环氧树脂亲水剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及化工技术领域，具体说，涉及一种环氧树脂亲水剂及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国城镇化水平的大幅提高，硬化铺装面积急剧增加，不仅破坏了原有的生态系统，而且改变了城市原有自然生态本底和水文特征。70％以上的降雨形成径流被排放，使得城市蓄不住水，出现“大雨必涝、雨后即旱”现象。海绵城市是实现从快排、及时就近排出、快速排干的工程排水时代跨入到“渗、滞、蓄、净、用、排”六位一体的综合排水、生态排水的历史性、战略性的转变，透水路面是海绵城市的核心措施。现有的透水路面的制备方法为，用环氧树脂粘接砂粒、石子，环氧树脂硬化后砂粒和石子紧密粘接在一起，形成坚硬的路面；而水可以从空隙流入地面，形成海绵城市的第一道透水层。但是现有的普通环氧树脂为疏水材料，水滴在上面很难渗入，或者渗透速度较慢，导致透水效果大大减弱；因此需要对环氧树脂进行亲水改性。
3.现有技术中，利用化学改性法和物理混合法等技术对环氧树脂进行亲水改性；化学改性法是在环氧树脂或者固化剂分子链上接枝亲水材料；而物理混合法是在环氧树脂中混入亲水材料，使得环氧树脂固化后能够达到亲水效果。但是，存在的弊端如下：
4.仅在亲水材料添加量足够大的时候，亲水效果较好；但是，亲水材料添加量的增大，不仅提高材料成本，而且对透水层的结构强度影响较大。
5.因此，亟需一种亲水效果好的环氧树脂亲水剂。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，为了解决目前采用的环氧树脂亲水剂亲水效果有待的问题，提供一种环氧树脂亲水剂及其制备方法。
7.为了实现上述目的，本发明提供一种环氧树脂亲水剂，包括以下重量份的原料：
8.淀粉
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100份；
9.kh550硅烷偶联剂
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1～50份；
10.无水乙醇
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100～500份。
11.进一步，优选的，包括以下重量份的原料：
12.淀粉
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100份；
13.kh550硅烷偶联剂
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2～30份；
14.无水乙醇
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200～400份。
15.进一步，优选的，
16.淀粉的重均分子量mw为5000～500000。
17.进一步，优选的，淀粉的重均分子量mw为10000～200000。
18.进一步，优选的，环氧树脂亲水剂在环氧树脂改性上的应用，
19.将环氧树脂亲水剂按照重量比为1:1，加入环氧树脂后，环氧树脂的亲水接触角小
于50
°
。
20.本发明还保护一种环氧树脂亲水剂的制备方法，方法包括：
21.按重量份配比称取原料：
22.淀粉100份，kh550硅烷偶联剂1～50份，无水乙醇100～500份；
23.在-5℃～50℃范围内，将所称取的无水乙醇倒入溶解罐中，边搅拌边加入kh550硅烷偶联剂；其中，搅拌速度为50～200r/min，搅拌30分钟；
24.在溶解罐中继续加入淀粉，搅拌60分钟，搅拌速度为50～200r/min；
25.得到环氧树脂亲水剂。
26.进一步，优选的，
27.淀粉的重均分子量mw为5000～500000。
28.进一步，优选的，
29.环氧树脂亲水剂的制备方法在环氧树脂改性上的应用，将环氧树脂亲水剂按照重量比为1:1，加入环氧树脂后，环氧树脂的亲水接触角小于50
°
。
30.如上所述，本发明的一种环氧树脂亲水剂及其制备方法，通过碳氟树脂和长链硅烷产生高疏水性以及高耐久性的防腐涂料；有益效果如下：
31.1)本发明通过对淀粉及含量进行选择，环氧树脂亲水剂得到一种亲水膜，水的接触角为小于50
°
，从而实现提高环氧树脂亲水剂的亲水性的技术效果。
32.2)通过采用kh550硅烷偶联剂在无水乙醇中水解，然后处理淀粉，在淀粉表面形成稳定的化学包覆得到环氧树脂亲水剂的方法；其中，kh550硅烷偶联剂能够与环氧树脂形成稳定的化学链接，达到稳定亲水性的技术效果；
