CN102936312A - 用于水性金属漆的合成乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水性金属漆的合成乳液及其制备方法，为由叔碳酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、反应性乳化剂、过硫酸钾水溶液、多功能助剂NP-95、流平剂2020及去离子水经核/壳乳液聚合而成。本发明生产工艺简单，生产条件便于控制，操作方便，利用其制备的水性金属漆机械性能高，耐水性好，光泽度高。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术，尤其涉及一种用于水性金属漆的合成乳液及其制备方法。
背景技术
金属的腐蚀现象是十分普遍的。据统计，世界上每年生产的金属材料约有三分之一因腐蚀而报废。防止金属腐蚀的最佳方法就是使用防锈性能优良的防锈涂料对金属进行保护处理，延长被腐蚀时间，从而延长其使用寿命。目前，市场上使用的金属防锈漆主要有醇酸油漆、硝基油漆及烤漆等溶剂型涂料，使用时不仅对环境污染严重，而且对人体健康危害很大，同时在施工、储藏、运输中存在易燃、易爆等安全隐患。
为此人们开发出了一系列的水性金属漆，水性金属漆主要采用了以微皂核／壳乳液聚合、互穿网络聚合新工艺合成的水性树脂，再经适当配方制漆而成，其各项指标均达到或优于国家标准，特别是TVOC指标可为16g／L左右，远远低于国家强制标准规定的200g／L，及欧共体标准规定的50g／L。水性金属漆正朝着绿色、节能、安全、经济高效的方向迈进，向高性能及多功能化方向发展，水性金属漆以其无毒环保、无气味、可挥发物极少、不燃不爆的高安全性等优点，越来越受到市场的欢迎。
与溶剂型金属漆相比，水性金属漆虽有不少优点，但也有一些发展的障碍。比如水性金属漆性能上如附着力等机械性能低仍有不足。现阶段在使用性能上,大多数水性漆的漆膜硬度、耐水性、光泽度等物理性能与油性漆还有明显差距，这主要是与目前产品大多以丙烯酸酯为主要成分有关。传统丙烯酸酯乳液体系虽然环保,但漆膜的耐水性与光泽度难以协调。因为高光泽度需要丙烯酸酯乳液颗粒粒径小而均匀，这需要乳化剂，尤其是离子型乳化剂的大量使用作为保障，但这恰恰导致耐水性下降。因此目前水性金属漆存在附着力等机械性能低、耐水性不好、光泽度不高等缺点，不能达到市场的要求同时也不能普及，而用于制备水性金属漆的合成乳液在一定程度上决定了水性金属漆的以上性能，现有技术中用于制备水性金属漆的合成乳液性能较差，且价格较高，生产工艺复杂，生产条件不易控制，操作不方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供了一种生产工艺简单，生产条件便于控制，操作方便，利用其制备的水性金属漆机械性能高，耐水性好，光泽度高的用于水性金属漆的合成乳液、和用于水性金属漆的合成乳液制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：用于水性金属漆的合成乳液，是由核单体和壳单体与助剂经核壳乳液聚合制成，其中：
核单体
甲基丙烯酸甲酯 26～40重量份
丙烯酸丁酯 17～28重量份；
壳单体
叔碳酸乙烯酯 10～20重量份
甲基丙烯酸甲酯 24～32重量份
丙烯酸丁酯 7～20重量份
丙烯酸 3～5重量份
丙烯酸羟乙酯 1～3重量份。
而所述助剂为：
反应性乳化剂 3～6重量份
