CN101280035B - 耐湿擦性苯丙乳液及其制备方法 - Google Patents

耐湿擦性苯丙乳液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐湿擦性苯丙乳液及其制备方法。现有的苯丙乳液在某些对耐湿擦性要求很高的条件下仍然达不到要求。本发明以苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸为体系的聚合单体，含有脲基的功能单体为体系的改性单体，复合乳化剂为体系的乳化剂，热分解引发剂为体系的引发剂，采用核壳聚合方法制备得到耐湿擦性苯丙乳液。本发明采用核壳聚合工艺，通过控制滴加速率，使含有脲基的功能性单体组分主要分布在壳层，从而达到了改性苯丙乳液的目的，通过这种方法得到的苯丙乳液具有更好的耐湿擦性能，能作为内、外墙涂料的基料，有着良好的发展前景。

Description

耐湿擦性苯丙乳液及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子乳液，具体地说是一种耐湿擦性苯丙乳液及其制备方法。
背景技术
苯丙乳液是苯乙烯与丙烯酸酯类单体共聚的乳液，以其作为主要成膜物质所配制的苯丙乳液涂料无毒、无环境污染，有很好的耐候性、保色性、耐水性、耐碱性，因而在内外墙乳胶漆及其它水性涂料中得到了广泛应用。我国从20世纪70年代起开始研制苯丙乳液，80年代正式投入使用，到目前为至在实际应用过程中还存在一些问题，特别是与国外同类产品相比，还存在相当大的差距，比如最低成膜温度偏高，钙粒子稳定性偏低，耐湿擦性次数不高等问题。为了改善苯丙乳液的耐湿擦性，国内研究者进行了大量的研究，通过共聚或共混的方法在苯丙乳液聚合中引入功能性单体以实现对苯丙乳液的改性，常被引入的功能单体有丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺及丙烯酸酯(如乙酯、丁酯、辛酯等)、环氧树脂等，利用这些微量功能单体对传统苯丙乳液实施羧基交联、羟基交联、环氧交联、酰胺基交联等，以达到改善苯丙乳液的性能。例如周艳等人在《胶体与聚合物》的2005年第2期上公开发表了一文《建筑涂料用苯丙乳液的研制》，其通过调整软硬单体的配比、改变丙烯酸单体用量以及加入功能单体如丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺等手段来提高苯丙乳液的耐湿擦性，该方法虽然在很大程度上提高了苯丙乳液的耐湿擦性，但在某些对耐湿擦性要求很高的条件下仍然达不到要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种通过添加少量特殊功能性单体参与共聚反应而得到的新型苯丙乳液及其制备方法。
为此，本发明采用的技术方案如下：以苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)为体系的聚合单体，含有脲基的功能单体为体系的改性单体，复合乳化剂为体系的乳化剂，热分解引发剂为体系的引发剂，采用核壳聚合方法制备得到耐湿擦性苯丙乳液。本发明的原理是，在单体中加入含有脲基的功能性单体组分参与共聚反应，得到的苯丙乳液通过大分子链上的脲基与基材间的偶极作用和氢键作用来提高苯丙乳液的耐湿擦性，进而显著改善苯丙乳液涂料的耐湿擦性能，使之适用对耐湿擦性要求很高的环境要求。
上述原料的质量百分比如下：
苯乙烯：10-23％，丙烯酸丁酯：10-23％，甲基丙烯酸甲酯：0.1-10％，丙烯酸：0.1-0.7％，含有脲基的功能性单体：0.1-0.9％，热分解引发剂：0.1-0.5％，复合乳化剂：1.0-2.5％，碳酸氢钠0.2-0.5％，余量为去离子水。
上述含有脲基的功能性单体为甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲、甲基丙烯酸脲杂环酯化物。
上述热分解引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾。
上述复合乳化剂为阴离子和非离子乳化剂的混和物，阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠，非离子乳化剂为OP-10、TX-10，非/阴离子乳化剂的摩尔比为1∶1-2。
本发明的制备步骤如下：
首先将部分复合乳化剂与部分苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)混和，强力搅拌30-60分钟，得到均匀稳定的预乳化液A；然后将另一部分复合乳化剂和剩余的苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及丙烯酸(AA)和功能性单体混和，强力搅拌30-60分钟，得到均匀稳定的预乳化液B；引发剂用去离子水溶解配成溶液C；碳酸氢钠用去离子水溶解配成溶液D；取预乳化液A和溶液C各1/3、去离子水和溶液D加入到反应釜中，搅拌并加热到78-80℃反应30-45分钟，然后滴加剩余的预乳化液A和1/3的溶液C，1-2小时左右滴加完，并控制预乳化液A先滴完，升温至85℃，保温反应1-2小时，得到种子乳液。然后往种子乳液中将预乳化液B、剩余的溶液C在2-3小时内滴加完，在85℃下继续反应1-1.5小时，升温至90℃再继续反应30-45分钟，降温至45℃以下，用氨水调节pH为7-8，过滤出料。上述的碳酸氢钠可以用磷酸氢钠替代。
本发明的工艺简便、易于控制、聚合体系稳定，所得乳液的机械稳定性、贮存稳定性、钙粒子稳定性、稀释稳定性、与助剂的配伍性均良好；采用核壳聚合工艺，通过控制滴加速率，使含有脲基的功能性单体组分主要分布在壳层，从而达到了改性苯丙乳液的目的，通过这种方法得到的苯丙乳液具有更好的耐湿擦性能，能作为内、外墙涂料的基料，属于高性能的水乳型涂料，有着良好的发展前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
一、苯丙乳液的原料配方如下：
原料名称                       核壳分配                            投料比(％)
苯乙烯(St)                     2/3作为核层组分，1/3作为壳层组分    21
丙烯酸丁酯(BA)                 2/3作为核层组分，1/3作为壳层组分    21
甲基丙烯酸甲酯(MMA)            2/3作为核层组分，1/3作为壳层组分    2
丙烯酸(AA)                     壳层组分                            0.7
甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲(MAEEU)  壳层组分                            0.2
OP-10                                                              1.1
