水性环保全丙接枝环氧树脂乳液及制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳及其制备方法。
背景技术
环氧树脂涂料是一种高性能地涂料，具有较好的耐腐蚀性、耐化学药品性及耐溶剂性，对基材有较强的附着力，硬度高、耐磨等优点，在涂料领域有着广泛应用。
在本发明之前，传统的环氧树脂只溶于芳烃类、酮类及醇类有机溶剂中，而有机溶剂不但价格高、且具有挥发性，制备成的环氧树脂涂料均为溶剂型涂料，含有大量的可挥发性有机化合物(VOC)，有毒、易燃，对环境造成污染。随着对环境保护的要求日益提高，对低VOC甚至不含VOC的涂料需求日益提高，另外双组分水性环氧树脂体系，使用起来不方便。
【发明内容】
本发明的目的就是克服上述缺陷，研制一种水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳及其制备方法。
本发明的技术方案是：
水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳，其分子式为：
本发明另一技术方案是：
水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳制备方法，其主要技术步骤在于：
(1)将70％两性表面活性剂MS-1、去离子水、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、碳酸氢钠调节剂、功能单体双丙酮丙烯酰胺、磷酸单酯反应型表面活性剂和环氧树脂加入乳化器中预乳化，得到预乳液；
(2)在搅拌聚合反应器中，加入剩余的30％MS-1和水，再加入步骤(1)中得到的20％的预乳液，再加入50％过硫酸钾引发剂溶液，在70-85℃下进行种子聚合反应；
(3)种子聚合反应完毕后，将步骤(1)中剩余的预乳液和过硫酸钾引发剂溶液于2-3h内分别均匀加入反应器中，温度控制在70-85℃；
(4)加料完毕，再搅拌保温后，升温至90℃，继续反应0.5h；降温至40℃以下，用氨水中和使，pH值至7-8，再加入己二酰肼交联剂，搅拌均匀，过滤，得到水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳。
本发明的优点和效果在于水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳由环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸等单体组成，乳胶膜中环氧树脂重量含量可在20％-60％之间调节，两相之间通过接枝形成的化学键，大大提高组分间的相容性。水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳可以集环氧树脂与丙烯酸酯树脂的优点于一体；具有室温成膜性，即使乳胶膜中环氧树脂重量含量达到60％时，仍然具有室温成膜性。形成的乳胶膜具有互穿网络交联结构，因此，可以提高乳胶膜的耐水性、耐溶剂性以及机械力学性能。用其作为成膜物质制备的单组分乳胶漆可广泛地应用于金属的防腐蚀涂料、室内外地坪以及道路的标志漆等。
功能单体双丙酮丙烯酰胺与己二酰肼交联剂的加入可以使乳胶膜在干燥过程中形成交联结构，涂膜致密性好、耐水性能强，并有出色的耐酸、碱性、耐磨性、耐溶剂性、耐候性以及耐盐雾性。
磷酸单酯反应型表面活性剂的加入，赋予乳胶膜与金属螯合力，抗闪蚀性能强。特别适合应用于金属的防腐蚀涂料制备。
聚丙烯酸酯类树脂具有很好的耐候性，玻璃化温度可调节性。研究与开发水性、环保全丙接枝环氧树脂胶乳，达到集环氧树脂与丙烯酸酯类树脂的特性于一体的目的，目前市场上尚未见同类产品。该产品可应用于制备单组分低VOC排放的绿色环保乳胶漆，代替通用的溶剂型工业涂料，其应用前景非常广泛，社会意义极大。
本发明的其它优点和效果将在下面继续进一步说明。
【附图说明】
图1——水性环保全丙接枝环氧树脂乳胶膜的红外光谱图
图2——水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳性能指标示意图。
