本发明属于水性工业涂料，具体涉及一种生物基自交联乳液及其制备方法和应用。
背景技术：
1、环氧乳液以水为分散介质，具有挥发性溶剂含量低，气味低，不燃不爆等特点，用其制备的涂膜具有附着力优异、机械性能优异、硬化收缩率低、化学稳定性高、耐水、耐盐雾优异等特点，在涂料领域得到了广泛的应用。但是现有的环氧乳液在使用的时候必须添加固化剂，环氧涂料产品常以双组份产品体系供应。在使用前固化剂与环氧乳液需要精准称量、混合均匀、在规定的时间内使用完，否则都会影响涂膜的性能。
2、自交联乳液通过氧化交联反应，可提高涂膜的交联密度、硬度、耐水、耐盐雾性能，同时避免了双组份产品体系施工方面的不便。
3、因此，近些年来，研究人员在水性自交联乳液方向上开展了大量的研究开发工作。如，已公开的专利《一种交联水性丙烯酸乳液的制备方法》(cn106432758a)，通过丙烯酸酯共聚物乳液中加入改性二醛交联剂，得到自交联水性丙烯酸乳液；专利《环氧酯乳液和以该乳液为基料的水性防锈底漆》(cn1374357a)，通过丙烯酸单体接枝改性环氧聚酯树脂，通过胺中和得到了阴离子型环氧酯树脂；专利《一种水性丙烯酸改性环氧酯乳液及其制备方法》(cn102993442a)，通过将一种含脂肪酸成分的丙烯酸树脂与一种低酸值的环氧酯树脂进行酯化反应，随后经胺或氨中和、用水稀释，得到水性阴离子丙烯酸改性环氧酯乳液；专利《水性聚合物乳液》(cn107406557a)，披露了利用天然衣康酸及其酯衍生物生产用于涂料配方的“绿色”乳液聚合物的方法；专利《一种植物油基聚丙烯酸酯阴离子乳液及其制备方法和应用》(cn1 13214420a)，公开了一种植物油基聚丙烯酸酯阴离子乳液的制备方法。
4、又例如，已公开专利《一种生物基潜伏性水性环氧树脂及其制备方法》(cn112142951a)，利用生物质资源多酚类化合物与多元醇缩水甘油醚进行开环反应得到含有醚键、酚羟基、羧基和环氧基的水性环氧树脂，产品体系中既含有环氧基又含有羧基，制备的水性环氧树脂低于100℃不会发生固化，高于100℃会发生自交联反应进行固化，该技术的不足在于：固化温度较高，导致能源浪费，另外，在大型工件以及不耐高温工件(木制品、塑料制品)面临难以应用的问题；专利《一种生物基水性环氧气干性树脂及其制备方法》(cn117964862)，利用丙烯酸单体对腰果酚环氧进行接枝聚合反应，在分子链段引入羧基，然后用胺中和成盐，形成阴离子型乳液。
5、从以上公开的专利可以看出，目前水性自交联乳液方向的研究主要以丙烯酸或丙烯酸酯为原料通过自由基聚合或接枝改性引入羧基，然后通过胺中和，得到阴离子型乳液。但是，阴离子乳液通过双电层稳定在水相体系中，在多价金属离子或缓蚀剂的作用下极易破乳。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种生物基自交联乳液及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
3、本发明的一个方面提供了一种生物基自交联乳液，它的制备原料包括按照重量份数计算的如下组分：环氧树脂10-30份、扩链剂1-30份、含亲水基团化合物3-20份、生物基原料1-50份、第一催化剂0.05-1份、第二催化剂0.05-1份、第三催化剂0.05-3份、有机溶剂2-20份、水1-50份。
4、本发明的另一个方面提供了前述生物基自交联乳液的制备方法，其包括：使环氧树脂、扩链剂、第一催化剂混合，加热，进行第一反应，之后加入生物基原料、第二催化剂，进行第二反应，之后加入含亲水基团化合物、有机溶剂、第三催化剂、水，制得生物基自交联乳液。
5、本发明的另一个方面还提供了由前述的生物基自交联乳液固化得到的涂膜。
6、本发明的另一个方面还提供了前述的生物基自交联乳液在涂料领域中的应用。
7、相较于现有技术，本发明的技术方案至少有如下优点：
8、本发明通过非食用生物基原料对环氧树脂进行接枝改性，将双组份环氧树脂体系，转变成单组分产品体系，避免了环氧树脂在使用前需要和固化剂精准计算、称量、配比、混合的过程，消除了环氧树脂和固化剂混合之后固化失效的风险，实现了单组分产品，室温交联固化的特性；通过非离子接枝改性技术，避免了阴离子乳液在多价金属离子、缓蚀剂、转锈剂、螯合剂的作用下极易破乳的风险，适用于制备缓蚀涂料和防锈涂料；且本发明产品体系不添加中和剂，降低了挥发性有机物(voc)的含量，减小了产品体系的气味。
1.一种生物基自交联乳液的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用的原料包括按照重量份数计算的如下组分：环氧树脂10-30份、扩链剂1-30份、含亲水基团化合物3-20份、生物基原料1-50份、第一催化剂0.05-1份、第二催化剂0.05-1份、第三催化剂0.05-3份、有机溶剂2-20份、水1-50份。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂包括双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂中的任意一种或两种以上的组合；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含亲水基团化合物包括脂肪酸皂、烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、磷酸盐、n-十二烷基二甲胺、n-十二烷基二甲胺衍生物、季铵盐、聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物、甲氧基聚氧乙烯醚、甲氧基聚氧乙烯醚与甲苯二异氰酸酯的加成物、甲氧基聚氧乙烯醚与异佛尔酮二异氰酸酯的加成物、多元醇脂肪酸酯、聚乙烯醇、有机硅低聚物与环氧乙烷的加成物、聚醚胺、烷基酚聚氧乙烯醚、腰果壳酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物基原料包括大豆油酸、椰子油酸、亚麻油酸、蓖麻油酸、梓油酸、桐油酸、腰果酚、呋喃二甲酸、葡萄糖、纤维素、木质素中的任意一种或两种以上的组合；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：使环氧树脂、扩链剂、第一催化剂混合，加热，进行第一反应，之后加入生物基原料、第二催化剂，进行第二反应，之后加入含亲水基团化合物、有机溶剂、第三催化剂、水，制得生物基自交联乳液。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，包括：使环氧树脂、扩链剂混合，加热至75-250℃，之后加入第一催化剂，进行所述的第一反应；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，具体包括：
8.由权利要求1-7中任一项所述制备方法制得的生物基自交联乳液。
9.由权利要求8所述的生物基自交联乳液固化得到的涂膜。
10.如权利要求8所述的生物基自交联乳液在涂料领域中的应用；优选的，所述涂料包括缓蚀涂料或防锈涂料。
