CN102153934B

CN102153934B - 一种水性上光油及其制备方法

Info

Publication number: CN102153934B
Application number: CN2011100284620A
Authority: CN
Inventors: 任凤梅; 蔡训儒; 徐卫兵; 周正发
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: CN102153934A

Abstract

本发明涉及一种水性上光油及其制备方法，其中水性上光油的由以下原料构成：共聚单体，缔合型乳化剂，引发剂，pH值调节剂，水；其制备方法是以聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯作为缔合型乳化剂，与共聚单体、引发剂、pH值调节剂，经乳液聚合制备水性上光油。本发明制备的水性上光油流平性能好、干燥速度快、成膜光泽度高、耐水能力强。

Description

一种水性上光油及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种水性上光油及其制备方法。

二、背景技术

丙烯酸酯乳液型水性上光油具备成膜性能好、与基材粘接力强、在长期强烈日光照射下不易泛黄变色等特点，已被广泛地研究和应用。然而丙烯酸酯水性上光油普遍存在着流平性能差、光泽度低等问题。

使用小分子乳化剂可以制备出粒径相对较小的乳液，虽然有利于乳液的流平，但是在成膜过程中，小分子乳化剂会迁移到膜的表面，使得成膜的光泽度降低，耐水性能变差。

向反应体系中引入聚乙烯醇、纤维素醚等增稠剂，在一定程度上改善了水性上光油的流平性能(Polymer International，2000，49：1629-1625)。然而乳液稠度的增加，不仅增加了施工的难度，而且减慢了溶剂的挥发速度，导致成膜光泽度降低。

采用脲基单体参与聚合反应，减少了涂刷阻力，是提高乳液流平性能的又一种方法(G.D.Shay etal.(De Soto)，Eur.P 199，928(1986))。脲基单体不仅价格昂贵，而且其良好的亲水性使得成膜耐水性能变差。

三、发明内容

本发明是为了避免上述现有技术的不足之处，提供一种流平性能好、光泽度高的水性上光油及其制备方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明水性上光油的特点在于其原料按质量百分比构成为：

所述共聚单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、单体A和单体B；其中所述苯乙烯、所述甲基丙烯酸甲酯、所述单体A和所述单体B之间的质量比为39∶14∶39∶8；

所述单体A为丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸丁酯；

所述单体B为丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯。

本发明水性上光油的特点也在于：所述缔合型乳化剂为聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯。

本发明水性上光油的特点也在于：所述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯的数均分子量为1000、1200或1500。

本发明水性上光油的特点也在于：所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸铵-亚硫酸氢钠；

所述过硫酸铵-亚硫酸氢钠中过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为3∶2。

本发明水性上光油的特点也在于：所述pH值调节剂为氢氧化钠或碳酸氢钠。

本发明水性上光油的制备方法的特点在于按以下步骤操作：

将缔合型乳化剂、pH值调节剂和部分水混合并搅拌升温，升温至85℃后加入部分共聚单体和部分引发剂水溶液，搅拌反应30分钟后同时分别滴加余量的引发剂水溶液和余量的共聚单体，滴加完成后升温至90℃保温反应2小时，反应结束后冷却过滤得成品；

所述部分水为水总量的2/3；

所述部分引发剂水溶液为引发剂水溶液总量的20％；

所述引发剂水溶液是用余量的水和引发剂混合得到；

所述部分共聚单体为共聚单体总质量的15％。

性能测试：

1、流平性能：根据标准JB/T3998-1999的规定测试。

2、光泽度：使用白版纸涂膜，采用WGG60光泽度仪测定光泽度。

3、黏度：使用NDJ-7型旋转式黏度计在25℃下测试。

4、吸水率：根据国家标准GB/T1733-93的规定测试。

与现有产品相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明使用聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯作为缔合型乳化剂参与聚合反应，克服了水性上光油施工过程中流平性能差、光泽度低等问题，而且体系不增稠，耐水能力强。

2、本发明不需要外加流平剂，产品就能达到较高的流平等级，大大降低了生产成本。

3、本发明涂膜无刷痕、露白、缩孔等现象，成膜光泽度高。

四、说明书附图

图1是MPEGMA含量与水性上光油流平性能的关系曲线。

图2是MPEGMA含量与水性上光油涂层光泽度的关系曲线。

图3是MPEGMA含量与水性上光油黏度的关系曲线。

图4是MPEGMA含量与水性上光油吸水率的关系曲线。

图5是MPEGMA含量为2％时乳液涂膜的显微镜照片。其中a图是没加MPEGMA的涂膜的空白试验，b图添加的MPEGMA分子量为1000，c图添加的MPEGMA分子量为1200，d图添加的MPEGMA分子量为1500。

