СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНОЙ ЭПОКСИДНОЙ ЭМУЛЬСИИ Российский патент 2016 года по МПК C09D5/02 C09D163/00 C09D163/02 

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

Целесообразно для увеличения степени дисперсности эмульсии добавлять в водный раствор поверхностно-активных веществ кремнезоль в количестве до 5,0 мас.ч. (в пересчете на SiO₂) 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;

- 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 SiO₂) на 100 м.ч. смолы. Кремнезоль представляет собой коллоидный раствор (30%-ный) частиц кремнезема (SiO₂), 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.

Изобретение относится к способу получения водной эмульсии эпоксидных смол, предназначенных для использования в качестве пленкообразующего компонента замасливателя, наносимого на поверхность элементарных неорганических волокон (филаментов) при формировании комплексной нити в процессе изготовления ровинга. Эмульсию получают методом прямого эмульгирования эпоксидного олигомера в водном растворе индивидуальных или смесевых поверхностно-активных веществ (эмульгаторов) на основе сополимера акрилового поликарбоксилата и полиэтиленгликоля и/или блок-сополимера окиси этилена и окиси пропилена при следующем соотношении компонентов (мас. ч.): эпоксидная смола: сополимер акрилового поликарбоксилата и полиэтиленгликоля: блок-сополимер окиси этилена и окиси пропилена: наномодификатор (в пересчете на диоксид кремния): вода=100:(0-10):(0-10):(0-5):(45-100). Изобретение позволяет получить стабильные эмульсии с высокой коллоидно-химической устойчивостью, малым размером частиц (высокой дисперсностью), изобретение обладает простотой и универсальностью способа изготовления качественных эмульсий. 1 табл., 3 пр.

1. Способ получения водной эпоксидной эмульсии методом прямого эмульгирования эпоксидной смолы в водном растворе поверхностно-активных веществ, выбранных из группы, состоящей из сополимера акрилового поликарбоксилата и полиэтиленгликоля и/или блок-сополимера окиси этилена и окиси пропилена при следующем соотношении основных компонентов (мас.ч.):
Эпоксидная смола 100 Сополимер акрилового поликарбоксилата и полиэтиленгликоля 0-10 и/или Блок-сополимер окиси этилена и окиси пропилена 0-10 Вода 45-100

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в водный раствор поверхностно-активных веществ добавляют кремнезоль в количестве 0,5-5,0 мас.ч. (в пересчете на SiO₂).