一种底漆用单组分水性环氧乳液及其制备方法.pdf

本发明涉及一种底漆用单组分水性环氧乳液及其制备方法，所述底漆用单组分水性环氧乳液包括水、环氧树脂单体、苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体、稀释剂、中和剂及自由基聚合引发剂，上述组分含量按质量份数算分别为：水：100份；环氧树脂单体：20-40份；苯乙烯单体：10-20份；丙烯酸单体：1-10份；丙烯酸丁酯单体：10-30份；甲基丙烯酸单体：1-10份；稀释剂：10-30份；中和剂：10-20份；自由基聚合引发剂：1-10份，本发明具有以下优点：环氧树脂单体具有较强的内聚力，且分子结构致密，可提高反应体系的力学性能，而苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体的混合体系中存在大量极性较强的反应型基团，大幅提高环氧树脂固化体系对材质的粘附能力。

权利要求书
1.   一种底漆用单组分水性环氧乳液，其特征在于：所述底漆用单组分水性环氧乳液包括水、环氧树脂单体、苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体、稀释剂、中和剂及自由基聚合引发剂，上述组分含量按质量份数算分别为：水：100份；环氧树脂单体：20-40份；苯乙烯单体：10-20份；丙烯酸单体：1-10份；丙烯酸丁酯单体：10-30份；甲基丙烯酸单体：1-10份；稀释剂：10-30份；中和剂：10-20份；自由基聚合引发剂：1-10份。

2.   根据权利要求1所述底漆用单组分水性环氧乳液，其特征在于：所述环氧树脂单体为E-20环氧树脂和E-44环氧树脂的混合物，E-20环氧树脂和E-44环氧树脂的摩尔比为3：1。

3.   根据权利要求1所述底漆用单组分水性环氧乳液，其特征在于：所述稀释剂为乙二醇丁醚或者是乙二醇丁醚和正丁醇的混合物。

4.   根据权利要求1所述底漆用单组分水性环氧乳液，其特征在于：所述中和剂为N-N二甲基乙醇胺。

5.   根据权利要求1所述底漆用单组分水性环氧乳液，其特征在于：所述自由基聚合引发剂为过氧化二苯甲酰。

6.   一种制备如权利要求1所述底漆用单组分水性环氧乳液的方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
a：按照上述配比称取原料备用；
b：在常温常压下向一带温度计、回流冷凝管及搅拌装置的四口烧瓶中加入环氧树脂单体和稀释剂，并把混合物持续搅拌10-30分钟；
c：把烧瓶温度提升至70-90℃，并保温0.5-1.5小时；
d：把自由基聚合引发剂、苯乙烯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸单体和甲基丙烯酸单体置于混合器中，常温常压下搅拌10-20分钟；
e：把d步骤所得的混合物滴加至c步骤的烧瓶中，滴加时间1-3小时，并保持混合物温度在70-90℃，滴加过程持续搅拌，滴加完成后保温1-2小时；
f：把e步骤的混合物温度升至100-110℃，并保温0.5-1小时，然后降温至50-70℃；
g：往f步骤所得的混合物中加入中和剂，把反应体系的pH值调节至7.5-8.5，搅拌0.5-1小时，并加温至85-95℃；
h：把g步骤所得的混合物加入水中分散即可得底漆用单组分水性环氧乳液。

说明书一种底漆用单组分水性环氧乳液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水性环氧乳液及其制备方法，具体说是一种底漆用单组分水性环氧乳液及其制备方法。
背景技术