五、具体实施方式

以下实施例所用原料信息如下：

实施例1：(共聚单体含量为44％)

取70.2g苯乙烯、70.2g甲基丙烯酸丁酯、25.2g甲基丙烯酸甲酯、14.4g丙烯酸羟乙酯于250mL锥形瓶中得共聚单体；取1.2g过硫酸铵、0.8g亚硫酸氢钠溶解于72g水中得引发剂水溶液；将8g分子量为1000的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、1.5g氢氧化钠、144g水置于500mL三口瓶中，充分搅拌至溶解，然后将三口瓶移至85℃水浴锅中，待反应瓶内温度稳定后，向其中加入15％质量的共聚单体和20％质量的引发剂水溶液；半小时后，向三口瓶中匀速滴加剩余的共聚单体和引发剂水溶液，控制在2小时内滴加完毕。滴加完成后升温至90℃，保温反应2小时，冷却至30℃以下，过滤出料。

本实施例制备的水性上光油的流平等级8级；光泽度58；黏度57mPa.s；涂膜吸水率9％。

实施例2：(共聚单体含量为20％)

取31.2g苯乙烯、31.2g丙烯酸丁酯、11.2g甲基丙烯酸甲酯、6.4g丙烯酸羟乙酯于250mL锥形瓶中得共聚单体；取1.2g过硫酸铵溶解于75g水中得引发剂水溶液；将4g分子量为1200的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、0.8g氢氧化钠、150g水置于500mL三口瓶中，充分搅拌至溶解，然后将三口瓶移至85℃水浴锅中，待反应瓶内温度稳定后，向其中加入15％质量的共聚单体和20％质量的引发剂水溶液；半小时后，向三口瓶中匀速滴加剩余的共聚单体和引发剂水溶液，控制在2小时内滴加完毕。滴加完成后升温至90℃，保温反应2小时，冷却至30℃以下，过滤出料。

本实施例制备的水性上光油的流平等级8级；光泽度65；黏度60mPa.s；涂膜吸水率9.3％。

实施例3：(共聚单体含量为50％)

取78g苯乙烯、78g甲基丙烯酸丁酯、28g甲基丙烯酸甲酯、16g丙烯酸羟丙酯于250mL锥形瓶中得共聚单体；取2.8g过硫酸钾溶解于62g水中得引发剂水溶液；将8g分子量为1500的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、2g碳酸氢钠、125g水置于500mL三口瓶中，充分搅拌至溶解，然后将三口瓶移至85℃水浴锅中，待反应瓶内温度稳定后，向其中加入15％质量的共聚单体和20％质量的引发剂水溶液；半小时后，向三口瓶中匀速滴加剩余的共聚单体和引发剂水溶液，控制在2小时内滴加完毕。滴加完成后升温至90℃，保温反应2小时，冷却至30℃以下，过滤出料。

本实施例制备的水性上光油的流平等级9级；光泽度68；黏度75mPa.s；涂膜吸水率11％。

实施例4：(共聚单体含量为30％)

取37g苯乙烯、37g甲基丙烯酸丁酯、13g甲基丙烯酸甲酯、7g丙烯酸羟丙酯于250mL锥形瓶中得共聚单体；取1.4g过硫酸钾溶解于71g水中得引发剂水溶液；将6g分子量为1500的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、1g碳酸氢钠、141g水置于500mL三口瓶中，充分搅拌至溶解，然后将三口瓶移至85℃水浴锅中，待反应瓶内温度稳定后，向其中加入15％质量的共聚单体和20％质量的引发剂水溶液；半小时后，向三口瓶中匀速滴加剩余的共聚单体和引发剂水溶液，控制在2小时内滴加完毕。滴加完成后升温至90℃，保温反应2小时，冷却至30℃以下，过滤出料。

本实施例制备的水性上光油的流平等级8级；光泽度65；黏度64mPa.s；涂膜吸水率13％。

实施例5：(共聚单体含量为20％)

