一种能直接涂装的高性能环氧改性底漆乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环氧改性乳液，具体涉及一种能直接涂装的高性能环氧改性底漆乳液及其制备方法。

背景技术

建筑涂料中透明渗透底漆乳液占有极其重要的地位，能起到承上启下的作用。渗透底漆乳液，不仅能加固腻子对毛坯层的附着力，而且能提供较好的封闭性，阻隔盐碱渗透等；另外，兑水后可直接涂刷，更省时省工。

现有的底漆涂料都需要经过配制清漆后才能刷涂在腻子上面，而且加固性能不好，腻子层容易脱落，抗泛盐碱性能也不好。众所周知的，环氧基团接枝改性后，使得该乳液不但具有优异的附着力，且具有优异的封闭性、成膜性。因此，如何结合环氧基团接枝改性技术，开发一种能直接涂刷的高性能环氧改性透明底漆乳液，是目前建筑涂料的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有市场产品的不足，提供一种具有优异封闭性、优异渗透加固性、好的低温成膜性和稳定性，且能直接涂装的高性能环氧改性底漆乳液及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的一种能直接涂装的高性能环氧改性底漆乳液，按质量分计，包括以下原料：环氧树脂0.4-1.2份、聚乙二醇2.4-3.6份、乙醚络合物0.008-0.04份、水130-150份、苯乙烯10-15份、甲基丙烯酸甲酯5-15份、丙烯酸异辛酯25-35份、甲基丙烯酸正丁酯5-15份、亲水性不饱和有机酸2.5-5份、功能单体1-5份、阴离子乳化剂0.5-2.5份、非离子乳化剂0.2-2份、引发剂0.2-2份、氧化剂0.05-0.25份、还原剂0.05-0.25份、中和剂1-5份。

作为优选的，所述环氧树脂采用E-12、E-20、E-44、E-51中的一种或上述成分以任意比例混合。

作为优选的，所述聚乙二醇采用PEG800、PEG2000、PEG4000、PEG6000中的一种或上述成分以任意比例混合。

作为优选的，所述乙醚络合物采用二氟化硼乙醚、三氟化硼乙醚中的一种或上述成分以任意比例混合。

作为优选的，所述亲水性不饱和有机酸采用丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸中的一种或上述成分以任意比例混合。

作为优选的，所述功能单体采用甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸烯丙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或上述成分以任意比例混合。

作为优选的，所述阴离子乳化剂采用烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或上述按任意比例混合。

作为优选的，所述非离子乳化剂采用科莱恩LCN118、科莱恩LCN287、科莱恩LCN407中的一种或上述按任意比例混合。

作为优选的，所述引发剂采用过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或上述以任意比例混合；所述氧化剂采用过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或上述成分以任意比例混合；所述还原剂采用亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种或上述成分以任意比例混合。所述中和剂为氨水、10％氢氧化钠、10％氢氧化钾中的一种或上述成分以任意比例混合。

另外，本发明还提供了一种所述高性能环氧改性透明底漆乳液的制备方法，包括以下步骤：

S1、环氧组分的制备：常温常压下，将配方量的环氧树脂和聚乙二醇混合后，升温至90-95℃，熔融后，再缓慢加入配方量的乙醚络合物，反应3-4h，得到环氧组分；

S2、混合单体的制备：常温常压下，在乳化缸中分别加入20-40份水、阴离子乳化剂0.3-2份、配方量苯乙烯、配方量甲基丙烯酸甲酯、配方量丙烯酸异辛酯、配方量甲基丙烯酸正丁酯、配方量亲水性不饱和有机酸、配方量功能单体、引发剂0.1-1.5份，及步骤S1制得的环氧组分，搅拌均匀得混合单体，备用；

S3、聚合：在反应釜内加入剩余水、剩余阴离子乳化剂、配方量非离子乳化剂，升温到80-90℃，加入步骤S2制得混合单体质量的5％-10％，搅拌2-5分钟，加入剩余引发剂进行反应，反应温度为80-90℃，反应时间15-35分钟后，滴加剩余的步骤S2制得混合单体，滴加时间160-240分钟，滴加完毕后于80-90℃保温1-2小时；