十二烷基硫酸钠(SDS)                                                0.8
碳酸氢钠(NaHCO3)                                                   0.2
过硫酸铵(APS)                                                      0.3
去离子水                                                           52.7
二、苯丙乳液的制备方法如下：
首先将乳化剂SDS和OP-10各2/3用水溶解，然后与苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)各2/3混和，强力搅拌30分钟，得到均匀稳定的预乳化液A；然后将另一部分复合乳化剂和剩余的苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及丙烯酸(AA)和甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲(MAEEU)混和，强力搅拌30分钟，得到均匀稳定的预乳化液B；引发剂用去离子水溶解配成溶液C；碳酸氢钠用去离子水溶解配成溶液D；取预乳化液A和溶液C各1/3、去离子水和溶液D加入到反应釜中，搅拌并加热到78℃反应30分钟，然后滴加剩余的预乳化液A和1/3的溶液C，1小时左右滴加完，并控制预乳化液A先滴完，升温至85℃，保温反应1小时，得到种子乳液。然后将预乳化液B、剩余的溶液C在2小时内滴加完，在85℃下继续反应1.5小时，升温至90℃再继续反应45分钟，降温至45℃以下，用氨水调节pH为7-8，过滤出料。
实施例2
一、苯丙乳液的原料配方如下：
原料名称                       核壳分配                            投料比(％)
苯乙烯(St)                     1/2作为核层组分，1/2作为壳层组分    21
丙烯酸丁酯(BA)                 1/2作为核层组分，1/2作为壳层组分    21
甲基丙烯酸甲酯(MMA)            2/3作为核层组分，1/3作为壳层组分    2
丙烯酸(AA)                     壳层组分                            0.7
甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲(MAEEU)  壳层组分                            0.3
TX-10                                                              1.1
十二烷基硫酸钠(SDS)                                                0.8
碳酸氢钠(NaHCO3)                                                   0.2
过硫酸铵(APS)                                                      0.3
去离子水                                                           52.6
二、苯丙乳液的制备方法如下：
首先将乳化剂SDS和TX-10各1/2用水溶解，然后与苯乙烯(St)和丙烯酸丁酯(BA)各1/2、1/3的甲基丙烯酸甲酯(MMA)混和，强力搅拌30分钟，得到均匀稳定的预乳化液A；然后将另一部分复合乳化剂和剩余的苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及丙烯酸(AA)和甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲(MAEEU)混和，强力搅拌30分钟，得到均匀稳定的预乳化液B；引发剂用去离子水溶解配成溶液C；碳酸氢钠用去离子水溶解配成溶液D；取预乳化液A和溶液C各1/3、去离子水和溶液D加入到反应釜中，搅拌并加热到78℃反应45分钟，然后滴加剩余的预乳化液A和1/3的溶液C，1小时左右滴加完，并控制预乳化液A先滴完，升温至85℃，保温反应1.5小时，得到种子乳液。然后将预乳化液B、剩余的溶液C在2小时内滴加完，在85℃下继续反应2小时，升温至90℃再继续反应45分钟，降温至45℃以下，用氨水调节pH为7-8，过滤出料。
实施例3
一、苯丙乳液的原料配方如下：
原料名称                       核壳分配                            投料比(％)
苯乙烯(St)                     1/2作为核层组分，1/2作为壳层组分    15
丙烯酸丁酯(BA)                 1/2作为核层组分，1/2作为壳层组分    21
甲基丙烯酸甲酯(MMA)            1/2作为核层组分，1/2作为壳层组分    8
丙烯酸(AA)                     壳层组分                            0.5
甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲(MAEEU)  壳层组分                            0.4
TX-10                                                              1.1
十二烷基硫酸钠(SDS)                                                0.8
碳酸氢钠(NaHCO3)                                                   0.2
过硫酸铵(APS)                                                      0.4
去离子水                                                           52.6
二、苯丙乳液的制备方法如下：