取31.2g苯乙烯、31.2g甲基丙烯酸丁酯、11.2g甲基丙烯酸甲酯、6.4g丙烯酸羟丙酯于250mL锥形瓶中得共聚单体；取2.3g过硫酸钾溶解于104g水中得引发剂水溶液；将4g分子量为1500的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、1g碳酸氢钠、208g水置于500mL三口瓶中，充分搅拌至溶解，然后将三口瓶移至85℃水浴锅中，待反应瓶内温度稳定后，向其中加入15％质量的共聚单体和20％质量的引发剂水溶液；半小时后，向三口瓶中匀速滴加剩余的共聚单体和引发剂水溶液，控制在2小时内滴加完毕。滴加完成后升温至90℃，保温反应2小时，冷却至30℃以下，过滤出料。

本实施例制备的水性上光油的流平等级6级；光泽度60；黏度52mPa.s；涂膜吸水率11％。

图1是MPEGMA含量与水性上光油流平性能的关系曲线。从图1中可以看出，MPEGMA的引入可以明显改善水性上光油的流平性能，其最高流平等级达到9级。但是，持续增加MPEGMA用量，流平性能反而变差。根据流变学理论，影响流平性的关键因素是上光油在流平过程中的流平黏度及其干燥速度。若流平黏度能保持较低，并且初期的变化率比较小，涂层就可较快流平。干燥速度也影响流平性，若速度较小，流平黏度的变化率较小，且给予的流平时间也较多，就能够充分流平。所以，适宜的黏度和干燥速度将有助于乳液的流平。

图2是MPEGMA含量与水性上光油涂层光泽度的关系曲线。从图2可以看出，随着MPEGMA含量的增加，光泽度先增加后减小。一般而言，共聚物的玻璃化温度，乳液粒径及其流平性能均和光泽度有关。其中，水性上光油的流平性是影响光泽度的一个重要因素。若水性上光油的流平性好，就能够在涂层干燥前迅速流平，形成光滑的表面，涂层就会有高的光泽度；若上光油流平性不够好，即在上光油充分流平以前就已干燥，则会留下一些条痕、砂眼等，使其光泽度降低。

图3是MPEGMA含量与水性上光油黏度的关系曲线。从图3可以看出，随着乳化剂用量的增加，体系的黏度逐渐变大。这是因为随着MPEGMA用量的增加，体系中产生的胶束数目就越多，按胶束机理生成的乳胶粒数也越多，粒径越小，乳液中胶粒的比表面积越大，因而体系的黏度不断增大。同时随着MPEGMA分子量的增加，聚合物分子链增长，链缠结现象不可避免，这无疑使体系的黏度随MPEGMA分子量的增大而增加。

图4是MPEGMA含量与水性上光油吸水率的关系曲线。从图4可以看出，随着MPEGMA用量的增加，水性光油成膜后的耐水性能逐渐降低。这是因为MPEGMA含有亲水性基团。所以随着MPEGMA用量的增加，膜的吸水能力越来越强。同时图4也表明，，乳胶膜的吸水率随MPEGMA分子量的增加而增加。MPEGMA的分子量越大，结构单元

的数量就越多，膜的亲水能力就越强，吸水率就越大。

为了对流平现象有更加形象的认识，将由水性上光油涂敷过的白板纸置于图像颗粒分析系统下，经显微镜放大160倍后观察其表面形态，结果如图5所示。从图5中可以看出，没加MPEGMA的涂膜，其表面凹凸不平，且存在大量露白。加入MPEGMA后，涂膜外观明显得到改善。随着MPEGMA分子量的提高，涂膜表面越来越光滑，露白现象逐渐减轻至消失。这一现象有力的说明了MPEGMA可以明显提高水性上光油的流平性能，而且MPEGMA的分子量越高越有利于水性上光油的流平。

Claims

1.一种水性上光油，其特征在于其原料按质量百分比构成为：

所述单体A为丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸丁酯；

所述单体B为丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯；

所述缔合型乳化剂为聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯。

2.根据权利要求1所述的水性上光油，其特征在于：所述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯的数均分子量为1000、1200或1500。

3.根据权利要求1所述的水性上光油，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸铵-亚硫酸氢钠；

4.根据权利要求1所述的水性上光油，其特征在于：所述pH值调节剂为氢氧化钠或碳酸氢钠。

5.如权利要求1所述的水性上光油的制备方法，其特征在于按以下步骤操作：

所述部分水为水总量的2/3；

所述部分引发剂水溶液为引发剂水溶液总量的20％；

所述引发剂水溶液是用余量的水和引发剂混合得到；

所述部分共聚单体为共聚单体总质量的15％。