一种水性阳离子型环氧固化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及环氧固化剂技术领域，具体涉及一种水性阳离子型环氧固化剂及其制备方法。

背景技术

水性环氧树脂以水为溶剂，施工安全方便，同时符合环保要求，未来有可能完全代替传统的溶剂型环氧树脂。目前，水性环氧树脂常用的固化剂包括水性非离子型环氧固化剂和水性离子型环氧固化剂。水性非离子型环氧固化剂具有储存稳定性好、与水性环氧树脂复配成膜形成的漆膜耐盐雾性能优异等优点，但其生产成本较高，应用受到了很大限制。水性离子型环氧固化剂的生产成本相对较低，具有更好的实际应用前景。然而，现有的水性离子型环氧固化剂大多存在储存稳定性较差、与水性环氧树脂复配成膜形成的漆膜的防腐性能较差等问题，难以完全满足实际应用要求。

因此，开发一种制备工艺简单、生产成本低、储存稳定性好、与水性环氧树脂复配成膜形成的漆膜防腐性能优异的水性阳离子型环氧固化剂具有十分重要的意义。

以上陈述仅仅是提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性阳离子型环氧固化剂及其制备方法

本发明所采取的技术方案是：

一种水性阳离子型环氧固化剂的制备方法，其包括以下步骤：

1)将小分子酮/醛和多乙烯多胺混合进行反应，得到含仲胺基团的中间体；

2)将过量的含环氧基团的化合物加入含仲胺基团的中间体中进行反应，得到含叔胺结构的中间体；

3)将小分子酸溶液加入含叔胺结构的中间体中进行反应，得到含伯胺基团的阳离子型环氧固化剂；

4)将含伯胺基团的阳离子型环氧固化剂部分封端，再加水稀释，再抽真空脱除小分子酮

/醛，即得水性阳离子型环氧固化剂。

优选的，步骤1)所述小分子酮为丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、环己酮、异佛尔酮中的至少一种。

优选的，步骤1)所述小分子醛为丙醛、正丁醛、异丁醛、正戊醛、异戊醛、新戊醛中的至少一种。

优选的，步骤1)所述多乙烯多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的至少一种。

优选的，步骤1)所述小分子酮/醛、多乙烯多胺中的伯胺基团的摩尔比为1.2～1.6:1。

优选的，步骤1)所述反应在70℃～100℃下进行，反应时间为8h～12h。

优选的，步骤1)的具体操作为：将小分子酮/醛和多乙烯多胺混合进行反应，并在反应过程中及时移除反应产生的水，再在温度为100℃～120℃、真空度为-0.10MPa～-0.06MPa的条件下进行1h～3h抽真空操作(移除过量的小分子酮/醛)，得到含仲胺基团的中间体。

优选的，步骤2)所述含环氧基团的化合物为单缩水甘油醚、具有双环氧基团的疏水性环氧树脂中的至少一种。

优选的，所述单缩水甘油醚为C

优选的，所述具有双环氧基团的疏水性环氧树脂为环氧树脂E51、环氧树脂E44、环氧树脂E20中的至少一种。

优选的，步骤2)所述含环氧基团的化合物中的环氧基团、含仲胺基团的中间体中的仲胺基团的摩尔比为1.2～1.6:1。

优选的，步骤2)所述反应在70℃～90℃下进行，反应时间为1h～3h。

优选的，步骤3)所述小分子酸溶液中的小分子酸为甲酸、醋酸、丙酸中的至少一种。

优选的，步骤3)所述小分子酸溶液中的小分子酸、含叔胺结构的中间体中的叔胺基团的摩尔比为0.3～0.6:1。

优选的，步骤3)所述小分子酸溶液中的水、含叔胺结构的中间体中的酮/醛亚胺的摩尔比为2.2～3.0:1。

优选的，步骤4)所述封端在70℃～90℃下进行，反应时间为1h～3h。

优选的，步骤4)所述水的加入量为含叔胺结构的中间体质量的60％～100％。

优选的，步骤4)所述水的温度为30℃～60℃。

优选的，步骤4)所述加水稀释在搅拌速度为500r/min～1500r/min的条件下进行，搅拌时间为20min～60min。

优选的，步骤4)所述抽真空脱除小分子酮/醛的具体操作为：在温度为50℃～80℃、真空度为-0.10MPa～-0.06MPa的条件下进行1h～3h抽真空操作(移除过量的小分子酮/醛)。

一种水性阳离子型环氧固化剂，其由上述制备方法制成。

本发明的有益效果是：本发明的水性阳离子型环氧固化剂与水性环氧树脂复配成膜形成的漆膜防腐性能优异，且其制备工艺简单、生产成本低、储存稳定性好，适合进行大规模工业化应用。