S4、后消除：把步骤S3制得的聚合产物降温至70-75℃，先滴加预先用水稀释10倍的氧化剂，20分钟后，再滴加预先用水稀释10倍的还原剂，滴加完后保温20-40分钟，最后降温到50℃以下，加入中和剂，即得所述高性能环氧改性透明底漆乳液。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明先采用环氧树脂和聚乙二醇反应进行亲水改性，使得部分环氧树脂开环，更利于接枝进入丙烯酸高分子链段中，提高了乳液的封闭性，赋予溶液一定的环氧树脂体系功能，增加附着力和加固性，按照JG/T 210-2018的规定进行测试，加固性能可达国标的5倍，同时聚乙二醇具有很强的亲水性，能提供非常优异的渗透作用，能起到瞬间铺展腻子表面并渗透到底部的作用。

2)本发明采用丙烯酸酯水性体系来满足性能要求，采用新技术引入了环氧体系，提供了一定的羟基分布在乳胶粒子表面，采用乙醚络合物进行催化开环，控制开环数量，既保证有非常好的附着力，又能提供环氧的封闭性。与传统底漆乳液的竞品相比具有明显的优势，按照JG/T 210-2018的规定进行测试，抗泛盐碱性可以轻松通过I型标准120h。

3)本发明采用非离子乳化剂搭配进行釜底聚合，大大增强了聚合的稳定性，同时能大大提高乳液的储存稳定性以及冻融稳定性，在1:1兑水后，乳液冻融稳定，热储存后其乳液依然不分层，不结块，非常利于施工和保存。

4)本发明引入了甲基丙烯酸正丁酯单体，减少了硬单体苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的用量，大大提高了乳液的成膜性，能使乳液具有低的成膜温度，MFFT小于5℃，在比较极端的天气下仍能施工。

5)本发明采用水做溶剂，水性丙烯酸改性乳液，完全满足环保要求，降低了VOC的排放及对施工人员的身体伤害，本发明乳液测得的VOC为1-5g/L。

6)本发明的高性能环氧改性透明底漆乳液，乳液直径为55-75nm，粒径达纳米细小级，非常细小，赋予了乳液非常优异的渗透成膜性。

7)本发明的高性能环氧改性透明底漆乳液，采用功能单体复合交联技术，同时接枝环氧基团与功能单体进行复合交联，提供了优异的附着力和加固性；整个过程在95℃以下相对温和的环境下进行，不需高温反应，工序简单，生产成本低。

8)本发明的高性能环氧改性透明底漆乳液，固含量为28-36％，pH值为6.5-7.5，旋转粘度为10-90cps(1#60R，25℃)，成膜温度为2-5℃，具有优异的成膜性、抗开裂性和封闭性。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

本发明提供一种能直接涂装的高性能环氧改性底漆乳液，按质量分计，包括以下原料：环氧树脂0.4-1.2份、聚乙二醇2.4-3.6份、乙醚络合物0.008-0.04份、水130-150份、苯乙烯10-15份、甲基丙烯酸甲酯5-15份、丙烯酸异辛酯25-35份、甲基丙烯酸正丁酯5-15份、亲水性不饱和有机酸2.5-5份、功能单体1-5份、阴离子乳化剂0.5-2.5份、非离子乳化剂0.2-2份、引发剂0.2-2份、氧化剂0.05-0.25份、还原剂0.05-0.25份、中和剂1-5份。通过苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸正丁酯、亲水性不饱和有机酸、功能单体，在乳化剂的乳化作用与环氧组分形成环氧改性乳液。

本发明采用的亲水性不饱和有机酸，选用丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸中的一种或上述成分以任意比例混合。由于亲水性不饱和有机酸是水溶性单体，提供乳液足够的羧基，渗透力强，能与疏松腻子、水泥的碱性成分很好的交联反应，能增加优异的加固性，并且是强活性单体，增加乳液反应性，残单更低。

本发明采用的功能单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸烯丙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或上述成分以任意比例混合。交联型功能单体的引入，能大大提供交联度，使得乳液成膜致密，不疏松，提供更优异的耐水性能和腻子加固性能。

本发明采用的阴离子乳化剂，选用烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或上述按任意比例混合。由于阴离子乳化剂具有优异的乳化能力，提供乳液极低的表面张力，能很大程度的乳化单体，胶束形成小，同时搭配非离子乳化剂，使其粒径细小稳定。

