[发明专利]一种自乳化阳离子环氧乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水性环氧涂料用乳液的制备，具体涉及一种适用于阴极电泳涂料的自乳化阳离子环氧乳液的制备。

背景技术

阳离子环氧乳液是环氧阴极电泳涂料的主要成膜物质，其传统合成工艺将中等分子量的固体环氧树脂溶解后与亲水性的有机胺反应，再经有机酸中和、乳化制得。当亲水性胺类被引入环氧树脂分子后，树脂分子之间的氢键作用很强，树脂分子容易聚结在一起沉淀出来，不能形成外亲水、内疏水的稳定的乳胶粒子，仍需要补加一定量乳化剂，外加的乳化剂不仅会在涂料成膜的过程中析出，影响涂层的性能，而且有些乳化剂难以降解，会对自然环境产生危害。且使用中等分子量的固体环氧树脂为原料，因树脂分子量分布范围宽，制成电泳涂料后的电泳乳胶粒大小不一，会影响工件的涂覆效果。相比传统型的环氧乳液，阳离子型自乳化环氧乳液以叔/季胺盐阳离子环氧树脂为树脂主体，其分子中既有疏水性的碳链，还有亲水性的阳离子链段，树脂分子具备自乳化功能，所以无需借助乳化剂便可以稳定的乳化在水中，从而避免了传统型环氧乳液的上述缺陷。

专利CN103113808将环氧树脂和活性稀释剂混合，加入多元醇胺进行开环胺化，再加入有机酸中和后制得一种水性环氧树脂混合乳液。缺点是乳液稳定性差，如不外加乳化剂，很难达到稳定的分散效果。专利CN101585899B通过溶液自由聚合方法将带有环氧基、酰胺基和羟基的烯类单体接枝到低分子双酚A环氧树脂主链上，再对接枝共聚物开环胺化、中和，分散在水中形成阳离子型改性环氧树脂乳液，应用于阴极电泳涂料的制备，乳液离子基团浓度高，稳定较好。但其接枝反应难以控制，接枝效率低，最后产物中未反应的单体会影响阴极电泳涂膜的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服传统工艺的缺陷，提供一种稳定性较好、涂覆性能优异的适用于阴极电泳涂料的自乳化阳离子环氧乳液的制备方法。

本发明方法包括如下顺序的步骤：

（1）扩链环氧树脂的制备：

以分子量为900～1000的双酚A型小分子量液体环氧树脂、双酚A、十二烷基酚、聚氧乙烯醚为原料投料；其中，双酚A型小分子量液体环氧树脂与双酚A的摩尔比为1：0.5～1，十二烷基酚、聚氧乙烯醚分别占总环氧基物质量的20～30%和0～5%；将上述混合物升温至110～120℃，加入催化剂，体系开始放热，控制温度在150～180℃，反应1～1.5小时后，生成中等分子量的扩链环氧树脂；

（2）环氧树脂开环胺化：

在步骤（1）制得的扩链环氧树脂用溶剂溶解，再在其中加入乙二醇胺，升温至90～100℃，反应2～3小时，然后降温至50～70℃，加入有机多胺，反应1小时，升温至90～100℃，继续反应1～2小时，制得开环胺化环氧树脂；其中，乙二醇胺、有机多胺分别占总环氧基物质量的40～50%和10～20%；

（3）全封闭改性异氰酸酯固化剂制备及自乳化阳离子环氧树脂乳液的制备：

（I）将MDI固化剂、催化剂、溶剂置于装有冷凝管、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，搅拌并加热至50～60℃，保温0.5小时；再通过恒压滴液漏斗滴加封闭溶剂到反应体系中，升温至80～100℃，保温2～3小时，制得全封闭改性MDI固化剂；其中，MDI固化剂与封闭溶剂摩尔比为1：1～1.1；

（II）将步骤（2）制得的开环胺化环氧树脂与全封闭改性MDI固化剂、乳酸高速分散，并乳化在去离子水中，得到自乳化阳离子环氧乳液；控制乳液指标为固含量30±5%，pH值在25℃下为6.0±0.5，电导率在25℃下为1000±500μs·cm^-1。

具体地说，步骤（1）中所述催化剂是碱性催化剂，选自N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二甲基苄胺、三乙胺、N,N-二乙基间甲苯甲酰胺中的一种。

具体地说，步骤（2）中所述的有机多胺是N,N-二甲基氨基丙胺、二乙烯三胺、二乙基甲苯二胺、改性多元聚酰胺的一种。

具体地说，步骤（3）中所述封闭溶剂是甲乙酮肟、乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二甲基乙醇胺中的一种。

本发明以双酚A、十二烷基酚、聚氧乙烯醚对低分子量环氧树脂进行扩链，得到中等分子量扩链环氧树脂；以二乙醇胺等有机单胺类、N,N-二甲基氨基丙胺等有机多胺类化合物对扩链环氧树脂进行开环胺化；以全封闭改性MDI为固化剂，乳酸中和、乳化在去离子水中得到自乳化阳离子环氧乳液。环氧乳液以叔/季胺盐阳离子环氧树脂为树脂主体，其分子中既有疏水性的碳链，还有亲水性的阳离子链段，树脂分子具备自乳化功能，无需借助乳化剂便可以稳定的乳化在水中。