质量浓度为2.5％的过硫酸钾水溶液 16～24重量份
多功能助剂NP-95 0.2～0.5重量份
流平剂2020 0.2～0.4重量份
去离子水 260～300重量份。
所述的反应性乳化剂为反应性乳化剂NRS-10和反应型乳化剂M-20S中的至少一种。
用于水性金属漆的合成乳液的制备方法，包括下列步骤：
步骤一、 将26～40重量份甲基丙烯酸甲酯与17～28重量份丙烯酸丁酯混合得核单体；将10～20重量份叔碳酸乙烯酯、24～32重量份甲基丙烯酸甲酯、7～20重量份丙烯酸丁酯、3～5重量份丙烯酸与1～3重量份丙烯酸羟乙酯混合得壳单体；
步骤二、 将260～300重量份去离子水加入到反应器中，加入3～6重量份反应性乳化剂搅拌至完全溶解；取核单体总重量的1/2投入反应器内40±5℃下搅拌20±5分钟，升温至70±5℃，加入16～24重量份质量浓度为2.5％的过硫酸钾水溶液总重量的1/4，升温并控温在80±5℃反应0.9～1.1小时；
步骤三、控温80±5℃在4.5～5.5小时内先滴加剩余的核单体，再滴加壳单体，期间均匀滴加过硫酸钾水溶液总重量的1/2；升温至90±5℃加入剩余的过硫酸钾水溶液并保温0.9～1.1小时；
步骤四、降温至40±5℃加入0.2～0.5重量份的多功能助剂NP-95及0.2～0.4重量份的流平剂2020，搅拌20±5分钟调节PH值及流平性，即得用于水性金属漆的合成乳液。
所述的反应性乳化剂为反应性乳化剂NRS-10和反应型乳化剂M-20S中的至少一种。
本发明所用的原料均为市售原料。
反应性乳化剂为带有反应性双键及离子基团的表面活性剂，本发明在合成胶乳聚合物中使用时，它能与丙烯酸酯类不饱和单体进行共聚，而其离子基团又作为表面活性剂参与形成胶束并乳化单体,该作用机理致使它表现出以下特殊的性能：（1）赋予乳液优秀的稳定性，不仅表现在乳液涂膜具有良好的耐水性能上，而且对于后续深加工的产品同样赋予良好的稳定性；（2）能使聚合物颗粒尺寸减小，这不仅提高了涂层的成膜能力，而且改善了光泽度和流变性；（3）反应性乳化剂用量越大效果越好。同时本发明壳单体中使用的叔碳酸乙烯酯中,α碳原子上具有丰富的烷基,形成了极大的空间位阻效应和屏蔽作用,不但对自身而且对周围的基团也起到保护的作用；同时由于烷基的非极性使得叔碳酸乙烯酯分子极性小,具有极强的疏水性。其均聚物或与其他单体的共聚物具有优良的耐候性、耐碱性、耐水性。从而导致本合成乳液所形成的涂膜具有极好的耐水性和高光泽，其自然成膜后耐水性合格（按GB/T9755-2001 “合成树脂乳液外墙涂料”测定）；光泽度可大于80（按GB/T 9754-2007 “色漆和清漆 不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定”测定；采用WGG60 光泽度仪）。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
实施例一：
用于水性金属漆的合成乳液，由核单体和壳单体与助剂经核壳乳液聚合制成，其中：
核单体
甲基丙烯酸甲酯 40重量份
丙烯酸丁酯 17重量份
壳单体
叔碳酸乙烯酯 20重量份
甲基丙烯酸甲酯 27重量份
丙烯酸丁酯 7重量份
丙烯酸 3重量份
丙烯酸羟乙酯 3重量份
反应性乳化剂NRS-10 3重量份
质量浓度为2.5％的过硫酸钾水溶液 16重量份
多功能助剂NP-95 0.5重量份
流平剂2020 0.4重量份
去离子水 300重量份。