本发明采用的非离子乳化剂，选用科莱恩LCN118、科莱恩LCN287、科莱恩LCN407的一种或上述按任意比例混合。由于非离子乳化剂具有非常强的润湿能力，EO值高，赋予乳液很强的铺展性。

本发明采用的引发剂为过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或上述以任意比例混合。由于过硫酸盐受热后容易分解成自由基，反应温度可控，利于反应控制，更利于接枝环氧基团，进行改性。

本发明采用的氧化剂为过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或上述成分以任意比例混合，还原剂剂为亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠的一种或上述任意比例混合。在呈弱酸性环境当中，氧化剂及还原剂的加入，可以使残留单体进一步聚合，提高转化率，是乳液更具环保型。

实施例1

一种能直接涂装的高性能环氧改性底漆乳液，按质量分计，包括以下原料：E-20环氧树脂0.48份、聚乙二醇4000 2.64份、二氟化硼乙醚0.012份、水130份、苯乙烯12份、甲基丙烯酸甲酯7份、丙烯酸异辛酯28份、甲基丙烯酸正丁酯8份、丙烯酸3份、甲基丙烯酸缩水甘油酯2份、烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠1.5份、科莱恩LCN118 1份、过硫酸铵0.5份、过氧化氢0.1份、亚硫酸氢钠0.1份、氨水1.6份；

制备方法包括以下步骤：

S1、环氧组分的制备：常温常压下，将配方量的E-20环氧树脂和聚乙二醇4000混合后，升温至95℃，熔融后，再缓慢加入配方量的二氟化硼乙醚，反应3.5h，得到环氧组分；

S2、混合单体的制备：常温常压下，在乳化缸中分别加入20份水、烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠0.5份、配方量苯乙烯、配方量甲基丙烯酸甲酯、配方量丙烯酸异辛酯、配方量甲基丙烯酸正丁酯、配方量亲水性不饱和有机酸、配方量功能单体、过硫酸铵0.4份，及步骤S1制得的环氧组分，搅拌均匀得混合单体，备用；

S3、聚合：在反应釜内加入剩余水、烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、配方量非离子乳化剂，升温到85℃，加入步骤S2制得混合单体质量的5％，搅拌3分钟，加入剩余过硫酸铵进行反应，反应温度为85℃，反应时间20分钟后，滴加剩余的步骤S2制得混合单体，滴加时间160分钟，滴加完毕后于85℃保温1小时；

S4、后消除：把步骤S3制得的聚合产物降温至75℃，先滴加预先用水稀释10倍的过氧化氢，20分钟后，再滴加预先用水稀释10倍的亚硫酸氢钠，滴加完后保温30分钟，最后降温到45℃，加入氨水，即得所述高性能环氧改性透明底漆乳液。

实施例1制得乳液的固含量为32.13％，pH值为7.2：旋转粘度为20cps(1#60r，25℃)。

实施例2

一种能直接涂装的高性能环氧改性底漆乳液，按质量分计，包括以下原料：环氧树脂(采用E-44环氧树脂)0.48份、聚乙二醇(采用聚乙二醇6000)2.64份、乙醚络合物(采用三氟化硼乙醚)0.012份、水130份、苯乙烯12份、甲基丙烯酸甲酯7份、丙烯酸异辛酯28份、甲基丙烯酸正丁酯8份、亲水性不饱和有机酸(采用丙烯酸)3份、功能单体(采用甲基丙烯酸缩水甘油酯)2份、阴离子乳化剂(烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠)1.5份、非离子乳化剂(科莱恩LCN287)1份、引发剂(过硫酸铵)0.5份、氧化剂(过氧化氢)0.1份、还原剂(亚硫酸氢钠)0.1份、中和剂(氨水)1.8份；

制备方法包括以下步骤：

S1、环氧组分的制备：常温常压下，将配方量的环氧树脂和聚乙二醇混合后，升温至95℃，熔融后，再缓慢加入配方量的乙醚络合物，反应3.5h，得到环氧组分；

S2、混合单体的制备：常温常压下，在乳化缸中分别加入20份水、烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠0.5份、配方量苯乙烯、配方量甲基丙烯酸甲酯、配方量丙烯酸异辛酯、配方量甲基丙烯酸正丁酯、配方量丙烯酸、配方量甲基丙烯酸缩水甘油酯、过硫酸铵0.4份，及步骤S1制得的环氧组分，搅拌均匀得混合单体，备用；

