[发明专利]一种潜伏性非离子型自乳化环氧固化剂的制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种潜伏性非离子型自乳化环氧固化剂的制备方法，该固化剂不仅能很好的应用到水性环氧涂料中、还可以用于制备水性环氧改性沥青材料、水性环氧改性水泥以及潮湿面甚至水下加固工程中的环氧建筑结构胶或环氧灌浆材料。

技术背景

环氧树脂由于具有良好的力学性能、粘接性能、耐腐蚀性、介电性能、固化收缩率、线膨胀系数小、尺寸稳定性好和灵活多样的配方设计等优点，在近代工业中的应用领域越来越广泛。其中涂料、胶粘剂及灌浆材料是环氧树脂的主要应用领域。然而在传统的液体环氧树脂型涂料、粘合剂及灌浆材料，一般都采用挥发性有机溶剂作为稀释剂降低浆液的黏度以满足施工的需要。

随着人们对环境保护的要求日益迫切和严格，对施工人员的保护意识逐渐增强，开发水性环氧体系，即不含VOC(挥发性有机化合物，Volatile Organic Compound)或不含HAP(有害空气污染物，Hazardous Air Pollutants)的环氧体系成为新的研究方向，水性环氧乳液具有无空气污染、安全无毒、施工工具易于清洗等优点，可替代目前广泛使用的溶剂型环氧体系，具有很好的应用价值和社会效益。

国内外从七十年代起开始开发水性环氧体系，早期的水性环氧体系采用外加乳化剂的方法将环氧树脂配成乳液。然而采用外加乳化剂配制的水性环氧体系由于存在很多的不足，体系凝胶后不分相，固化体系中存在大量游离的乳化剂。这些游离的乳化剂不仅减慢了浆液的固化速度，而且固结体的力学性能、耐水性和耐溶剂性等性能比溶剂型的差。为了克服外加乳化剂制备水性环氧的缺点，20世纪80年代以后，逐渐有研究者通过化学改性法开发出水可分散(water dispersible)或自乳化(self-emulsifying)环氧体系，其基本原理是在环氧树脂或固化剂的分子中引入具有表面活性的分子链段。其主要是指通过在环氧树脂分子中引入具有亲水性的基团，使它具有自乳化功能，或者在固化剂分子中引入具有表面活性的疏水链段，使它既具有固化剂的作用，又具有乳化剂的作用。

目前通过改变环氧树脂本身的水溶性制备水可分散环氧树脂的方法主要有以下三种，一是通过含有双键的酸或胺与环氧基反应在环氧树脂主链上引入亲水基团，制备出自由基固化的水性环氧树脂；二是通过丙烯酸类化合物通过自由基接枝在环氧树脂的亚甲基上引入亲水性功能基团，而不改变环氧树脂的主链结构；三是通过含有可离解出离子的苯胺类化合物(如氨基苯磺酸和氨基苯甲酸)制备出两端为环氧基的改性环氧树脂；以上几种方法均要通过调节体系的酸碱度使亲水基团离解成离子，来实现坏氧树脂具有自乳化功能。然而，乳化的效果很容易受到体系pH值的影响；体系中的酸碱会对用该水性树脂制备出的涂料表面有一定的化学腐蚀，如果将该水性环氧体系应用在改性乳化沥青和水泥中，容易影响沥青和水泥的固化；对该水性环氧材料施工时，中和剂的酸或碱对施工人员的伤害也比较大。

正因为如此，具有自乳化作用的固化剂具有更大的应用价值，也是近年来水性环氧体系开发的热点。关于非离子型型的水性环氧固化剂在国内外也有一定的研究，国外如专利US5567748，US 6277928，US 6653369等提出各种非离子型型环氧树脂固化剂的配方，但是这些方法合成的固化剂的制备工艺比较复杂，而且分子量较大，成本较高。国内也有少量关于自乳化环氧固化剂的报道，华南理工大学的周继亮、湖南大学的熊远钦等也相继开发了一种非离子型水性环氧固化剂。本课题组申请的专利CN 200910040473.3报道了利用十八胺和乙二醇缩水甘油醚以及多乙烯多胺制备非离子型自乳化环氧固化剂的方法。此方法制备的非离子型自乳化环氧固化剂具有很好的乳化功能，利用该固化剂制备的水性环氧涂料具有很好的性能。但是该方法涉及到多元胺与双环氧基之间的直接扩连反应，对物料的添加顺序和速度具有很严格的要求，否则容易造成凝胶，且所制备出的固化剂储存期不长。

因此，开发一种制备工艺简单、乳化功能优异和存储期较长的潜伏性非离子型自乳化环氧固化剂对环氧树脂对开发环保型的水性涂料、水性环氧树脂改性水泥、水性环氧树脂改性沥青和潮湿面/水下坏氧粘合剂等方面具有重要的意义。

发明内容