上述用于水性金属漆的合成乳液的制备方法，包括下列步骤：
步骤一、 将40重量份甲基丙烯酸甲酯与17重量份丙烯酸丁酯混合得核单体；将20重量份叔碳酸乙烯酯、27重量份甲基丙烯酸甲酯、7重量份丙烯酸丁酯、3重量份丙烯酸与3重量份丙烯酸羟乙酯混合得壳单体；
步骤二、 将300重量份去离子水加入到反应器中，加入3重量份反应性乳化剂NRS-10搅拌至完全溶解；取核单体总重量的1/2投入反应器内40℃下搅拌20分钟，升温至70℃加入16重量份质量浓度为2.5％的过硫酸钾水溶液的1/4，升温并控温在80℃反应1小时；
步骤三、控温80℃在5小时内先滴加剩余的核单体，再滴加壳单体，期间均匀滴加过硫酸钾水溶液总重量的1/2；升温至90℃加入剩余的过硫酸钾水溶液并保温1小时；
步骤四、降温至40℃加入0.5重量份的多功能助剂NP-95及0.4重量份的流平剂2020，搅拌20分钟调节PH值及流平性，即得用于水性金属漆的合成乳液。
制得的用于水性金属漆的合成乳液自然成膜后耐水性合格（按GB/T9755-2001 “合成树脂乳液外墙涂料”测定），光泽度为81。
实施例二：
用于水性金属漆的合成乳液，是由核单体和壳单体与助剂经核壳乳液聚合制成，其中：
核单体
甲基丙烯酸甲酯 26重量份
丙烯酸丁酯 28重量份
壳单体
叔碳酸乙烯酯 10重量份
甲基丙烯酸甲酯 24重量份
丙烯酸丁酯 20重量份
丙烯酸 5重量份
丙烯酸羟乙酯 1重量份；
反应型乳化剂M-20S 6重量份
质量浓度为2.5％的过硫酸钾水溶液 24重量份
多功能助剂NP-95 0.2重量份
流平剂2020 0.2重量份
去离子水 260重量份。
上述用于水性金属漆的合成乳液的制备方法，包括下列步骤：
步骤一、 将26重量份甲基丙烯酸甲酯与28重量份丙烯酸丁酯混合得核单体；将10重量份叔碳酸乙烯酯、24重量份甲基丙烯酸甲酯、20重量份丙烯酸丁酯、5重量份丙烯酸与1重量份丙烯酸羟乙酯混合得壳单体；
步骤二、 将260重量份去离子水加入到反应器中，加入6重量份反应型乳化剂M-20S搅拌至完全溶解；取核单体总重量的1/2投入反应器内40℃下搅拌20分钟，升温至70℃加入24重量份质量浓度为2.5％的过硫酸钾水溶液总重量的1/4，升温并控温在80℃反应1小时；
步骤三、控温80℃在5小时内先滴加剩余的核单体，再滴加壳单体，期间均匀滴加过硫酸钾水溶液总重量的1/2；升温至90℃加入剩余的过硫酸钾水溶液并保温1小时；
步骤四、降温至40℃加入0.2重量份的多功能助剂NP-95及0.2重量份的流平剂2020，搅拌20分钟，即得用于水性金属漆的合成乳液。
制得的用于水性金属漆的合成乳液自然成膜后耐水性合格（按GB/T9755-2001 “合成树脂乳液外墙涂料”测定；采用WGG60 光泽度仪），光泽度为85。
实施例三：
用于水性金属漆的合成乳液，由核单体和壳单体与助剂经核壳乳液聚合制成，其中：
核单体
甲基丙烯酸甲酯 33重量份
丙烯酸丁酯 23重量份；
壳单体
叔碳酸乙烯酯 12重量份
甲基丙烯酸甲酯 32重量份
丙烯酸丁酯 10重量份
丙烯酸 4重量份
丙烯酸羟乙酯 2重量份
反应性乳化剂NRS-10 2重量份
反应性乳化剂M-20S 2重量份
质量浓度为2.5％的过硫酸钾水溶液 20重量份
多功能助剂NP-95 0.3重量份
流平剂2020 0.3重量份
去离子水 280重量份。
上述用于水性金属漆的合成乳液的制备方法，包括下列步骤：