S3、聚合：在反应釜内加入剩余水、剩余烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、配方量科莱恩LCN287，升温到83℃，加入步骤S2制得混合单体质量的5％，搅拌4分钟，加入剩余过硫酸铵进行反应，反应温度为83℃，反应时间20分钟后，滴加剩余的步骤S2制得混合单体，滴加时间160分钟，滴加完毕后于85℃保温1小时；

S4、后消除：把步骤S3制得的聚合产物降温至73℃，先滴加预先用水稀释10倍的过氧化氢，20分钟后，再滴加预先用水稀释10倍的亚硫酸氢钠，滴加完后保温30分钟，最后降温到50℃，加入氨水，即得所述高性能环氧改性透明底漆乳液。

实施例2制得的乳液的固含量为32.25％，pH值为7.32；旋转粘度为42cps(1#60r，25℃)。

实施例3

一种能直接涂装的高性能环氧改性底漆乳液，按质量分计，包括以下原料：环氧树脂(E-51)0.48份、聚乙二醇(PEG 4000)2.64份、乙醚络合物(二氟化硼乙醚)0.012份、水150份、苯乙烯12份、甲基丙烯酸甲酯7份、丙烯酸异辛酯28份、甲基丙烯酸正丁酯8份、亲水性不饱和有机酸(丙烯酸)3份、功能单体(丙烯酸烯丙酯)2份、阴离子乳化剂(烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠)1.5份、非离子乳化剂(科莱恩LCN407)1份、引发剂(过硫酸钠)0.5份、氧化剂(叔丁基过氧化氢)0.1份、还原剂(亚硫酸氢钠)0.1份、中和剂(氨水)1.65份；

制备方法包括以下步骤：

S1、环氧组分的制备：常温常压下，将配方量的环氧树脂和聚乙二醇混合后，升温至90℃，熔融后，再缓慢加入配方量的乙醚络合物，反应4h，得到环氧组分；

S2、混合单体的制备：常温常压下，在乳化缸中分别加入40份水、烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠0.5份、配方量苯乙烯、配方量甲基丙烯酸甲酯、配方量丙烯酸异辛酯、配方量甲基丙烯酸正丁酯、配方量丙烯酸、配方量丙烯酸烯丙酯、过硫酸钠0.4份，及步骤S1制得的环氧组分，搅拌均匀得混合单体，备用；

S3、聚合：在反应釜内加入剩余水、剩余烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、配方量科莱恩LCN407，升温到86℃，加入步骤S2制得混合单体质量的5％，搅拌5分钟，加入剩余过硫酸钠进行反应，反应温度为86℃，反应时间30分钟后，滴加剩余的步骤S2制得混合单体，滴加时间180分钟，滴加完毕后保温1.5小时，保温86℃；

S4、后消除：把步骤S3制得的聚合产物降温至72℃，先滴加预先用水稀释10倍的叔丁基过氧化氢，20分钟后，再滴加预先用水稀释10倍的亚硫酸氢钠，滴加完后保温30分钟，最后降温到48℃，加入氨水，即得所述高性能环氧改性透明底漆乳液。

实施例3制得乳液的固含量为33.21％，pH值为7.39；旋转粘度为55cps(1#60r，25℃)。

对实施例1-3制得的乳液，分别根据GB/T 18582-2008标准测试VOC、根据GB/T9267-1988测试成膜温度、根据GB/T 9268-2008测试低温稳定性、根据美国PSS粒径分析仪测试乳液直径、根据JG/T 210-2018测试抗泛盐碱性能、根据JG/T 210-2018测试加固性，具体结果如下表1所示；其中，检测时乳液与水按照质量比1:1混合。

表1各实施例乳液的性能

分析可知，本发明制得的乳液，VOC含量在1.5g/L-3.4g/L，符合环保要求，乳液的成膜温度为2.5℃-3.2℃，具有低温成膜性；低温稳定性优异，指标性能无明显变化；乳液直径为59nm-68nm，非常细小，具有优异的渗透性和成膜致密性；抗泛盐碱性能达130h-150h，均通过I型；乳液加固性能优异。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。