具体而言：

1)本发明基于伯氨基保护法，使多乙烯多胺中的不同胺基氢可以有效地选择性参与反应(仲胺基只参与叔胺化和阳离子化反应，伯胺基参与封闭、解封、部分封端等反应)，制备得到了具有优异的储存稳定性的水性阳离子型环氧固化剂，且其与水性环氧树脂复配成膜形成的漆膜具有优异的防腐性能，可以应用在水性环氧涂料领域；

2)本发明的水性阳离子型环氧固化剂的原料廉价易得，制备成本低廉，工艺简单，适宜大批量工业生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1：

一种水性阳离子型环氧固化剂，其制备方法包括以下步骤：

1)将216g的异丁醛和103g的二乙烯三胺混合(异丁醛、二乙烯三胺中的伯胺基团的摩尔比为1.5:1)，70℃密闭反应8h，并在反应过程中及时移除反应产生的水，再在温度为100℃、真空度为-0.08MPa的条件下进行1h抽真空操作(移除过量的异丁醛)，得到211g的二乙烯三胺基醛亚胺中间体；

2)将150g的苯基缩水甘油醚和170g的苄基缩水甘油醚加入二乙烯三胺基醛亚胺中间体中(苯基缩水甘油醚和苄基缩水甘油醚中的环氧基团与二乙烯三胺基醛亚胺中间体中的仲胺基团的摩尔比为1.6:1)，70℃反应3h，得到531g的含有叔胺结构的二乙烯三胺基醛亚胺中间体；

3)将73.2g质量分数41％的醋酸溶液加入含有叔胺结构的二乙烯三胺基醛亚胺中间体中(醋酸溶液中的醋酸、含有叔胺结构的二乙烯三胺基醛亚胺中间体中的叔胺基团的摩尔比为0.5:1，醋酸溶液中的水、含有叔胺结构的二乙烯三胺基醛亚胺中间体中的醛亚胺的摩尔比为2.4:1)，常温反应10min，得到含伯胺基团的阳离子型环氧固化剂；

4)将含伯胺基团的阳离子型环氧固化剂升温至70℃后反应3h，再降温至30℃后加入531g的去离子水(去离子水的加入量为含有叔胺结构的二乙烯三胺基醛亚胺中间体质量的100％)，控制搅拌速度为500r/min，搅拌20min，再在温度为50℃、真空度为-0.08MPa的条件下进行3h抽真空操作(移除过量的异丁醛和部分去离子水)，即得水性阳离子型环氧固化剂。

实施例2：

一种水性阳离子型环氧固化剂，其制备方法包括以下步骤：

1)将240g的甲基异丁基酮和146g的三乙烯四胺混合(甲基异丁基酮、三乙烯四胺中的伯胺基团的摩尔比为1.2:1)，100℃密闭反应10h，并在反应过程中及时移除反应产生的水，再在温度为120℃、真空度为-0.09MPa的条件下进行2h抽真空操作，得到510g的三乙烯四胺基酮亚胺中间体；

2)将300g的丁基缩水甘油醚和150g的环氧树脂E51加入三乙烯四胺基酮亚胺中间体中(丁基缩水甘油醚和环氧树脂E51中的环氧基团与三乙烯四胺基酮亚胺中间体中的仲胺基团的摩尔比为1.4:1)，80℃反应2h，得到960g的含有叔胺结构三乙烯四胺基酮亚胺中间体；

3)将105g质量分数56％的丙酸溶液加入含有叔胺结构三乙烯四胺基酮亚胺中间体中(丙酸溶液中的丙酸、含有叔胺结构三乙烯四胺基酮亚胺中间体中的叔胺基团的摩尔比为0.4:1，丙酸溶液中的水、含有叔胺结构三乙烯四胺基酮亚胺中间体中的醛亚胺的摩尔比为2.6:1)，常温反应20min，得到含伯胺基团的阳离子型环氧固化剂；

4)将含伯胺基团的阳离子型环氧固化剂升温至80℃后反应2h，再降温至40℃后加入768g的去离子水(去离子水的加入量为含有叔胺结构三乙烯四胺基酮亚胺中间体质量的80％)，控制搅拌速度为800r/min，搅拌60min，再在温度为60℃、真空度为-0.09MPa的条件下进行2h抽真空操作(移除过量的甲基异丁基酮和部分去离子水)，即得水性阳离子型环氧固化剂。

实施例3：

一种水性阳离子型环氧固化剂，其制备方法包括以下步骤：

1)将230g的丁酮和189g的四乙烯五胺混合(丁酮、四乙烯五胺中的伯胺基团的摩尔比为1.6:1)，90℃密闭反应9h，并在反应过程中及时移除反应产生的水，再在温度为110℃、真空度为-0.06MPa的条件下进行3h抽真空操作，得到297g的四乙烯五胺基酮亚胺中间体；

