專利名稱：聚氨酯-脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚氨酯-脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液及制備方法。
背景技術(shù)：
近年來環(huán)氧樹脂涂料特別是水性化環(huán)氧樹脂涂料和納米改性環(huán)氧樹脂涂料迅速發(fā)展。由于環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，如良好的附著力、耐化學(xué)藥品性和耐溶劑性能優(yōu)異、硬度高、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性優(yōu)良，所以一直引起人們的關(guān)注。一般溶劑型環(huán)氧樹脂涂料含有有機揮發(fā)溶劑，這些有機溶劑在涂料的生產(chǎn)和施工階段由于溶劑揮發(fā)進(jìn)入大氣中，對環(huán)境造成污染，危害人類健康。與溶劑型涂料相比，水性環(huán)氧涂料具有許多優(yōu)點，比如有機揮發(fā)物含量低、氣味小、使用安全、甚至不含有機溶劑，可用水清洗等，所以廣泛用作高性能建筑涂料、設(shè)備底漆、運輸工具底漆、汽車底漆和工業(yè)維修面漆等。目前全世界范圍內(nèi)環(huán)氧樹脂水性化主要有機械法、相反轉(zhuǎn)法和化學(xué)改性法三種方法機械法和相反轉(zhuǎn)法制備的環(huán)氧乳液的穩(wěn)定性較差，與水性環(huán)氧固化劑、填料及各種助劑配合使用效果不佳；化學(xué)改性法即自乳化法制備的水性環(huán)氧樹脂乳液中分散相粒子的尺寸可達(dá)到納米級，可形成穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液?；瘜W(xué)改性環(huán)氧樹脂一方面可以引入親水性的極性基團，這些親水性基團能幫助環(huán)氧樹脂在水中分散；另一方面也可以引入其他官能的基團或高分子鏈，用以改善環(huán)氧樹脂的物理性能或賦予其更多的優(yōu)良特性。例如在油性體系利用聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的研究層出不窮，并且也開始在水性體系中應(yīng)用，可以改善環(huán)氧的脆性，增加韌性，但是單純聚氨酯改性固化時間較長，不利于噴涂施工，因此需要進(jìn)行改進(jìn)?？梢岳秒寤母呋钚詠斫鉀Q固化時間的問題，同時還可以改善腐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的聚氨酯-脲改性自乳化納米環(huán)氧乳液的制備方法是運用化學(xué)改性法，將親水鏈段、聚氨酯-脲鏈段引入環(huán)氧樹脂，即聚氨酯-脲改性水性環(huán)氧樹脂，再結(jié)合高速分散機、膠體磨、均質(zhì)機等加工手段，得到粒徑均勻，納米級，且性能優(yōu)良的聚脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明的聚氨酯-聚脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液，乳液固含量40-50%，平均粒徑< 500nm，粘度 500-650 (mPa · S)。本發(fā)明的聚氨酯-脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液的制備方法，步驟如下1)在環(huán)氧樹脂中加入預(yù)熱到50 60°C的非離子型親水鏈段化合物，再加入三氟化硼乙醚或三苯基膦催化劑，于80 100°C下反應(yīng)4 他，得到改性環(huán)氧樹脂；催化劑用量為環(huán)氧樹脂重量的1 3% ；2)向步驟1)的改性環(huán)氧樹脂中滴加多異氰酸酯反應(yīng)得到預(yù)聚體，反應(yīng)溫度50 70°C，反應(yīng)時間1 池；異氰酸酯基與1)步所加胺基比例為1 1 3 ；3)將步驟2)得到的預(yù)聚體與原料環(huán)氧樹脂(與步驟(1)相同)混合均勻，反應(yīng)溫度60 90°C，時間1 池；預(yù)聚體的添加量為環(huán)氧樹脂重量的10 20% ；4)將步驟幻制備的聚脲改性環(huán)氧樹脂在高速分散下滴加去離子水，直至體系粘度突然下降，得到環(huán)氧樹脂乳液；5)將4)制備的乳液經(jīng)膠體磨研磨，再用均質(zhì)機進(jìn)行高壓乳化，得到穩(wěn)定的聚脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液。