本发明涉及一种水性环氧树脂及其制备方法。
背景技术
环氧树脂因其具有优良的物理化学性能而被广泛运用于涂料、胶黏剂、复合材料等诸多领域。传统的环氧树脂涂料大多不溶于水，且粘度较大，施工时需要添加大量的有机溶剂进行稀释，会对生态环境以及施工人员的身体健康造成危害。近十年来，水性环氧树脂的应用领域越来越广，在某些领域已经取代了油性环氧树脂，随着人们对环境保护越来越重视，水性环氧涂料很可能最终会完全取代溶剂型环氧涂料。由于水性环氧树脂的性能对水性环氧涂料的整体性能有着决定性的作用，所以开发性能优异、绿色环保的水性环氧树脂是关键。
目前，环氧树脂水性化方法有很多，大致分为外加乳化剂法、化学改性法和固化剂乳化法，但均存在明显的缺陷。外加乳化剂法需要在整个体系中引入乳化剂，最终固化物中残留有乳化剂，会影响固化物的物理机械性能；化学改性法操作复杂，成本较高；固化剂乳化法虽然工艺比外加乳化剂法简单，但存在树脂乳化不完全、分散粒径大、储存稳定性差等问题。现有的水性环氧树脂中往往会添加一定量的助溶剂来降低粘度以及提高乳液稳定性，但同时也会增加水性体系的voc含量，而很多离子型水性树脂又存在涂膜韧性差、储存稳定不好等问题，均难以满足日益增长的实际需求。
因此，有必要开发一种粘度适中、储存稳定性好、安全环保、乳液稳定性好、漆膜韧性好的水性环氧树脂。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种水性环氧树脂及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种水性环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：先将聚醚胺与单环氧化合物反应，制备成中间体，再将中间体与环氧树脂缩合，得到水性环氧树脂。
所述聚醚胺为聚醚胺d230。
所述单环氧化合物为烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂。
所述聚醚胺、单环氧化合物的摩尔比为(1～1.2)：1。
所述中间体、环氧树脂的质量比为1：(3～10)。
本发明的有益效果是：本发明的水性环氧树脂无挥发分，无溶剂添加，粘度适中，制备方法简单，应用范围广，由其制备的乳液储存稳定性好、乳液粒径小，且其与固化剂混合制作成的漆膜韧性好。
1)本发明的水性环氧树脂无挥发分，且无溶剂添加，粘度适中，完全满足国家有关环保的要求；
2)本发明的水性环氧树脂与水混合做成的乳液，离心稳定性好，且常温可以稳定储存6个月以上；
3)本发明的水性环氧树脂的自乳化效果优良，乳液粒径分布集中，且乳液粒径<500μm，乳液有蓝光；
4)本发明的水性环氧树脂分子上含有比较长的聚醚链段，提高了分子的柔性，与固化剂混合制成的漆膜耐冲击性好、柔韧性好；
5)本发明的水性环氧树脂可用于地坪、水利设施、潮湿环境下的粘接、修补以及水下防腐涂料等领域。
具体实施方式
一种水性环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：先将聚醚胺与单环氧化合物反应，制备成中间体，再将中间体与环氧树脂缩合，得到水性环氧树脂。
优选的，一种水性环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：先将聚醚胺和单环氧化合物混合，45～55℃反应2～3h，得到中间体，再将中间体滴加到环氧树脂中，滴加完后80～110℃反应2～4h，得到水性环氧树脂。
优选的，所述聚醚胺为聚醚胺d230，结构式为
优选的，所述单环氧化合物为烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
优选的，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂。
进一步优选的，所述环氧树脂由环氧树脂e-51、环氧树脂e-20按照质量比1：(0.2～0.5)复配而成。
再进一步优选的，所述环氧树脂由环氧树脂e-51、环氧树脂e-20按照质量比1：(0.4～0.5)复配而成。
优选的，所述聚醚胺、单环氧化合物的摩尔比为(1～1.2)：1。
优选的，所述中间体、环氧树脂的质量比为1：(3～10)。
