СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНОЙ ЭПОКСИДНОЙ ЭМУЛЬСИИ
METHOD OF PRODUCING AQUEOUS EPOXY EMULSION

Изобретение относится к способам получения и составам эмульсий эпоксидных композиций/смол для использования в качестве: пленкообразующего компонента замасливателя для волокон (основная область применения); связующего для защитно-декоративных и противокоррозионных красок, грунтовок, пропиточных композиций; связующего - основы полимерминеральных (полимерцементных) растворов.
Известен способ получения водной эпоксидной дисперсии (патент РФ №2365607, C09D 163/00, C09D 5/02, Бюл. №24 от 27.08.2009), заключающийся в том, что проводят взаимодействие эпоксидной составляющей - А (смесь циклоалифатической или алифатической смолы с ароматической эпоксидной смолой) и алифатического дифункционального соединения Б, при температуре 50÷90°С в течение 1÷5 ч в присутствии катализатора (третичного амина или диметиламина) до снижения содержания эпоксидных групп в компоненте А до 5-70% от исходного количества. Далее к продукту взаимодействия добавляют компонент А, перемешивают, а затем добавляют четыре равные порции дистиллированной воды. В результате получается устойчивая эмульсия, которая не содержит растворителей. Существенным недостатком является трудоемкость, сложность и многоступенчатость процесса изготовления дисперсии.
Известен способ получения эпоксидной эмульсии (патент РФ №2154081, C09D 163/02, C09D 5/02, Бюл. №22 от 10.08.2000, аналог), включающий совмещение эпоксидной смолы с эмульгатором неионогенного типа с гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) 14-20 и/или анионным эмульгатором при 51-79°С с последующим порционным введением воды. В результате получаются однородные эмульсии, используемые для получения декоративно-защитных покрытий, грунтовок и т.д., обладающих высокой атмсферостойкостью и коррозионностойкостью. Недостатками предлагаемого способа являются использование органических растворителей (что приводит к ухудшению санитарно-гигиенических характеристик, увеличивает пожароопасность и снижает экологичность), достаточно небольшой срок возможного хранения (стабильность гарантируется в течение 3-6 мес) и крупный средний размер частиц (до 1,0 мкм) (таблица 1).
По технической сущности и достигаемым результатам наиболее близким является способ получения водоэмульсионной эпоксидной композиции (патент РФ №2165946, C09D 5/02, Бюл. №12 от 27.04.2001, прототип) путем прямого эмульгирования эпоксидной смолы в воде в присутствии эмульгатора (блок-сополимера окиси этилена и окиси пропилена) и соэмульгатора (триглицидилфосфата). Получаемая композиция является достаточно стабильной, недостатком является достаточно крупный размер частиц (средний размер - около 0,8-1,0 мкм) (таблица 1).
Задачей настоящего изобретения является устранение упомянутых недостатков.
Технический результат - достижение оптимизации рецептурно-технологических параметров изготовления водной эмульсии эпоксидной смолы, обеспечивающее однородность, высокую коллоидно-химическую устойчивость эмульсии с малым размером частиц дисперсной фазы (высокой дисперсностью).
Технический результат достигается за счет создания способа получения водной эпоксидной эмульсии методом прямого эмульгирования эпоксидной смолы в водном растворе поверхностно-активных веществ, выбранной из группы, состоящей из сополимера акрилового поликарбоксилата и полиэтиленгликоля и/или сополимера окиси этилена и окиси пропилена при следующем соотношении основных компонентов (мас. ч.):
Эпоксидная смола
100
Сополимер акрилового поликарбоксилата и полиэтиленгликоля
0-10
Блок-сополимер окиси этилена и окиси пропилена
0-10
Вода
45-100
2
Целесообразно для увеличения степени дисперсности эмульсии добавлять в водный раствор поверхностно-активных веществ кремнезоль в количестве до 5,0 мас.ч. (в пересчете на SiO) на 100 мас.ч. смолы.
