：将步骤2)所得环氧预聚物和二乙醇胺溶解，升温至65～85℃，搅拌下反应1.5～3小时，滴加冰乙酸继续搅拌20～60分钟，得到水性化的环氧预聚物，再加入水后继续搅拌反应20～40分钟，室温下超声震动，配制成水性环氧预聚物溶液。3.根据权利要求2所述的生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料，其特征在于，所述的席夫碱中间体的结构为：所述的席夫碱中间体在室温下呈现为黄色粉末状，易吸水；所述的环氧预聚物的结构式为：所述的环氧预聚物在室温下呈现为棕褐色粘性液体，环氧值为0.42～0.46mol/100g。4.根据权利要求2所述的生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料，其特征在于，所述的原儿茶醛和4,4'
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二氨基二苯甲烷的摩尔比为2:1～4:1；席夫碱结构中间体和环氧氯丙烷的摩尔比为1:8～1:20，四丁基溴化铵与席夫碱结构中间体的摩尔比为1:8～1:12；二乙醇胺的氨基和环氧预聚物中的环氧基摩尔比为4.5:10～6.5:10。5.根据权利要求2所述的生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料，其特征在于，步骤1)中，所述的原儿茶醛和4,4'
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二氨基二苯甲烷溶解是将原儿茶醛、4,4'
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二氨基二苯甲烷溶解于第一溶剂中，所述第一溶剂为乙醇、二氧六环、甲醇、二甲基甲酰胺其中一种，所述的第一溶
剂的用量为原儿茶醛质量的4～6倍；所述的析出沉淀是将冷却后的产物倒入体积比为2:1～4:1的去离子水和乙醇混合溶液，使沉淀析出；所述的干燥是真空干燥；真空干燥温度为90～110℃，干燥时间10～12小时；所述的搅拌的速率为200～250r/min。6.根据权利要求2所述的生物基防火耐盐水性环氧树脂涂料，其特征在于，步骤2)中，所述的洗涤是将静置后的分离出的油层产物用去离子水和二氯甲烷共混液反复洗涤，去离子水和二氯甲烷的体积比为1:1～2:1；所述的旋蒸是在85～95℃下旋蒸2～4小时；所述的氢氧化钠溶液的浓度为25wt％～40wt％，加入氢氧化钠与席夫碱中间体的摩尔比为4:1～6...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建青，黄仕文，计静琦，刘述梅，朱亚明，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：