一种用于防腐涂层的水性环氧树脂、应用及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于防腐涂层的水性环氧树脂、应用及其制备方法，其制备方法为通过在环氧树脂的分子链上引入强亲水性聚乙二醇支链的方式实现了环氧树脂的自乳化功能，同时由于分子链段较短，在聚乙二醇的作用下，固含量最高可达66.7％。此外，该水性乳液在制备过程中不需要使用任何额外的醇溶性溶剂和其他高沸点有机溶剂，生产过程及产品使用过程都非常环保，该水性环氧树脂可与水性氨类固化剂混合固化成膜，用于防腐。

【技术实现步骤摘要】
一种用于防腐涂层的水性环氧树脂、应用及其制备方法
本专利技术公开涉及高分子合成及水性乳液制备的
，尤其涉及一种水性环氧树脂及其制备方法和应用。
技术介绍
水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的聚氨酯体系，在环保型涂料、胶黏剂和油墨等领域中广泛应用，具有无污染、安全、机械性能优良等优点。但现有工业产品也存在固含量不高、表干慢及添加N-甲基吡咯烷酮(NMP)等高沸点有机溶剂等问题。为提高固含量并解决NMP的残存问题，专利CN202010533710.6采用脂肪族异氰酸酯、聚己内脂二元醇(PCL)为原材料，利用DMPA与PCL相容性好而无需使用NMP来制备水性聚氨酯，最终制得固含量在45-48％的水性聚氨酯乳液，但脂肪族异氰酸酯相较于芳香族异氰酸酯、聚己内酯二元醇相较于其他聚合物二元醇在成本上升高明显，不利于工业化和大面积使用。环氧树脂分子链上不含亲水基团，不具备自乳化功能，多是以添加外乳化剂的方式进行乳化分散，如专利CN201911032050.7和CN201911358464.9，均通过外加乳化剂及溶剂的方式实现环氧树脂的乳化，该方法会导致乳液成膜时乳化剂及部分溶剂仍残留在漆膜内，对膜的力学性能及环保性能都有影响。因此，如何研发一种水性环氧树脂的制备方法，以在保持环保性的同时，还不影响成膜的力学性能，成为人们亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种用于防腐涂层的水性环氧树脂、应用及其制备方法，以解决以往环氧树脂只能通过添加外乳剂的方式，实现乳化分散，不仅存在不环保的问题，而且还存在影响膜的力学性能的问题。一方面，本专利技术提供了一种用于防腐涂层的水性环氧树脂的制备方法，该方法包括如下步骤：S1：采用羧基化的聚乙二醇单甲醚对环氧树脂的环氧基团进行开环反应，制备获得含羟基的环氧齐聚物；S2：将所述含羟基的环氧齐聚物与异氰酸酯进行封端反应，获得氨基甲酸酯基团的环氧树脂；S3：在所述氨基甲酸酯基团的环氧树脂中加入去离子水，搅拌后，获得水性环氧树脂乳液。优选，所述羧基化的聚乙二醇单甲醚的分子量为200-1000g/mol。进一步优选，所述环氧树脂为乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚以及聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种。进一步优选，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体中的一种。进一步优选，步骤S1中，所述开环反应的反应温度为120℃，反应时间为2h。进一步优选，步骤S2中，所述封端反应的反应温度为25～80℃，反应时间为0.5～4h。进一步优选，步骤S3中，所述去离子水与所述氨基甲酸酯基团的环氧树脂的重量比为0.5～2：1。进一步优选，步骤S3中，所述搅拌的搅拌速度为1000～2000r/min，搅拌时间为10-30min。另一方面，本专利技术还提供了一种用于防腐涂层的水性环氧树脂，该水性环氧树脂为采用上述任意一种方法制备获得。此外，本专利技术还提供了一种上述水性环氧树脂的应用，具体而言，将水性氨类固化剂加入到所述水性环氧树脂中固化成膜，用于防腐；其中，按重量计，所述水性氨类固化剂为所述水性环氧树脂的10％～40％。本专利技术提供的用于防腐涂层的水性环氧树脂的制备方法，通过在环氧树脂的分子链上引入强亲水性聚乙二醇支链的方式实现了环氧树脂的自乳化功能，同时由于分子链段较短，在聚乙二醇的作用下，固含量最高可达66.7％。此外，该水性乳液在制备过程中不需要使用任何额外的醇溶性溶剂和其他高沸点有机溶剂，生产过程及产品使用过程都非常环保。