33.3)该环氧树脂亲水剂制备简单，原材料性价比高，市场竞争力强，适合在透水路面施工领域进行大面积推广。
34.为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
具体实施方式
35.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例中未注明具体技术或者条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商，均可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
36.本发明的一种环氧树脂亲水剂及其制备方法，通过添加硅烷和无水乙醇进行水解，然后对淀粉进行接枝改性，在淀粉表面形成稳定的化学包覆得到环氧树脂亲水剂的方法；其中，kh550硅烷偶联剂能够与环氧树脂形成稳定的化学链接，形成稳定的亲水结构的技术效果，适用于透水路面施工场景。
37.本发明提供一种环氧树脂亲水剂的原料组成包括：淀粉100份；kh550硅烷偶联剂1～50份；无水乙醇100～500份。本发明将原料的组分限制在上述范围内，可以得到稳定性高以及疏水性符合要求的防腐涂料。其中，淀粉的重均分子量mw为5000～500000。
38.环氧树脂是一种重要的热固性树脂，可作为胶黏剂、涂料和复合材料等的树脂基体，广泛应用于涂料、机械、电子、交通运输等工业制造领域。通过实验发现，当环氧树脂中使用了本发明提供的物质作为亲水剂，亲水效果大大提高，而其他物质要么无法提供比较好的相容性(如乙二醇醚、丙三醇醚等)，要么可能降低结构强度(如各种改性盐类)。只有本发明选择的物质，一方面与环氧树脂是化学键链接，与主要成分具有了良好的相容性；另一方面能够在固化时浮到表面，形成良好的亲水效果，降低环氧树脂与水的接触角。环氧树脂可以但不限制于为e20、e44和e51等的一种或几种。
39.需要说明的是，通过添加硅烷和无水乙醇进行水解，然后对淀粉进行接枝改性，从而达到与环氧树脂形成化学反应，形成稳定的亲水结构的目的。所述kh550硅烷偶联剂为中文名为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，英文名为3-aminopropyltriethoxysilane，化学式为c9h
23
no3si的化学物质；是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，具有与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团。其x基水形成硅醇，硅烷各分子的硅醇相互缔合器具形成网状结构的膜覆盖在粉体颗粒的表面，使无机粉体表面有机化。是制备环氧树脂亲水剂的较佳选择。
40.淀粉的重均分子量介于5000～500000(g/mol)，而获得环氧树脂亲水剂的亲水性效果更佳的为淀粉的重均分子量介于10000～200000(g/mol)；重均分子量小于5000(g/mol)时，与无水乙醇的相容性太好，部分溶解而导致表面改性失败；而重均分子量大于500000(g/mol)时，与水的相容性不好。
41.选择上述材料作为改性材料主要是考虑到这些树脂具有与环氧树脂相容性好且改性效果好的优势，可以得到稳定性高、亲水效果好和成本低的环氧树脂亲水剂。具体地说，选择上述材料作为改性材料主要是考虑本发明选择的物质一方面与环氧树脂是化学键链接，与主要成分具有了良好的相容性，另一方面能够在固化时浮到表面，形成良好的亲水效果，降低环氧树脂与水的接触角，是作为环氧树脂亲水剂的较佳选择。
42.根据本发明的另一方面，提供一种环氧树脂亲水剂的制备方法，包括以下步骤：
43.称取100重量份的淀粉、1～50重量份的kh550硅烷偶联剂、100～500份的无水乙醇；在-5℃至50℃的温度范围内，将称取的无水乙醇倒入溶解罐中，在搅拌的同时加入称取的kh550硅烷偶联剂，搅拌转速为50～200r/min，反应30分钟后，加入淀粉，继续搅拌，转速为50～200r/min，搅拌60分钟，得到环氧树脂亲水剂。
44.下面将对本发明的各个实施例进行详细描述。
45.实施例1
46.步骤s1：称取原料的重量份配比为：
47.重均分子量为5000的淀粉100份；kh550硅烷偶联剂1份；无水乙醇100份；
48.步骤s2：在25℃的温度下，将称取的无水乙醇倒入溶解罐中，在搅拌的同时加入称取的kh550硅烷偶联剂，搅拌转速为50r/min，反应30分钟后，在溶解罐中继续加入淀粉，继续搅拌，转速为200r/min，搅拌60分钟，最终得到实施例1的环氧树脂亲水剂。
