一种耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯及其制备方法

摘要

本发明涉及水性涂料技术领域，尤其涉及一种耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯，以质量份数计：将26‑32份亚麻油酸、12‑16份环氧树脂E‑20、8.5‑12.5份环氧树脂E‑03、4.8‑7.5份苯甲酸、2.2‑3.8份苯酐和0.2份抗氧剂放入反应釜，升温至120℃开启搅拌；升温至160℃，保温1h；升温至180℃，保温1h；升温至240℃，保温3‑4h；开始降温至160℃，加入2‑4份有机硅氧烷偶联剂，保温1h；降温至120℃加入18‑25份乙二醇丁醚，搅拌均匀得到产品。通过有机硅氧烷与环氧树脂中的羟基、羧基反应，将有机硅氧烷链段引入到水性环氧树脂体系中，制得的水性环氧酯具有高耐水性和耐腐蚀性。

说明书

技术领域

本发明涉及水性涂料技术领域，尤其涉及一种耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯及其制备方法。

背景技术

水性涂料常用的水性树脂有：水性环氧树脂、水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂等。水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系。由于环氧树脂是线型结构的热固性树脂，所以施工前必须加入水性环氧固化剂，在室温环境下发生化学交联反应，环氧树脂固化后就改变了原来可溶可熔的性质而变成不溶不熔的空间网状结构，显示出优异的性能。水性环氧树脂涂料除了具有溶剂型环氧树脂涂料的诸多优点：一是适应能力强，对众多底材具有极高的附着力，固化后的涂膜耐腐蚀性和耐化学药品性能优异，并且涂膜收缩小、硬度高、耐磨性好、电气绝缘性能优异等；二是环保性能好，还具有不含有机溶剂或挥发性有机化合物含量较低，不会造成空气污染，因而满足当前环境保护的要求；三是真正水性化，以水作为分散介质，价格低廉、无气味、不燃，储存、运输和使用过程中的安全性也大为提高；四是操作性佳，水性环氧树脂涂料的施工操作性能好，施工工具可用水直接清洗，可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保证有很高的交联密度。这是通常的水性丙烯酸涂料和水性聚氨酯涂料所无法比拟的。水性环氧酯是水性环氧树脂的一种,为水性环氧树脂的改性产品之一，可配制成水性工业涂料，涂膜对金属的附着力强，具有优良的耐水性、耐碱性、耐化学腐蚀性，涂膜坚韧、耐冲击力等突出的性能优势。

申请公开号CN 101864044 A(公开日：2010.10.29)的中国专利申请文献公开了“一种水性丙烯酸改性环氧酯树脂是由20-30重量份的环氧酯预聚体与5-15份的乙烯基单体、5-15份的丙烯酸类单体、0.5-1份的引发剂的作用下进行接枝，再经水性化所得到的水性产品；其酸值为20-40mgKOH/g，固体份为30-50％。”经过分析和实际使用时通过丙烯酸改性的环氧酯树脂虽然干燥速度提高，但耐水性、耐候性、耐腐蚀性能相比较差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种耐水性能、耐腐蚀性能好的水性环氧酯及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯，包括亚麻油酸、环氧树脂E-20、环氧树脂E-03、苯甲酸、苯酐、抗氧剂、有机硅氧烷偶联剂和乙二醇丁醚；以质量份数计，所述亚麻油酸：26-32份；环氧树脂E-20：12-16份；环氧树脂E-03：8.5-12.5份；苯甲酸：4.8-7.5份；苯酐:2.2-3.8份；抗氧剂：0.2份；有机硅氧烷偶联剂：2-4份；乙二醇丁醚18-25份。

进一步，作为优选的，以质量份数计，包括所述亚麻油酸：28-30份；环氧树脂E-20：13-15份；环氧树脂E-03：9-11份；苯甲酸：5.5-7.2份；苯酐:2.5-3.5份；抗氧剂：0.2份；有机硅氧烷偶联剂：2.5-3.5份；乙二醇丁醚19-20.5份。

其中，所述环氧树脂E-20为双酚A型环氧树脂(E-20)。

所述环氧树脂E-03为双酚A型环氧树脂(E-03)。

所述有机硅氧烷偶联剂为KH-550或KH-560。所述KH-550为γ―氨丙基三乙氧基硅烷；所述KH-560为γ-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷。。