环氧树脂是目前应用十分广泛的建筑涂料成膜物质，特别是水性环氧乳液，以其具有防火性强、附着力强、收缩率低、耐化学性强等的特性，深受广大建筑涂料生产厂家的青睐。目前的水性环氧乳液通常有单组分和双组分两种，单组分水性环氧乳液是在环氧树脂中加入固化剂、催化剂，在一定的反应条件下发生固化成膜反应；而双组分环氧乳液是把环氧树脂与固化剂分开设置，使用时再混合使用。由于双组分环氧乳液具有常温下即可发生固化反应的特点，因而其在涂料行业中的应用最为广泛。然而，由于双组分环氧树脂在施工时需要另外调配两种组分的配比，并要把两种组分进行充分混合，所以其施工工艺比较麻烦。而在施工条件较差的环境下，因其发生固化反应的温度较低，组分在混合时即发生反应，导致两种组分不能完全混合均匀，降低了乳液的性能。另外，传统双组分环氧乳液在常温下发生固话反应，其粒子粒径分布范围较窄，且均属于单一的大粒径或小粒径的粒子，因此乳液的渗透能力、封闭能力的综合性能较差，二者不能兼具。如何开发一种既具有较好机械强度，又具有优良渗透性及封闭性的水性环氧乳液，是目前水性环氧乳液制造行业的一道技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种渗透性好、封闭性强且力学性能优良的底漆用单组分水性环氧乳液。
本发明的另一个发明目的在于提供一种制备上述底漆用单组分水性环氧乳液的方法。
本发明的发明目的是这样实现的：一种底漆用单组分水性环氧乳液，其特征在于：所述底漆用单组分水性环氧乳液包括水、环氧树脂单体、苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体、稀释剂、中和剂及自由基聚合引发剂，上述组分含量按质量份数算分别为：水：100份；环氧树脂单体：20-40份；苯乙烯单体：10-20份；丙烯酸单体：1-10份；丙烯酸丁酯单体：10-30份；甲基丙烯酸单体：1-10份；稀释剂：10-30份；中和剂：10-20份；自由基聚合引发剂：1-10份。
所述环氧树脂单体为E-20环氧树脂和E-44环氧树脂的混合物，E-20环氧树脂和E-44环氧树脂的摩尔比为3：1。
所述稀释剂为乙二醇丁醚或者是乙二醇丁醚和正丁醇的混合物。
所述中和剂为N-N二甲基乙醇胺。
所述自由基聚合引发剂为过氧化二苯甲酰。
所述制备方法包括以下步骤：
a：按照上述配比称取原料备用；
b：在常温常压下向一带温度计、回流冷凝管及搅拌装置的四口烧瓶中加入环氧树脂单体和稀释剂，并把混合物持续搅拌10-30分钟；
c：把烧瓶温度提升至70-90℃，并保温0.5-1.5小时；
d：把自由基聚合引发剂、苯乙烯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸单体和甲基丙烯酸单体置于混合器中，常温常压下搅拌10-20分钟；
e：把d步骤所得的混合物滴加至c步骤的烧瓶中，滴加时间1-3小时，并保持混合物温度在70-90℃，滴加过程持续搅拌，滴加完成后保温1-2小时；
f：把e步骤的混合物温度升至100-110℃，并保温0.5-1小时，然后降温至50-70℃；
g：往f步骤所得的混合物中加入中和剂，把反应体系的pH值调节至7.5-8.5，搅拌0.5-1小时，并加温至85-95℃；
h：把g步骤所得的混合物加入水中分散即可得底漆用单组分水性环氧乳液。
本发明具有以下优点：
1、本发明的底漆用单组分水性环氧乳液中，采用环氧树脂单体、苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体的混合单体反应体系。上述单体中，环氧树脂单体具有较强的内聚力，且分子结构致密，可提高反应体系的力学性能，而苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体的混合体系中存在大量极性较强的反应型基团，大幅提高环氧树脂固化体系对材质的粘附能力。
2、本发明的底漆用单组分水性环氧乳液中，加入丙烯酸类单体。丙烯酸类单体提供了与环氧树脂的环氧基发生反应的官能团，使环氧基反应的活性点增多，在反应体系中形成疏网状交联分子结构，可以有效提高涂层的耐磨性、硬度、耐溶剂性等性能。另外，随着环氧基反应的活性点的增多，化学反应后的分子链结构呈现多样化，使乳液粒径的分布较宽。小粒径粒子可渗透基材，大粒径粒子可以在基材表面成膜，大大提高了乳液的封闭性及渗透性。
3、本发明的底漆用单组分水性环氧乳液中，加入了自由基聚合引发剂。由于引发剂受热分解成的游离基的活性较大，对主链夺氢能力较强，使环氧树脂和丙烯酸类单体接枝共聚反应体系中形成丙烯酸类单体与环氧树脂的接枝共聚反应和丙烯酸类单体的均聚反应的竞争反应。随着自由基聚合引发剂用量的提高，丙烯酸类单体与环氧树脂的接枝共聚反应的比例也相应增大，因此，自由基聚合引发剂会和丙烯酸类单体对环氧树脂形成协同反应，可大幅提高反应体系的水分散性及稳定性。