49.实施例2
50.步骤s1：称取原料的重量份配比为：
51.重均分子量为200000的淀粉100份；kh550硅烷偶联剂2份；无水乙醇200份；
52.步骤s2：在45℃的温度下，将称取的无水乙醇倒入溶解罐中，在搅拌的同时加入称
取的kh550硅烷偶联剂，搅拌转速为200r/min，反应30分钟后，在溶解罐中继续加入淀粉，继续搅拌，转速为50r/min，搅拌60分钟，最终得到实施例2的环氧树脂亲水剂。
53.实施例3
54.步骤s1：称取原料的重量份配比为：
55.重均分子量为380000的淀粉100份；kh550硅烷偶联剂50份；无水乙醇5000份；
56.步骤s2：在35℃的温度下，将称取的无水乙醇倒入溶解罐中，在搅拌的同时加入称取的kh550硅烷偶联剂，搅拌转速为100r/min，反应30分钟后，在溶解罐中继续加入淀粉，继续搅拌，转速为200r/min，搅拌60分钟，最终得到实施例3的环氧树脂亲水剂。
57.实施例4
58.步骤s1：称取原料的重量份配比为：
59.重均分子量为10000的淀粉100份；kh550硅烷偶联剂30份；无水乙醇280份；
60.步骤s2：在30℃的温度下，将称取的无水乙醇倒入溶解罐中，在搅拌的同时加入称取的kh550硅烷偶联剂，搅拌转速为200r/min，反应30分钟后，在溶解罐中继续加入淀粉，继续搅拌，转速为100r/min，搅拌60分钟，最终得到实施例4的环氧树脂亲水剂。
61.实施例5
62.步骤s1：称取原料的重量份配比为：
63.重均分子量为130000的淀粉100份；kh550硅烷偶联剂15份；无水乙醇400份；
64.步骤s2：在25℃的温度下，将称取的无水乙醇倒入溶解罐中，在搅拌的同时加入称取的kh550硅烷偶联剂，搅拌转速为200r/min，反应30分钟后，在溶解罐中继续加入淀粉，继续搅拌，转速为100r/min，搅拌60分钟，最终得到实施例5的环氧树脂亲水剂。
65.实施例6
66.步骤s1：称取原料的重量份配比为：
67.重均分子量为500000的淀粉100份；kh550硅烷偶联剂10份；无水乙醇450份；
68.步骤s2：在25℃的温度下，将称取的无水乙醇倒入溶解罐中，在搅拌的同时加入称取的kh550硅烷偶联剂，搅拌转速为200r/min，反应30分钟后，在溶解罐中继续加入淀粉，继续搅拌，转速为200r/min，搅拌60分钟，最终得到实施例6的环氧树脂亲水剂。
69.将实施例1～6中得到的环氧树脂亲水剂，分别与环氧树脂按质量比1:1配比，固化后得到产品；将对比例中纯环氧树脂以及实施例1～6的环氧树脂亲水剂处理后的产品分别设置为实验组1～7；采用jcy系列接触角测仪(dataphysics)上进行实验组1～7的产品对水的接触角测试，室温下进行测试，试验结果如表1所示：
70.表1实验组1～7的产品的水的接触角对比表
[0071][0072]
需要说明的是，0
°
＜水接触角＜90
°
，液体可润湿固体，且越小，润湿性越好，叫亲水接触角。90
°
＜水接触角＜180
°
，液体不润湿固体，也叫疏水接触角，或者憎水接触角。
[0073]
本实验测试的对比例的实验组1中未经过亲水剂处理的环氧树脂的亲水接触角为80
°
；而实验组2～7的亲水接触角减小(最大为48
°
)；通过对原料以及含量进行选择，得到了
亲水性效果好的环氧树脂亲水剂，与现有技术中的普通亲水剂相比，形成的亲水接触角小于50
°
，具备亲水性。
[0074]
进一步的，实验3、5、6组的亲水接触角更小(最大为44
°
)；说明淀粉的重均分子量mw为10000～200000；kh550硅烷偶联剂为2～30份；无水乙醇为200～400份时，获得的环氧树脂亲水剂的亲水性效果更好。
[0075]
综上，本发明的环氧树脂亲水剂以及制备方法所得到的环氧树脂亲水剂，一方面与环氧树脂与固化剂主要成分具有良好的相容性；另一方面，加入环氧树脂亲水剂后，环氧树脂在涂刷到透水路面与水具有良好的亲和性，能够快速引导水渗透，可以有效提高环氧树脂固化后的亲水性，在渗水路面涂覆时，水滴能够快速渗透。具有制备简单，原材料性价比高，市场竞争力强，适合在透水路面施工领域进行大面积推广的技术效果。
[0076]
但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提供的环氧树脂亲水剂以及制备方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。