图3——以全丙接枝环氧树脂胶乳为成膜物质，制备的单组分乳胶漆的检测结果示意图。
图4——对比样性能的平行性能试验结果示意图。
【具体实施方式】
实施例1：以环氧树脂原料组分为10份为例：
环氧树脂(E-51) 10份
甲基丙烯酸甲酯(MMA) 30份
丙烯酸甲酯(MA) 6份
丙烯酸丁酯(BA) 3份
甲基丙烯酸(MAA) 1份
碳酸氢钠调节剂 0.5
过硫酸钾引发剂 0.25
磷酸单酯反应型表面活性剂 1.0份
MS-1 1.0份
双丙酮丙烯酰胺 1.0份
己二酰肼交联剂 1.0份
去离子水 50份
步骤：
(1)将70％两性表面活性剂MS-1、去离子水、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、碳酸氢钠调节剂、功能单体双丙酮丙烯酰胺、磷酸单酯反应型表面活性剂和环氧树脂加入乳化器中预乳化，得到预乳液；
(2)在搅拌聚合反应器中，加入剩余的30％MS-1和水，再加入步骤(1)中得到的20％的预乳液，再加入50％过硫酸钾引发剂溶液，在75℃下进行种子聚合反应；
(3)种子聚合反应完毕后，将步骤(1)中剩余的预乳液和过硫酸钾引发剂溶液于2-3h内分别均匀加入反应器中，温度控制在80℃；
(4)加料完毕，再搅拌保温后，升温至90℃，继续反应0.5h；降温至40℃以下，用氨水中和使，pH值至7.5，再加入己二酰肼交联剂，搅拌均匀，过滤，得到水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳。
其分子式为：
实施例2：以环氧树脂原料组分为20份为例：
环氧树脂(E-51) 20份
甲基丙烯酸甲酯(MMA) 22.5份
丙烯酸甲酯(MA) 4.5份
丙烯酸丁酯(BA) 2.25份
甲基丙烯酸(MAA) 0.75份
碳酸氢钠调节剂 0.5份
过硫酸钾引发剂 0.25份
磷酸单酯反应型表面活性剂 1.0份
MS-1 1.0份
双丙酮丙烯酰胺 1.0份
己二酰肼交联剂 1.0份
去离子水 50份
其余同实施例1。
实施例3：以环氧树脂原料组分为30份为例：
环氧树脂(E-51) 30份
甲基丙烯酸甲酯(MMA) 15份
丙烯酸甲酯(MA) 3份
丙烯酸丁酯(BA) 1.5份
甲基丙烯酸(MAA) 0.5份
碳酸氢钠调节剂 0.5份
过硫酸钾引发剂 0.25份
磷酸单酯反应型表面活性剂 1.0
MS-1 1.0份
双丙酮丙烯酰胺 1.0份
己二酰肼交联剂 1.0份
去离子水 50份
其余步骤同实施例1。
在乳液聚合中，甲基丙烯酸单体通常用作增进附着力的单体，但其用量只能控制在单体量的1％-5％，过高则易降低耐水性。本配方在保留甲基丙烯酸单体配比的同时，选用功能单体双丙酮丙烯酰胺来取代部分甲基丙烯酸，用量为单体量的2％，效果较好，使高PVC(60％-70％)乳胶漆的耐擦洗性明显提高(见表2)。试验发现，加有这种单体的全丙接枝环氧树脂胶乳涂布在玻璃板上成膜后，浸泡在水中0.5h泛白，10d后仍附着完好，而不加功能单体的胶乳则7min泛白，8h后完全脱落。试验表明，加有功能单体的乳液可明显改善对无机底材的初始附着力、浸水及其他苛刻条件下的附着力。这是因为无机底材亲水的极性表面在环境中易吸附上一层水膜，使乳液聚合物内疏水部分很难润湿底材，因此，涂膜对底材的附着力差。而功能单体中的功能基团能与无机底材表面的水分结合形成氢键或反应成共价键，这些氢键或共价键远比范德华引力强，故附着力明显提高。
如图1所示，显示的是本发明水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳的红外谱图，由图可知甲基丙烯酸及其酯类单体已经接枝在环氧树脂分子上。
如图2所示，显示的是采用本发明制备出来的水性环保全丙接枝环氧树脂胶乳性能指标。由此可知，以全丙接枝环氧树脂胶乳为成膜物质可以制备单组分乳胶漆，该乳胶漆的性能指标已经达到国内领先水平。
如图3所示，以全丙接枝环氧树脂胶乳制备的单组分乳胶漆的检测结果显示，该乳胶漆的性能已经达到溶剂型金属防腐蚀、室内外地坪、以及道路标线等涂料性能标准。
如图4所示，根据对比样性能的平行性能试验结果的分析可知，添加双丙酮丙烯酰胺功能单体，可以有效地提高乳胶漆的耐水性及耐洗擦性。