4、本发明的底漆用单组分水性环氧乳液中，仅使用了单组分水性环氧树脂，既不用添加有机溶剂，也无需加入水性固化剂，从而降低了水溶性有机溶剂的使用，改善了乳液的环保性能。
具体实施方式
本发明的底漆用单组分水性环氧乳液包括水、环氧树脂单体、苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体、稀释剂、中和剂及自由基聚合引发剂，上述组分含量按质量份数算分别为：水：100份；环氧树脂单体：20-40份；苯乙烯单体：10-20份；丙烯酸单体：1-10份；丙烯酸丁酯单体：10-30份；甲基丙烯酸单体：1-10份；稀释剂：10-30份；中和剂：10-20份；自由基聚合引发剂：1-10份。利用苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体的中存在的大量极性较强的反应型基团。丙烯酸类单体的存在使环氧基反应的活性点增多，在反应体系中形成疏网状交联分子结构。同时在反应体系中加入自由基聚合引发剂，形成相互竞争的反应体系，并与丙烯酸类单体对环氧树脂形成协同效应。
本发明底漆用单组分水性环氧乳液中，环氧树脂单体为E-20环氧树脂和E-44环氧树脂的混合物，E-20环氧树脂和E-44环氧树脂的摩尔比为3：1。E-20环氧树脂和E-44环氧树脂分别具有刚性较强和韧性较好的特点，两者以上述比例形成混合反应体系，除了两种树脂之间自身有化学反应的协同作用外，还可以调节环氧体系的物理性能。
本发明底漆用单组分水性环氧乳液中中，稀释剂为乙二醇丁醚或者是乙二醇丁醚和正丁醇的混合物。乙二醇丁醚自身具有较好的分散性，对树脂具有较好的分散作用，而正丁醇同样具有较好的分散能力，适用于树脂单体的分散体系。
本发明底漆用单组分水性环氧乳液中，中和剂为N-N二甲基乙醇胺。N-N二甲基乙醇胺自身具有较好的酸碱调节能力，可有效调整反应体系的pH值。
本发明底漆用单组分水性环氧乳液中，自由基聚合引发剂为过氧化二苯甲酰。引发剂裂解生成的游离基是影响接枝共聚反应中形成接枝点的关键因素，游离基活性强，对主链夺氢能力就强，则接枝的倾向就大，过氧化二苯甲酰作引发剂，所得游离基易进攻碳链夺取氢原子，因此，接枝共聚反应用过氧化二苯甲酰作引发剂。
本发明底漆用单组分水性环氧乳液的制备方法包括以下步骤：
a：按照上述配比称取原料备用；
b：在常温常压下向一带温度计、回流冷凝管及搅拌装置的四口烧瓶中加入环氧树脂单体和稀释剂，并把混合物持续搅拌10-30分钟；
c：把烧瓶温度提升至70-90℃，并保温0.5-1.5小时；
d：把自由基聚合引发剂、苯乙烯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸单体和甲基丙烯酸单体置于混合器中，常温常压下搅拌10-20分钟；
e：把d步骤所得的混合物滴加至c步骤的烧瓶中，滴加时间1-3小时，并保持混合物温度在70-90℃，滴加过程持续搅拌，滴加完成后保温1-2小时；
f：把e步骤的混合物温度升至100-110℃，并保温0.5-1小时，然后降温至50-70℃；
g：往f步骤所得的混合物中加入中和剂，把反应体系的pH值调节至7.5-8.5，搅拌0.5-1小时，并加温至85-95℃；
h：把g步骤所得的混合物加入水中分散即可得底漆用单组分水性环氧乳液。
根据库尔特乳粒测定仪对本发明的乳液粒径进行测定，本发明的乳液平均粒径为：0.15-0.25微米，粒径分布宽度为0.3-0.4。
下面结合表一对各个实施例进行详细说明，但并不因此把本发明限制在所述实施例范围内：
实施例1
本发明的底漆用单组分水性环氧乳液包括水、E-20环氧树脂、E-44环氧树脂、苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体、乙二醇丁醚、N-N二甲基乙醇胺及过氧化二苯甲酰，上述组分含量按质量份数算分别为：水：100份；E-20环氧树脂：15份；E-44环氧树脂：5份；苯乙烯单体：10份；丙烯酸单体：1份；丙烯酸丁酯单体：10份；甲基丙烯酸单体：1份；乙二醇丁醚：10份；N-N二甲基乙醇胺：10份；过氧化二苯甲酰：1份。