首先将乳化剂SDS和TX-10各1/2用水溶解，然后与苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)各1/2混和，强力搅拌45分钟，得到均匀稳定的预乳化液A；然后将另一部分复合乳化剂和剩余的苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及丙烯酸(AA)和甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲(MAEEU)混和，强力搅拌45分钟，得到均匀稳定的预乳化液B；引发剂用去离子水溶解配成溶液C；碳酸氢钠用去离子水溶解配成溶液D；取预乳化液A和溶液C各1/3、去离子水和溶液D加入到反应釜中，搅拌并加热到80℃反应45分钟，然后滴加剩余的预乳化液A和1/3的溶液C，1.5小时左右滴加完，并控制预乳化液A先滴完，升温至85℃，保温反应1小时，得到种子乳液。然后将预乳化液B、剩余的溶液C在2小时内滴加完，在85℃下继续反应2小时，升温至90℃再继续反应45分钟，降温至45℃以下，用氨水调节pH为7-8，过滤出料。
实施例4
一、苯丙乳液的原料配方如下：
原料名称                       核壳分配                            投料比(％)
苯乙烯(St)                     2/3作为核层组分，1/3作为壳层组分    11
丙烯酸丁酯(BA)                 1/2作为核层组分，1/2作为壳层组分    21
甲基丙烯酸甲酯(MMA)            2/3作为核层组分，1/3作为壳层组分    10
丙烯酸(AA)                     壳层组分                            0.7
甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲(MAEEU)  壳层组分                            0.6
OP-10                                                              1.5
十二烷基苯磺酸钠(SDBS)                                             0.8
碳酸氢钠(NaHCO3)                                                   0.2
过硫酸铵(APS)                                                      0.3
去离子水                                                           53.9
二、苯丙乳液的制备方法如下：
首先将乳化剂SDBS和OP-10各2/3用水溶解，然后与2/3的苯乙烯(St)、1/2的丙烯酸丁酯(BA)和2/3的甲基丙烯酸甲酯(MMA)混和，强力搅拌30分钟，得到均匀稳定的预乳化液A；然后将另一部分复合乳化剂和剩余的苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及丙烯酸(AA)和甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲(MAEEU)混和，强力搅拌30分钟，得到均匀稳定的预乳化液B；引发剂用去离子水溶解配成溶液C；碳酸氢钠用去离子水溶解配成溶液D；取预乳化液A和溶液C各1/3、去离子水和溶液D加入到反应釜中，搅拌并加热到78℃反应45分钟，然后滴加剩余的预乳化液A和1/3的溶液C，1小时左右滴加完，并控制预乳化液A先滴完，升温至85℃，保温反应1.5小时，得到种子乳液。然后将预乳化液B、剩余的溶液C在2小时内滴加完，在85℃下继续反应2小时，升温至90℃再继续反应45分钟，降温至45℃以下，用氨水调节pH为7-8，过滤出料。
采用化学建材2002，1：18-22《高耐水高光泽建筑乳液的制备》一文中公开的方法对以上实施例达到的效果进行评价。以上实施例的测试结果表明，甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲功能单体的加入使苯丙乳胶涂料的耐湿擦次数明显提高，而且耐湿擦次数随着功能单体(甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲)加入量的增加而提高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.耐湿擦性苯丙乳液，其特征在于它以苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸为聚合单体，含有脲基的功能性单体为改性单体，复合乳化剂为乳化剂，热分解引发剂为引发剂，采用核壳聚合方法聚合得到耐湿擦性苯丙乳液，含有脲基的功能性单体组分主要分布在壳层；所述含有脲基的功能性单体为甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲或甲基丙烯酸脲杂环酯化物；
上述原料的质量百分比如下：苯乙烯：10-23％，丙烯酸丁酯：10-23％，甲基丙烯酸甲酯：0.1-10％，丙烯酸：0.1-0.7％，含有脲基的功能性单体：0.1-0.9％，热分解引发剂：0.1-0.5％，复合乳化剂：1.0-2.5％，碳酸氢钠0.2-0.5％，余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的耐湿擦性苯丙乳液，其特征在于所述的热分解引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾。
3.根据权利要求1所述的耐湿擦性苯丙乳液，其特征在于所述的复合乳化剂为阴离子和非离子乳化剂的混和物，阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠，非离子乳化剂为OP-10、TX-10，非/阴离子乳化剂的摩尔比为1∶1-2。
4.权利要求1-3任一项所述耐湿擦性苯丙乳液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)先将部分复合乳化剂与部分苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯混和，强力搅拌，得到均匀稳定的预乳化液A；
2)接着将另一部分复合乳化剂和剩余的苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯以及丙烯酸和含有脲基的功能性单体混和，强力搅拌，得到均匀稳定的预乳化液B；
3)将热分解引发剂用去离子水溶解配成溶液C；
4)将碳酸氢钠用去离子水溶解配成溶液D；
5)取部分预乳化液A和溶液C、去离子水和溶液D加入到反应釜中，加热搅拌，接着滴加剩余的预乳化液A和部分溶液C，控制预乳化液A先滴完，得到种子乳液；然后往种子乳液中滴加预乳化液B和剩余的溶液C，控制滴加速率，使含有脲基的功能性单体组分主要分布在壳层，用氨水调节溶液的pH为7-8，过滤出料。
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王养臣.高耐水性高光建筑乳液的制备.化学建材 第1 期.2002,(第1 期),18-22.
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