新型水性环氧树脂涂料的研制

    石　磊 , 刘伟区 , 刘艳斌 , 侯孟华

    ( 中国科学院广州化学研究所 , 广州 510650)
 
　  摘　要 : 采用甘氨酸和硅烷偶联剂 KH - 550 同时改性环氧树脂 , 使其成为既具有亲水性又含偶联功能的树脂 , 并制备了稳定的不同固含量的水性环氧乳液系列。性能测试结果表明 , 制得的水性环氧树脂在有机溶剂中的溶解性变差 , 在碱性水溶液中的溶解性增强 , 作为水性环氧涂料 , 其固化物具有优良的涂膜性能 , 特别是与基材的附着力和耐水性得到更明显地改善。

    关键词 : 环氧树脂 ; 甘氨酸 ; KH - 550; 涂膜性能 ; 水性

    0 　引　言

    环氧树脂品种繁多 , 性能优异 , 用途广泛 , 但目前常用的环氧树脂涂料大部分是溶剂型 , 对环境造成严重污染 , 因此 , 开展对水性环氧树脂涂料的研究 , 具有重要的开发意义和实用价值 , 近年来已越来越受到该领域科研工作者的重视 [ 1 ] 。目前 , 国内外制备水性环氧树脂的方法主要有三种 , 即直接法 [ 2 ] 、相反转法 [ 3 ] 、化学改性法 [ 4 ] 。前两种方法制得的粒子粒径较大 , 通常为微米级 , 因为粒子粒径较大 , 使得形成的乳液不够稳定。而自乳化法所制得的粒子较细 , 通常为纳米级 , 乳液稳定性高 , 具有更大的研究开发意义和实用价值。自乳化法又可分为醚化反应型、酯化反应型 [ 5 - 6 ] 和接枝反应型 [ 7 ] 等几种 , 其基本改性原理都是采用环氧树脂与亲水物质反应中和成盐或先通过水解后再中和成盐 [ 8 ] 。本文采用未见文献报道的甘氨酸和硅烷偶联剂 KH - 550 同时改性环氧树脂 , 将极性基团引入环氧树脂并中和成盐 , 使其成为既具有亲水性又含偶联交联功能的树脂 , 成功制备了稳定的固含量不同的水性环氧乳液系列 , 此种水性化方法比较简单易行 , 可以成为未来水性环氧树脂的发展方向之一。作为水性新型环氧涂料 , 其固化物具有优良的涂膜性能 , 特别是在与基材的附着力和耐水性方面得到更明显地改善。

    1 　试验部分

    1. 1 　原料

    双酚 A 型环氧树脂 E - 44: 兰州蓝星树脂有限公司生产 ; 甘氨酸 (GLY) : 分析纯 , 广州日康食用化工有限公司生产 ; γ - 氨丙基三乙氧基硅烷 (KH - 550) : 山东大易化工有限公司生产 ; 三乙烯四胺 , 分析纯 , 天津大茂化学试剂厂生产。

    1. 2 　环氧树脂改性反应

    将一定比例的 E - 44 环氧树脂、水、 KH - 550 、表面活性剂及预先用水溶解的甘氨酸投入三颈瓶中 , 在温度为 80 ～ 85 ℃反应 3 h, 制得水性环氧树脂。实际反应中存在反应 A 与反应 B 。

   反应式 A

   反应式 B

反应 B

    1. 3 　水性环氧树脂乳液的配制

    将制得的水性环氧树脂先用计算量的氢氧化钠水溶液中和 , 再用高剪切分散乳化机将其乳化 , 制得不同固含量稳定的水性环氧乳液。氢氧化钠与羧基反应后形成的羧酸钠可保留在水性环氧乳液中 , 不会影响环氧乳液的固化性能。

     1. 4 　水性环氧固化剂的制备

     将一定比例的 E - 44 、三乙烯四胺、无水乙醇投入三颈烧瓶中 , 在温度 55 ～ 60 ℃下反应 6 h, 减压蒸馏除去乙醇制得。

    1. 5 　涂膜制备

    取出一定量的改性环氧树脂乳液与化学计量的固化剂混合均匀 , 将其涂布于预处理过的铝板上 , 室温固化。