本发明底漆用单组分水性环氧乳液的制备方法包括以下步骤：
a：按照上述配比称取原料备用；
b：在常温常压下向一带温度计、回流冷凝管及搅拌装置的四口烧瓶中加入E-20环氧树脂、E-44环氧树脂和乙二醇丁醚，并把混合物持续搅拌10分钟；
c：把烧瓶温度提升至70℃，并保温0.5小时；
d：把过氧化二苯甲酰、苯乙烯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸单体和甲基丙烯酸单体置于混合器中，常温常压下搅拌10分钟；
e：把d步骤所得的混合物滴加至c步骤的烧瓶中，滴加时间1小时，并保持混合物温度在70℃，滴加过程持续搅拌，滴加完成后保温1小时；
f：把e步骤的混合物温度升至100℃，并保温0.5小时，然后降温至50℃；
g：往f步骤所得的混合物中加入N-N二甲基乙醇胺，把反应体系的pH值调节至7.5，搅拌0.5小时，并加温至85℃；
h：把g步骤所得的混合物加入水中分散即可得底漆用单组分水性环氧乳液。
根据库尔特乳粒测定仪对本发明的乳液粒径进行测定，本发明的乳液平均粒径为：0.25微米，粒径分布宽度为0.4。
实施例2
本发明的底漆用单组分水性环氧乳液包括水、E-20环氧树脂、E-44环氧树脂、苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体、乙二醇丁醚、正丁醇、N-N二甲基乙醇胺及过氧化二苯甲酰，上述组分含量按质量份数算分别为：水：100份；E-20环氧树脂：18份；E-44环氧树脂：6份；苯乙烯单体：13份；丙烯酸单体：3份；丙烯酸丁酯单体：15份；甲基丙烯酸单体：4份；乙二醇丁醚：11份；正丁醇：3份；N-N二甲基乙醇胺：14份；过氧化二苯甲酰：3份。
本发明底漆用单组分水性环氧乳液的制备方法包括以下步骤：
a：按照上述配比称取原料备用；
b：在常温常压下向一带温度计、回流冷凝管及搅拌装置的四口烧瓶中加入E-20环氧树脂、E-44环氧树脂、乙二醇丁醚和正丁醇，并把混合物持续搅拌15分钟；
c：把烧瓶温度提升至75℃，并保温1小时；
d：把过氧化二苯甲酰、苯乙烯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸单体和甲基丙烯酸单体置于混合器中，常温常压下搅拌13分钟；
e：把d步骤所得的混合物滴加至c步骤的烧瓶中，滴加时间1.5小时，并保持混合物温度在75℃，滴加过程持续搅拌，滴加完成后保温1.5小时；
f：把e步骤的混合物温度升至103℃，并保温0.5小时，然后降温至55℃；
g：往f步骤所得的混合物中加入N-N二甲基乙醇胺，把反应体系的pH值调节至7.8，搅拌0.5小时，并加温至88℃；
h：把g步骤所得的混合物加入水中分散即可得底漆用单组分水性环氧乳液。
根据库尔特乳粒测定仪对本发明的乳液粒径进行测定，本发明的乳液平均粒径为：0.22微米，粒径分布宽度为0.37。
实施例3
本发明的底漆用单组分水性环氧乳液包括水、E-20环氧树脂、E-44环氧树脂、苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体、乙二醇丁醚、正丁醇、N-N二甲基乙醇胺及过氧化二苯甲酰，上述组分含量按质量份数算分别为：水：100份；E-20环氧树脂：21份；E-44环氧树脂：7份；苯乙烯单体：15份；丙烯酸单体：6份；丙烯酸丁酯单体：20份；甲基丙烯酸单体：7份；乙二醇丁醚：12份；正丁醇：4份；N-N二甲基乙醇胺：16份；过氧化二苯甲酰：5份。
本发明底漆用单组分水性环氧乳液的制备方法包括以下步骤：
a：按照上述配比称取原料备用；
b：在常温常压下向一带温度计、回流冷凝管及搅拌装置的四口烧瓶中加入E-20环氧树脂、E-44环氧树脂、乙二醇丁醚和正丁醇，并把混合物持续搅拌20分钟；
c：把烧瓶温度提升至80℃，并保温1小时；
d：把过氧化二苯甲酰、苯乙烯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸单体和甲基丙烯酸单体置于混合器中，常温常压下搅拌16分钟；