本发明提供一种制备耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯的方法，

步骤一、将26-32份亚麻油酸、12-16份环氧树脂E-20、8.5-12.5份环氧树脂E-03、4.8-7.5份苯甲酸、2.2-3.8份苯酐、0.2份抗氧剂依次添加到反应釜中，将反应釜的温度从室温升温到120℃；

步骤二、开启反应釜的搅拌装置进行搅拌，将温度升温至160℃，然后保温进行第一次酯化反应，反应时间1小时；

步骤三，继续将温度升温至180℃，然后保温进行第二次酯化反应，反应时间1小时；

步骤四、继续将温度升温至240℃，然后保温进行第三次酯化反应，反应时间3至4小时；

步骤五、开启反应釜内的冷却系统将反应釜内的温度降至160℃，加入2-4份有机硅氧烷偶联剂后保温进行缩聚反应，反应时间1小时；

步骤六、再次开启反应釜内的冷却系统将反应釜内的温度降至120℃，加入18-25份乙二醇丁醚，搅拌均匀后制得耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯。

与现有技术相比，本发明的有点和有益效果是：采用本发明的技术方案后，通过有机硅氧烷偶联剂中的氨基、环氧基与环氧树脂分子链中的羟基、羧基进行缩聚反应，从而将有机硅氧烷链段引入到水性环氧树脂体系中，合成了耐水性、防腐性均优良的水性氨基、环氧基有机硅氧烷改性环氧酯树脂，偶联剂含有甲氧基硅烷无机活性基官能团，该官能团水解后形成的硅羟基与无机材料表面的羟基发生缩合反应，从而提高水性环氧树脂对底材的附着力，同时，由于偶联剂支链部分有机硅氧烷链段的引入，大大提高了该水性环氧酯的耐腐蚀性、耐酸碱性和耐水性。

具体实施方式

一种耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯，其特征在于：包括亚麻油酸、环氧树脂E-20、环氧树脂E-03、苯甲酸、苯酐、抗氧剂、有机硅氧烷偶联剂和乙二醇丁醚；以质量份数计，所述亚麻油酸：26-32份；环氧树脂E-20：12-16份；环氧树脂E-03：8.5-12.5份；苯甲酸：4.8-7.5份；苯酐:2.2-3.8份；抗氧剂：0.2份；有机硅氧烷偶联剂：2-4份；乙二醇丁醚18-25份。

作为优选的，以质量份数计，包括所述亚麻油酸：28-30份；环氧树脂E-20：13-15份；环氧树脂E-03：9-11份；苯甲酸：5.5-7.2份；苯酐:2.5-3.5份；抗氧剂：0.2份；有机硅氧烷偶联剂：2.5-3.5份；乙二醇丁醚19-20.5份。

下面通过三个具体实施方式来对本发明的技术方案进行详细阐述：

实施方式一

一种耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯，包括亚麻油酸、环氧树脂E-20、环氧树脂E-03、苯甲酸、苯酐、抗氧剂、有机硅氧烷偶联剂和乙二醇丁醚；以质量份数计，所述亚麻油酸：29份；环氧树脂E-20：14份；环氧树脂E-03：10份；苯甲酸：6份；苯酐:3份；抗氧剂：0.2份；有机硅氧烷偶联剂：3份；乙二醇丁醚19.5份。

其中，所述环氧树脂E-20为双酚A型环氧树脂(E-20)。

所述环氧树脂E-03为双酚A型环氧树脂(E-03)。

所述有机硅氧烷偶联剂为KH-550或KH-560。所述KH-550为γ―氨丙基三乙氧基硅烷；所述KH-560为γ-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷。

一种耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯的制备过程如下：

步骤一、将29份亚麻油酸、14份环氧树脂E-20、10份环氧树脂E-03、6份苯甲酸、3份苯酐、0.2份抗氧剂依次添加到反应釜中，将反应釜的温度从室温升温到120℃；