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：
先将23g聚醚胺d230和11.4g烯丙基缩水甘油醚混合，升温至50℃，恒温反应2h，得到中间体，再将59.5g环氧树脂e-51和25.5g环氧树脂e-20混合，升温至80℃，待环氧树脂完全融化后滴加15g中间体，中间体滴加完后恒温反应2h，得到水性环氧树脂。
实施例2：
先将23g聚醚胺d230和11.8g甲基丙烯酸缩水甘油酯混合，升温至50℃，恒温反应2.5h，得到中间体，再将60g环氧树脂e-51和27g环氧树脂e-20混合，升温至90℃，待环氧树脂完全融化后滴加10g中间体，中间体滴加完后恒温反应3h，得到水性环氧树脂。
实施例3：
先将22g聚醚胺d230和10g烯丙基缩水甘油醚混合，升温至50℃，恒温反应3h，得到中间体，再将50g环氧树脂e-51和24g环氧树脂e-20混合，升温至100℃，待环氧树脂完全融化后滴加20g中间体，中间体滴加完后恒温反应3.5h，得到水性环氧树脂。
实施例4：
先将27.5g聚醚胺d230和16.2g甲基丙烯酸缩水甘油酯混合，升温至50℃，恒温反应3h，得到中间体，再将54g环氧树脂e-51和27g环氧树脂e-20混合，升温至110℃，待环氧树脂完全融化后滴加10g中间体，中间体滴加完后恒温反应4h，得到水性环氧树脂。
实施例5：
先将27.5g聚醚胺d230和11.4g烯丙基缩水甘油醚混合，升温至50℃，恒温反应2.5h，得到中间体，再将54g环氧树脂e-51和27g环氧树脂e-20混合，升温至95℃，待环氧树脂完全融化后滴加10g中间体，中间体滴加完后恒温反应4h，得到水性环氧树脂。
测试例：
1)将实施例1～5制备的水性环氧树脂升温至50℃，缓慢添加蒸馏水，整个体系的粘度会呈现先增大后减小的趋势，待粘度开始变小时提高蒸馏水的添加速度，直至固含量达到60％，得到水性乳液1～5，再对水性乳液进行性能测试，测试结果如下表所示：
表1水性乳液1～5的性能测试结果
注：
表中各性能指标的测试方法如下：
离心稳定性：将水性乳液加入离心机中，调整转速至3000r/min，离心30min，再观测乳液是否出现分层、絮凝沉淀等现象；
储存稳定性：将水性乳液常温放置6个月，再观察乳液是否出现沉降、分层等现象。
2)将水性乳液1～5与水性固化剂混合制成清漆，并制作成环氧树脂清漆漆膜(漆膜试样1～5)，再将清漆漆膜常温静置30min，再放入70℃烘箱固化1h，自然冷却，再进行性能测试，测试结果如下表所示：
表2漆膜试样1～5的性能测试结果
注：
表中各性能指标的测试方法如下：
铅笔硬度：将一定硬度标号的铅笔装在铅笔硬度计上，在涂膜上划过，仔细观察铅笔笔芯是否在涂膜上产生划痕，以未引起涂膜破坏的最硬铅笔标号来表示涂膜铅笔硬度，按照gb/t6739-1996的规定，铅笔硬度由6h到6b共13级，其中6h最硬，6b最软，涂膜硬度即用对应的铅笔硬度来表示；
附着力(划格法)：用划格刀在涂层上划出等间距的正方形十字格子图形，格子间距为1mm，划痕应穿透涂膜直至底材，在划格区域贴上3m胶带，用手指轻轻的按压胶带使其与划格区域的涂膜充分接触，然后迅速拉开胶带，观察划格区域是否有涂层被粘离基材。按照gb/t9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》可以将测定结果进行分级，涂膜的附着力从0级到5级分为六个级别，0级表示切割边缘完全平滑无一格脱落，5级表示65％以上的区域涂层出现脱落；
柔韧性(轴棒弯曲试验)：将制作好的涂层试板放在已知直径的圆轴上弯曲，观察涂层的开裂或者破坏情况。按照gb/t6742-86《漆膜弯曲试验(圆柱轴)》的规定，涂膜的柔韧性用不引起涂膜破坏的最小轴棒直径来表示；
耐冲击高度：按照gb/t1732-93《漆膜耐冲击测定法》进行测定。将涂膜的铁板置于铁砧上，涂膜朝上放置，涂膜正上方一定高度放置固定质量的重锤，使重锤自由下落砸在涂膜和铁板上，然后用放大镜观察漆膜有没有出现裂纹及剥落现象，漆膜耐冲击性用不引起漆膜破坏的重锤放置的最大高度来表示。
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。