e：把d步骤所得的混合物滴加至c步骤的烧瓶中，滴加时间2小时，并保持混合物温度在80℃，滴加过程持续搅拌，滴加完成后保温1.5小时；
f：把e步骤的混合物温度升至106℃，并保温1小时，然后降温至60℃；
g：往f步骤所得的混合物中加入N-N二甲基乙醇胺，把反应体系的pH值调节至8，搅拌1小时，并加温至90℃；
h：把g步骤所得的混合物加入水中分散即可得底漆用单组分水性环氧乳液。
根据库尔特乳粒测定仪对本发明的乳液粒径进行测定，本发明的乳液平均粒径为：0.2微米，粒径分布宽度为0.35。
实施例4
本发明的底漆用单组分水性环氧乳液包括水、E-20环氧树脂、E-44环氧树脂、苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体、乙二醇丁醚、正丁醇、N-N二甲基乙醇胺及过氧化二苯甲酰，上述组分含量按质量份数算分别为：水：100份；E-20环氧树脂：24份；E-44环氧树脂：8份；苯乙烯单体：18份；丙烯酸单体：8份；丙烯酸丁酯单体：25份；甲基丙烯酸单体：9份；乙二醇丁醚：13份；正丁醇：11份；N-N二甲基乙醇胺：19份；过氧化二苯甲酰：8份。
本发明底漆用单组分水性环氧乳液的制备方法包括以下步骤：
a：按照上述配比称取原料备用；
b：在常温常压下向一带温度计、回流冷凝管及搅拌装置的四口烧瓶中加入E-20环氧树脂、E-44环氧树脂、乙二醇丁醚和正丁醇，并把混合物持续搅拌26分钟；
c：把烧瓶温度提升至85℃，并保温1.5小时；
d：把过氧化二苯甲酰、苯乙烯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸单体和甲基丙烯酸单体置于混合器中，常温常压下搅拌18分钟；
e：把d步骤所得的混合物滴加至c步骤的烧瓶中，滴加时间2.5小时，并保持混合物温度在85℃，滴加过程持续搅拌，滴加完成后保温2小时；
f：把e步骤的混合物温度升至108℃，并保温1小时，然后降温至65℃；
g：往f步骤所得的混合物中加入N-N二甲基乙醇胺，把反应体系的pH值调节至8.2，搅拌1小时，并加温至92℃；
h：把g步骤所得的混合物加入水中分散即可得底漆用单组分水性环氧乳液。
根据库尔特乳粒测定仪对本发明的乳液粒径进行测定，本发明的乳液平均粒径为：0.17微米，粒径分布宽度为0.32。
实施例5
本发明的底漆用单组分水性环氧乳液包括水、E-20环氧树脂、E-44环氧树脂、苯乙烯单体、丙烯酸单体、丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸单体、乙二醇丁醚、正丁醇、N-N二甲基乙醇胺及过氧化二苯甲酰，上述组分含量按质量份数算分别为：水：100份；E-20环氧树脂：30份；E-44环氧树脂：10份；苯乙烯单体：20份；丙烯酸单体：10份；丙烯酸丁酯单体：30份；甲基丙烯酸单体：10份；乙二醇丁醚：15份；正丁醇：15份；N-N二甲基乙醇胺：20份；过氧化二苯甲酰：10份。
本发明底漆用单组分水性环氧乳液的制备方法包括以下步骤：
a：按照上述配比称取原料备用；
b：在常温常压下向一带温度计、回流冷凝管及搅拌装置的四口烧瓶中加入E-20环氧树脂、E-44环氧树脂、乙二醇丁醚和正丁醇，并把混合物持续搅拌30分钟；
c：把烧瓶温度提升至90℃，并保温1.5小时；
d：把过氧化二苯甲酰、苯乙烯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸单体和甲基丙烯酸单体置于混合器中，常温常压下搅拌20分钟；
e：把d步骤所得的混合物滴加至c步骤的烧瓶中，滴加时间3小时，并保持混合物温度在90℃，滴加过程持续搅拌，滴加完成后保温2小时；
f：把e步骤的混合物温度升至110℃，并保温1小时，然后降温至70℃；
g：往f步骤所得的混合物中加入N-N二甲基乙醇胺，把反应体系的pH值调节至8.5，搅拌1小时，并加温至95℃；
h：把g步骤所得的混合物加入水中分散即可得底漆用单组分水性环氧乳液。
根据库尔特乳粒测定仪对本发明的乳液粒径进行测定，本发明的乳液平均粒径为：0.15微米，粒径分布宽度为0.3。