本發明涉及一種化工材料，尤其涉及一種高性能水性環氧樹脂及所得的涂料。

背景技術：

室溫下自干的雙組份水性環氧涂料存在干燥速度較慢和交聯度不夠的問題。較慢的干燥速度，帶來施工周期長和施工環境要求高的問題；交聯度不夠，使漆膜的機械性能和耐性難以提高。多方面的因素，使得雙組份自干水性環氧涂料在實際應用中困難重重，如何提高漆膜的干燥性能，已成為關注的熱點。

技術實現要素：

針對現有雙組份自干水性環氧涂料存在交聯度不夠，使漆膜的機械性能和耐性難以提高的問題，本發明提供了一種高性能水性環氧樹脂及所得的涂料，通過自由基溶液聚合的方法用(甲基)丙烯酸酯類單體和含活潑雙鍵的硅烷偶聯劑對環氧樹脂進行接枝改性，制得高性能水性環氧樹脂。該樹脂配合水性環氧固化劑，可制備出具有良好機械性能和耐久性能的水性雙組份室溫自干涂料。

本發明需解決上述技術問題是通過以下技術方案實現的：一種水性環氧樹脂，由環氧樹脂、有機溶劑、引發劑、單體和中和劑組成，其特征在于：所述的環氧樹脂與有機溶劑的質量比是(0.8-1.2):1；所述液體環氧樹脂與固體環氧樹脂的質量比是(1-2):1；所述環氧樹脂與單體的質量比是(1-2):1；所述引發劑占單體的質量分數是6％-8％。

進一步：在上述水性環氧樹脂中，所述環氧樹脂是固體環氧樹脂和液體環氧樹脂的混合物，所述的固體環氧樹脂相對分子質量為3750±200g/mol，環氧值為0.02-0.045eg/100g；所述的液體環氧樹脂相對分子質量為370±50g/mol，環氧值為0.48-0.54eg/100g。所述的有機溶劑是正丁醇與丙二醇甲醚的混合物；所述的引發劑是過氧化物類；所述的單體是丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、含活潑雙鍵的硅烷偶聯劑中的至少兩種；所述的中和劑是N,N-二甲基乙醇胺。

本發明所得的水性環氧樹脂的參數為外觀：乳白、不透明、泛藍光；黏度：8000-15000mPa·s/25℃；固含量：45±2％；環氧當量：900-1250g/eg。

本發明還提供了上述水性環氧樹脂的制備方法：步驟為：(1)加入環氧樹脂和有機溶劑，充分溶解，升高溫度至回流溫度，加入四分之一質量分數的單體和引發劑混合；(2)其余四分之三質量分數的單體與引發劑的混合物在回流溫度下控制滴加速度，在一定時間內滴加完；(3)升高溫度至保溫溫度，保溫一定時間；(4)降低溫度至中和溫度，加入中和劑中和，并反應一定時間；(5)提高轉速至相反轉轉速，加入去離子水，至完成相反轉。

所述的回流溫度116-118/℃，所述保溫溫度118-123/℃，所述中和溫度40-70/℃，所述中和度80-100/％，所述滴加單體的時間1-3/h，所述保溫時間3-5/h，所述反應過程中轉速150-300r/min，所述相反轉過程轉速800-1200r/min。