步骤二、开启反应釜的搅拌装置进行搅拌，将温度升温至160℃，然后保温进行第一次酯化反应，反应时间1小时；

步骤三，继续将温度升温至180℃，然后保温进行第二次酯化反应，反应时间1小时；

步骤四、继续将温度升温至240℃，然后保温进行第三次酯化反应，反应时间3.5小时；

步骤五、开启反应釜内的冷却系统将反应釜内的温度降至160℃，加入3份有机硅氧烷偶联剂后保温进行缩聚反应，反应时间1小时；在反应过程中，有机硅氧烷单体中的氨基、环氧基与环氧树脂分子链中的羟基、羧基反应。

偶联剂KH-550即γ―氨丙基三乙氧基硅烷的分子结构式为：

KH-550是一种含有一个氨基活性基和一个甲氧基硅烷无机活性基的双官能团硅烷。氨基具有与羧基进行反应的活性，其反应机理为：

KH-560即γ-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷的分子结构式为：

KH-560是一种含有一个环氧有机活性基和一个甲氧基硅烷无机活性基的双官能团硅烷。环氧基具有与醇羟基、羧基进行反应的活性，其反应机理为：

与羧基反应：

与羟基反应：

经过反应后将有机硅氧烷链段引入到水性环氧树脂体系中，合成了耐水性、防腐性均优良的水性环氧基有机硅氧烷改性环氧酯树脂，有机硅氧烷偶联剂含有甲氧基硅烷无机活性基官能团，该官能团水解后形成的硅羟基与无机材料表面的羟基发生缩合反应，从而提高水性环氧酯树脂对底材的附着力，同时，由于硅烷偶联剂支链部分有机硅氧烷链段的引入，大大提高了该水性环氧酯树脂的耐腐蚀性、耐酸碱性和耐水性。

步骤六、再次开启反应釜内的冷却系统将反应釜内的温度降至120℃，加入19.5份乙二醇丁醚，搅拌均匀后制得耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯。

本实施例得到的产品水性环氧酯检测结果：

本发明得到的水性环氧酯应用于水性工业防腐涂料中，制得水性工业涂料，采用喷涂方式涂覆于标准马口铁板表面上，室温放置7天后，铁板表面形成一层厚度25-30μm的漆膜，取出放至恒温，进行各项性能检测，该漆膜的性能如下表所示：

其中，干燥速度：按照GB1728的规定进行检测，测得实际数据。

漆膜厚度：按照GB1764的规定进行检测，符合标准样板的要求。

附着力：按照GB/T1720-1988的规定，使用划格法进行测试，检验结果均在1级以上。

硬度：按照GB/T6739-2006的规定进行检测，按标准测试方法进行铅笔法试验，检测结果的硬度大于等于H，性能达到检测指标要求。

耐冲击性：按照GB/T1732-2007的规定进行检测，检测结果的耐冲击性大于等于40cm，性能达到检测指标要求。

耐水性：按照GB/T1733-93的规定进行检测，耐水性大于等于240h，允许轻微变色，6小时可恢复。

耐盐雾性：按照GB/T1771-2007的规定进行检测，耐盐雾性能大于等于360h，漆膜无变化。

耐候性：按照GB/T1865－2009的规定进行检测，200h不起泡、不开裂、不剥落。失光≤3级，粉化≤1级。

实施方式二

一种耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯，以质量份数计，所述亚麻油酸：32份；环氧树脂E-20：16份；环氧树脂E-03：12.5份；苯甲酸：7.5份；苯酐:3.8份；抗氧剂：0.2份；有机硅氧烷偶联剂:4份；乙二醇丁醚25份。采用上述配比后，将制备方法的步骤四的保温时间设定为4小时。制得产品后，经过测试产品效果满足要求，并应用于水性工业防腐涂料中，制得的水性工业涂料具有良好的耐水性、耐腐蚀性等性能。

实施方式三

一种耐水性、耐腐蚀性好的水性环氧酯，以质量份数计，所述亚麻油酸：26份；环氧树脂E-20：12份；环氧树脂E-03：8.5份；苯甲酸：4.8份；苯酐:2.2份；抗氧剂：0.2份；有机硅氧烷偶联剂:2份；乙二醇丁醚18份。采用上述配比后，将制备方法的步骤四的保温时间设定为3小时。制得产品后，经过测试产品效果满足要求，并应用于水性工业防腐涂料中，制得的水性工业涂料具有良好的耐水性、耐腐蚀性等性能。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围。