Причинно-следственная связь между совокупностью признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается:
- во-первых, в том, что по сравнению с аналогом использованы эпоксидные смолы с большей вязкостью, нежели ЭД-20, и использован другой диапазон концентраций ПАВ;
- во-вторых, в том, что сополимер акрилового поликарбоксилата и полиэтиленгликоля и блок-сополимер окиси этилена и окиси пропилена при их совместном использовании являются эффективными эмульгаторами при получении водных эпоксидных эмульсий;
- в-третьих, сополимер акрилового поликарбоксилата и полиэтиленгликоля является полиэлектролитным стабилизатором структурированного водного раствора неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ), которым является блок-сополимер окиси этилена и окиси пропилена, и предотвращает флокуляцию последнего, что выражается в получении стабильных в течение длительного времени эмульсий, характеризующихся наименьшим средним размером частиц.
- в-четвертых, введение в водный раствор ПАВ качестве модифицирующей добавки кремнезоля обеспечивает увеличение адгезионной связи между поверхностью волокна, обработанного замасливателем, и связующим на основе органических смол.
Сочетание всех существенных признаков изобретения и технологических режимов, приведенных в примерах 1-3, обеспечивает простой способ приготовления эмульсий, характеризующийся невысокой энергоемкостью и эффективностью в плане получения качественных систем с высокой стабильностью и коллоидно-химической устойчивостью. Под коллоидно-химической устойчивостью дисперсных систем понимают постоянство во времени их свойств: дисперсности, распределения частиц дисперсной фазы по размеру и в объеме дисперсионной среды, а также характера взаимодействия между частицами.
Для получения водных эпоксидных эмульсий использовали следующие компоненты:
- в качестве связующего - эпоксидные смолы с весом эпоксидных групп примерно от 180 до 270 г/экв., например смолы под торговыми марками NPEL-128S и NPEL-134 (производитель - «NanYa Plastics Corp.», Тайвань) с весом эпоксидных групп 205-225 г/экв. и 230-270 г/экв. соответственно;
- в качестве поверхностно-активных веществ - сополимер акрилового поликарбоксилата и полиэтиленгликоля под торговой маркой Ethacryl (производитель - «Coatex», Франция) и/или блок-сополимер окиси этилена и окиси пропилена;
2
2
- в качестве наномодифицирующей добавки, способствующей увеличению адгезии между армирующем наполнителем и связующим (при изготовлении композитов), использовали кремнезоль в количестве 0,5-5,0 мас.ч. (в пересчете на SiO) на 100 м.ч. смолы. Кремнезоль представляет собой коллоидный раствор (30%-ный) частиц кремнезема (SiO), стабилизированный щелочью.
Пример 1. Эмульсия получается смешением расчетного количества всех компонентов. На первом этапе готовится водный раствор ПАВ или смеси ПАВ. Затем при постоянном перемешивании со скоростью 1000-4000 об/мин при комнатной температуре в систему вводят эпоксидную смолу NPEL-128S. Композиция разбавляется водой до необходимой концентрации (составы 1-4). Смесь перемешивается не менее 20 мин при скорости 200-1000 об/мин. Составы и свойства приведены в таблице.
Пример 2. Эмульсия получается смешением расчетного количества всех компонентов. На первом этапе готовится водный раствор ПАВ или смеси ПАВ. Затем при постоянном перемешивании со скоростью 1000-4000 об/мин в систему вводят эпоксидную смолу NPEL-134, подогретую до температуры 50-60°С. Система может дополнительно содержать небольшое количество органического растворителя, который вводится непосредственно в смолу. Композиция разбавляется водой до необходимой концентрации (составы 8-11). Смесь перемешивается не менее 20 мин при скорости 200-1000 об/мин. Составы и свойства приведены в таблице.
Пример 3. Эмульсия получается по примеру 1 с использованием в качестве наномодифицирующей добавки кремнезоля, который вводится на первом этапе приготовления эмульсии в водный раствор ПАВ (составы 5-7). Составы и свойства приведены в таблице.
Из результатов, представленных в таблице, видно, что наибольшей стабильностью и коллоидно-химической устойчивостью в течение 24 мес обладают разработанные эмульсии составов 3, 4, 8-11.
Таким образом, использование предложенных композиций и технологии позволяет получить стабильные эмульсии в достаточно широком интервале концентраций (содержание сухого остатка примерно от 35 до 75%) с высокой коллоидно-химической устойчивостью и малым средним размером частиц.
Полученные композиции могут быть использованы в качестве пленкообразующего компонента в составах замасливателей для обработки неорганических волокон из стекла и базальта, связующих при получении полимерминеральных растворов, защитно-декоративных и противокоррозионных красок, грунтовок и пропиточных композиций.