本發明還提供了由上述水性環氧樹脂所得的涂料配比如下：

(1)基本配方如表1所示：

表1

①所述甲組份中不揮發份重量百分含量為48-53％，其中：

去離子水，為自制，重量百分含量為15-30％。

分散劑，為高分子量改性聚丙烯酸酯溶液，重量百分含量為0.5-5％。

消泡劑，為聚醚硅氧烷共聚物乳液，重量百分含量為0.05-0.5％。

防沉劑，為水性膨潤土，重量百分含量為0.1-1％。

鈦白粉，為氯化法生產，經氧化鋯/氧化鋁處理而成的金紅石型二氧化鈦顏料，重量百分含量為10-30％。

硫酸鋇，為超細沉淀硫酸鋇，重量百分含量為5-15％。

水性環氧樹脂，為自制，重量百分含量為45-55％。

流平劑，為聚醚改性聚硅氧烷溶液，重量百分含量為0.05-0.5％。

以上甲組份中所含各種原材料重量百分含量之和為100％。

②所述乙組份中不揮發份重量百分含量為28-33％，其中：

改性多胺類固化劑，其黏度為10000-15000mPa·s，固含為60％，活潑氫當量為248g/mol，重量百分含量為45-55％。

醚酯類溶劑，為丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)，重量百分含量為20-30％。

去離子水，為自制，重量百分含量為20-30％。

以上乙組份中所含各種原材料重量百分含量之和為100％。

③所述稀釋劑為去離子水，自制。

(2)制備方法

①甲組份制備方法

步驟A：按順序在500-800r/min轉速下加入第1-4項，分散均勻后，提高轉速至1200-1500r/min分散至細度≤25μm；

步驟B：調整轉速至800-1200r/min下，加入第5、6項，提高轉速至2500-3000r/min下，分散至細度≤25μm；

步驟C：調整轉速至800-1200r/min下，加入第7項，分散均勻后，加入第8項，分散15min；

步驟C：送檢，合格后過濾包裝。

②乙組份制備方法

將2、3項混合均勻后，加入到固化劑，充分攪拌均勻；送檢，合格后包裝。

(3)施工說明

本發明在施工時，將甲組份與乙組份以100:20的重量分數比混合，加入適量的稀釋劑攪拌均勻并調整至施工黏度，即可施工，室溫下干燥后即可獲得附著力和裝飾性能優異的涂層。

與現有技術相比，本發明有益的技術效果是：

其一、將大分子量環氧樹脂與低分子量環氧樹脂混合后改性，采用自由基溶液聚合，經過一系列工序，制備丙烯酸-含活潑雙鍵的硅烷偶聯劑改性水性環氧樹脂。

其二、選擇合適的水性環氧固化劑，搭配所制水性環氧樹脂，制得性能優異的雙組份水性環氧涂料，其室溫干燥性能、機械性能等優異，且適用于多種基材。

具體實施例

本發明的主旨是通過自由基溶液聚合的方法用(甲基)丙烯酸酯類單體和含活潑雙鍵的硅烷偶聯劑對環氧樹脂進行接枝改性，制得高性能水性環氧樹脂。該樹脂配合水性環氧固化劑，可制備出具有良好機械性能和耐久性能的水性雙組份室溫自干涂料。下面結合實施例對本發明的內容作進一步的說明：

水性環氧樹脂的合成實施例如下表2：

上述水性環氧樹脂中，所述環氧樹脂是固體環氧樹脂和液體環氧樹脂的混合物，所述的固體環氧樹脂相對分子質量為3750±200g/mol，環氧值為0.02-0.045eg/100g；所述的液體環氧樹脂相對分子質量為370±50g/mol，環氧值為0.48-0.54eg/100g。所述的有機溶劑是正丁醇與丙二醇甲醚的混合物；所述的引發劑是過氧化物類；所述的單體是丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、含活潑雙鍵的硅烷偶聯劑中的至少兩種；所述的中和劑是N,N-二甲基乙醇胺。

其制備步驟為：(1)加入環氧樹脂和有機溶劑，充分溶解，升高溫度至回流溫度，加入四分之一質量分數的單體和引發劑混合；(2)其余四分之三質量分數的單體與引發劑的混合物在116-118℃的回流溫度下滴加，在1-3小時內滴加完；(3)升高溫度至118-123℃的保溫溫度，保溫3-5小時；(4)降低溫度至40-70℃的中和溫度，加入中和劑中和，反應過程中有攪拌器，其轉速150-300轉每分；(5)提高轉速至相反轉轉速，加入去離子水，相反轉過程轉速800-1200轉每分，至完成相反轉。

實驗結果如下表3：

結果分析，通過控制變量對固體環氧樹脂與液體環氧樹脂的用量配比、環氧樹脂與單體的用量配比、環氧樹脂與混合溶劑的用量配比進行對比。實施例1與實例2相比，增加液體環氧的用量，可以提高體系的環氧值，同時體系的黏度增加，更適用于高機械性能要求的情況；實例1、3、4相對比，隨著單體用量的增加，體系黏度提高、環氧值降低、色澤加深，高單體體系更適于面漆、低單體體系更適于底漆或底面合一的情況；實例1、5、6相比，隨著體系提高混合溶劑的用量利于降低體系的黏度，可用這種方法來調節體系黏度以適用于多種情況。

水性環氧涂料的應用實施例如下表4：

按照上面的配方，和上文所述制作工藝，制備甲組份、乙組份。將甲組份與乙組份以100:20的重量分數比混合，加入適量的稀釋劑攪拌均勻，并調整至施工黏度，即可施工，室溫下干燥后進行性能檢測如表5所示：

表5-1：實施例1涂料的性能檢測

表5-2：實施例2涂料的性能檢測

表5-3：實施例3涂料的性能檢測

以上結果表明，該水性環氧樹脂，在制備得雙組份水性環氧涂料后，施工性能、表面效果、貯存穩定性良好，機械性能、干燥性能突出，適用于玻璃、陶瓷、木材多種基材。

上述實施例，只是本發明的較佳實施例，并非用來限制本發明的實施范圍，故凡以本發明權利要求所述的特征及原理所做的等效變化或修飾，均應包括在本發明權利要求范圍之內。