2)将150g的丁基缩水甘油醚、240g的辛基缩水甘油醚、280g的十二烷基缩水甘油醚和140g的环氧树脂E44加入四乙烯五胺基酮亚胺中间体中(丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、十二烷基缩水甘油醚和环氧树脂E44中的环氧基团与四乙烯五胺基酮亚胺中间体中的仲胺基团的摩尔比为1.2:1)，90℃反应1h，得到1107g的含有叔胺结构四乙烯五胺基酮亚胺中间体；

3)将137g质量分数60％的甲酸溶液加入含有叔胺结构四乙烯五胺基酮亚胺中间体中(甲酸溶液中的甲酸、含有叔胺结构四乙烯五胺基酮亚胺中间体中的叔胺基团的摩尔比为0.6:1，甲酸溶液中的水、含有叔胺结构四乙烯五胺基酮亚胺中间体中的醛亚胺的摩尔比为3.0:1)，常温反应30min，得到含伯胺基团的阳离子型环氧固化剂；

4)将含伯胺基团的阳离子型环氧固化剂升温至90℃后反应1h，再降温至50℃后加入665g的去离子水(去离子水的加入量为含有叔胺结构四乙烯五胺基酮亚胺中间体质量的60％)，控制搅拌速度为1500r/min，搅拌40min，再在温度为80℃、真空度为-0.07MPa的条件下进行1h抽真空操作(移除过量的丁酮和部分去离子水)，即得水性阳离子型环氧固化剂。

实施例4：

一种水性阳离子型环氧固化剂，其制备方法包括以下步骤：

1)将240g的新戊醛、31g的二乙烯三胺和102g的三乙烯四胺混合(新戊醛与二乙烯三胺和三乙烯四胺中的伯胺基团的摩尔比为1.4:1)，80℃密闭反应12h，并在反应过程中及时移除反应产生的水，再在温度为120℃、真空度为-0.07MPa的条件下进行1h抽真空操作，得到269g的二乙烯三胺和三乙烯四胺混合基醛亚胺中间体；

2)将130g的葵基缩水甘油醚、200g的苯基缩水甘油醚、80g的腰果酚缩水甘油醚、100g的环氧树脂E51和100g的环氧树脂E20加入二乙烯三胺和三乙烯四胺混合基醛亚胺中间体中(葵基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、腰果酚缩水甘油醚、环氧树脂E51和环氧树脂E20中的环氧基团与二乙烯三胺和三乙烯四胺混合基醛亚胺中间体中的仲胺基团的摩尔比为1.5:1)，80℃反应2.5h，得到879g的含有叔胺结构二乙烯三胺和三乙烯四胺混合基醛亚胺中间体；

3)将70g质量分数42％的醋酸溶液加入含有叔胺结构二乙烯三胺和三乙烯四胺混合基醛亚胺中间体中(醋酸溶液中的醋酸、含有叔胺结构二乙烯三胺和三乙烯四胺混合基醛亚胺中间体中的叔胺基团的摩尔比为0.3:1，醋酸溶液中的水、含有叔胺结构二乙烯三胺和三乙烯四胺混合基醛亚胺中间体中的醛亚胺的摩尔比为2.2:1)，常温反应30min，得到含伯胺基团的阳离子型环氧固化剂；

4)将含伯胺基团的阳离子型环氧固化剂升温至80℃后反应2h，再降温至60℃后加入615g的去离子水(去离子水的加入量为含有叔胺结构二乙烯三胺和三乙烯四胺混合基醛亚胺中间体质量的70％)，控制搅拌速度为1100r/min，搅拌30min，再在温度为70℃、真空度为-0.06MPa的条件下进行3h抽真空操作(移除过量的新戊醛和部分去离子水)，即得水性阳离子型环氧固化剂。

性能测试：

对实施例1～4的水性阳离子型环氧固化剂进行性能测试，测试结果如下表所示：

表1实施例1～4的水性阳离子型环氧固化剂的性能测试结果

注：

固含量：参照“GB 1725-1979涂料固体含量测定法”进行测试；

胺氢当量：参照“GB/T 7383-2020非离子表面活性剂羟值的测定”进行测试；

粘度：参照“GB/T 22235-2008液体黏度的测定”进行测试；

附着力：参照“GB/T 9286-2021色漆和清漆划格试验”进行测试；

耐水性：参照“GB/T 4893.1-2005家具表面耐冷液测定法”进行测试；

硬度：参照“ASTM D3363-2000铅笔试验测定漆膜硬度”进行测试；

耐中性盐雾时间：参照“GB/T 1771-1991色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定”进行测试。

漆膜的制备：将广东花果山环保科技有限公司的环氧乳液EP304与实施例1～4的水性阳离子型环氧固化剂按照环氧值、活波氢当量比1:0.8混合均匀，再在喷砂钢板上喷板，室温固化168h。

由表1可知：本发明的水性阳离子型环氧固化剂的储存稳定性好，可室温储存半年以上无明显变化，其与水性环氧树脂复配成膜形成的漆膜耐水性好、硬度F或以上、附着力大(附着力等级/百格法为0级)、耐盐雾性好。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。