所述步驟1)中采用的非離子型親水鏈段化合物為聚乙二醇1000或4000與端氨基聚醚D2000的混合物，質(zhì)量比10 1 ；所述步驟幻中采用的多異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二甲苯烷二異氰酸酯或六亞甲基二異氰酸酯。所述步驟3中高速分散機的分散速度為1000 4000r/min。所述步驟4中膠體磨研磨時間為0. 5 1. 5h，轉(zhuǎn)速為2500 3500r/min ；高壓均質(zhì)機乳化壓力為30 lOOMPa，乳化時間為0. 5 1. 5h。本發(fā)明提出的自乳化納米水性乳液由于鏈段中引入了一種含非離子型親水鏈段的化合物，使環(huán)氧樹脂具有自乳化性能，聚氨酯-脲基鏈段改善了涂膜的耐腐蝕性能與固化時間。改性環(huán)氧樹脂形成的水分散體系再經(jīng)過均質(zhì)機高壓乳化，分散粒徑達(dá)到納米級，長時間儲存，物化性能沒有明顯變化，具有很好的穩(wěn)定性。此種方法合成過程不添加任何有機溶劑，且操作簡單，易于實現(xiàn)。采用本發(fā)明所得水性環(huán)氧乳液的性能如下
權(quán)利要求
1.聚脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液，其特征是聚氨酯-聚脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液，乳液固含量40-50%，平均粒徑< 500nm，粘度500-650 (mPa · S)。
2.權(quán)利要求1的聚氨酯-脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液的制備方法，步驟如下1)在環(huán)氧樹脂中加入預(yù)熱到50 60°C的非離子型親水鏈段化合物，再加入三氟化硼乙醚或三苯基膦催化劑，于80 100°C下反應(yīng)4 他，得到改性環(huán)氧樹脂；催化劑用量為環(huán)氧樹脂重量的1 3% ；2)向步驟1)的改性環(huán)氧樹脂中滴加多異氰酸酯反應(yīng)得到預(yù)聚體，反應(yīng)溫度50 70°C，反應(yīng)時間1 池；異氰酸酯基與1)步所加胺基比例為1 1 3 ；3)將步驟2)得到的預(yù)聚體與原料環(huán)氧樹脂混合均勻，反應(yīng)溫度60 90°C，時間1 3h ；預(yù)聚體的添加量為環(huán)氧樹脂重量的10 20% ；4)將步驟幻制備的聚脲改性環(huán)氧樹脂在高速分散下滴加去離子水，直至體系粘度突然下降，得到環(huán)氧樹脂乳液；5)將4)制備的乳液經(jīng)膠體磨研磨，再用均質(zhì)機進(jìn)行高壓乳化，得到穩(wěn)定的聚脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述步驟1)中采用的非離子型親水鏈段化合物為聚乙二醇1000或4000與端氨基聚醚D2000的混合物，質(zhì)量比10 1。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述步驟幻中采用的多異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二甲苯烷二異氰酸酯或六亞甲基二異氰酸酯。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述步驟3中高速分散機的分散速度為1000 4000r/mino
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述步驟4中膠體磨研磨時間為0.5 1. 5h， 轉(zhuǎn)速為2500 3500r/min ；高壓均質(zhì)機乳化壓力為30 lOOMPa，乳化時間為0. 5 1. 5h。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚氨酯-脲改性自乳化納米水性環(huán)氧乳液及制備方法，乳液固含量40-50％，平均粒徑＜500nm，粘度500-650(mPa·S)。本發(fā)明提出的自乳化納米水性乳液由于鏈段中引入了一種含非離子型親水鏈段的化合物，使環(huán)氧樹脂具有自乳化性能，聚氨酯-脲基鏈段改善了涂膜的耐腐蝕性能與固化時間。改性環(huán)氧樹脂形成的水分散體系再經(jīng)過均質(zhì)機高壓乳化，分散粒徑達(dá)到納米級，長時間儲存，物化性能沒有明顯變化，具有很好的穩(wěn)定性。此種方法合成過程不添加任何有機溶劑，且操作簡單，易于實現(xiàn)。
文檔編號C08G18/65GK102295735SQ201110134889
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者劉曉非, 劉運飛, 吳博, 支曉娜 申請人:天津大學(xué)