本专利技术提供的用于防腐涂层的水性环氧树脂的制备方法，具有以下优点：1)本专利技术的制备工艺流程相较水性聚氨酯乳液更为简短、能耗也明显下降；2)本专利技术制备的水性环氧树脂的固含量高，最高可达66.7％；3)本专利技术制备的水性环氧树脂中含有的大量的氨基甲酸酯基团，在环氧基团的固化交联下，其固化产物具有优异的柔韧性和抗冲击性能，力学性能强；4)本专利技术制备的水性环氧树脂具备自乳化功能，既不需要添加水性聚氨酯引入羧酸时的NMP等高沸点溶剂，也不需要添加水性环氧树脂制备时引入的外乳化剂和醇溶性溶剂，VOC低，环保性好。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的方法的例子。由于环氧树脂的分子链上不含亲水基团，不具备自乳化功能，因此，目前在使用时，只能通过添加外乳剂的方式，实现乳化分散，导致存在不环保以及影响膜的力学性能的问题。本实施方案试图在环氧树脂的分子链上引入亲水结构，以实现环氧树脂具有自乳化的功能，而无需添加外乳剂。具体而言，本实施方案提供的为一种用于防腐涂层的水性环氧树脂的制备方法，该方法的具体制备步骤如下：S1：采用羧基化的聚乙二醇单甲醚对环氧树脂的环氧基团进行开环反应，制备获得含羟基的环氧齐聚物；S2：将步骤S1制备的含羟基的环氧齐聚物与异氰酸酯进行封端反应，获得氨基甲酸酯基团的环氧树脂；S3：在步骤S2制备的氨基甲酸酯基团的环氧树脂中加入去离子水，搅拌后，获得水性环氧树脂乳液。其中，羧基化的聚乙二醇单甲醚的分子量优选为200-1000g/mol，在该分子量范围下的羧基化聚乙二醇单甲醚可使上述制备的聚合物具有自乳化特性，如分子量更大则会影响聚合物的耐水性，如分子量更小，则自乳化性不够，不能依靠自身分散在水里。上述环氧树脂可选用乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚以及聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种。上述异氰酸酯可选用二苯基甲烷二异氰酸酯、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体中的一种。其中，步骤S1中开环反应的反应温度为120℃，反应时间为2h；步骤S2中封端反应的反应温度为25～80℃，反应时间为0.5～4h，如果温度高于80℃则易发生副反应，而温度低于25℃则会导致反应时间太长；步骤S3中去离子水与氨基甲酸酯基团的环氧树脂的重量比为0.5～2：1，一般乳液固含量控制在20％-33％，固含量过高则储存稳定性不高，固含量过低则表干太慢；步骤S3中搅拌的搅拌速度为1000～2000r/min，搅拌时间为10-30min，其中，搅拌速度过快工业生产难实现，搅拌速度过慢则剪切力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于防腐涂层的水性环氧树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：采用羧基化的聚乙二醇单甲醚对环氧树脂的环氧基团进行开环反应，制备获得含羟基的环氧齐聚物；/nS2：将所述含羟基的环氧齐聚物与异氰酸酯进行封端反应，获得氨基甲酸酯基团的环氧树脂；/nS3：在所述氨基甲酸酯基团的环氧树脂中加入去离子水，搅拌后，获得水性环氧树脂乳液。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于防腐涂层的水性环氧树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：采用羧基化的聚乙二醇单甲醚对环氧树脂的环氧基团进行开环反应，制备获得含羟基的环氧齐聚物；
S2：将所述含羟基的环氧齐聚物与异氰酸酯进行封端反应，获得氨基甲酸酯基团的环氧树脂；
S3：在所述氨基甲酸酯基团的环氧树脂中加入去离子水，搅拌后，获得水性环氧树脂乳液。


2.根据权利要求1所述用于防腐涂层的水性环氧树脂的制备方法，其特征在于，所述羧基化的聚乙二醇单甲醚的分子量为200-1000g/mol。


3.根据权利要求1所述用于防腐涂层的水性环氧树脂的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚以及聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种。


4.根据权利要求1所述用于防腐涂层的水性环氧树脂的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑舒文，杨长龙，许超，李小兰，马元生，王大众，多俊龙，金鹏，赵龙，鞠明杰，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司，华东理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21