步骤一、 将33重量份甲基丙烯酸甲酯与23重量份丙烯酸丁酯混合得核单体；将12重量份叔碳酸乙烯酯、32重量份甲基丙烯酸甲酯、10重量份丙烯酸丁酯、4重量份丙烯酸与2重量份丙烯酸羟乙酯混合得壳单体；
步骤二、 将280重量份去离子水加入到反应器中，加入2重量份反应性乳化剂NRS-10和2重量份反应性乳化剂M-20S搅拌至完全溶解；取核单体总重量的1/2投入反应器内40℃下搅拌20分钟，升温至70℃，加入20重量份质量浓度为2.5％的过硫酸钾水溶液总重量的1/4，升温并控温在80℃反应1小时；
步骤三、控温80℃在5小时内先滴加剩余的核单体，再滴加壳单体，期间均匀滴加过硫酸钾水溶液总重量的1/2；升温至90℃加入剩余的过硫酸钾水溶液并保温1小时；
步骤四、降温至40℃加入0.3重量份的多功能助剂NP-95及0.3重量份的流平剂2020，搅拌20分钟调节PH值及流平性，即得用于水性金属漆的合成乳液。
制得的用于水性金属漆的合成乳液自然成膜后耐水性合格（按GB/T9755-2001 “合成树脂乳液外墙涂料”测定；采用WGG60 光泽度仪），光泽度为82。
本发明各个实施例中，所用化工料均为本领域生产中所用之料，均可从市场中得到，且对于生产结果不会产生影响；在各工序中用到的设备，均采用当前生产中所用的常规设备，并无特别之处。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.用于水性金属漆的合成乳液，其特征在于是由核单体和壳单体
与助剂经核壳乳液聚合制成，其中：
核单体
甲基丙烯酸甲酯 26～40重量份
丙烯酸丁酯 17～28重量份；
壳单体
叔碳酸乙烯酯 10～20重量份
甲基丙烯酸甲酯 24～32重量份
丙烯酸丁酯 7～20重量份
丙烯酸 3～5重量份
丙烯酸羟乙酯 1～3重量份。
2. 如权利要求1所述的用于水性金属漆的合成乳液，其特征在于所述助剂为：
反应性乳化剂 3～6重量份
质量浓度为2.5％的过硫酸钾水溶液 16～24重量份
多功能助剂NP-95 0.2～0.5重量份
流平剂2020 0.2～0.4重量份
去离子水 260～300重量份。
3. 如权利要求2所述的用于水性金属漆的合成乳液，其特征在于：所述的反应性乳化剂为反应性乳化剂NRS-10和反应型乳化剂M-20S中的至少一种。
4. 如权利要求3所述的用于水性金属漆的合成乳液的制备方法，包括下列步骤：
步骤一、 将26～40重量份甲基丙烯酸甲酯与17～28重量份丙烯酸丁酯混合得核单体；将10～20重量份叔碳酸乙烯酯、24～32重量份甲基丙烯酸甲酯、7～20重量份丙烯酸丁酯、3～5重量份丙烯酸与1～3重量份丙烯酸羟乙酯混合得壳单体；
步骤二、 将260～300重量份去离子水加入到反应器中，加入3～6重量份反应性乳化剂搅拌至完全溶解；取核单体总重量的1/2投入反应器内40±5℃下搅拌20±5分钟，升温至70±5℃，加入16～24重量份质量浓度为2.5％的过硫酸钾水溶液总重量的1/4，升温并控温在80±5℃反应0.9～1.1小时；
步骤三、控温80±5℃在4.5～5.5小时内先滴加剩余的核单体，再滴加壳单体，期间均匀滴加过硫酸钾水溶液总重量的1/2；升温至90±5℃加入剩余的过硫酸钾水溶液并保温0.9～1.1小时；
步骤四、降温至40±5℃加入0.2～0.5重量份的多功能助剂NP-95及0.2～0.4重量份的流平剂2020，搅拌20±5分钟，即得用于水性金属漆的合成乳液。
5. 如权利要求4所述的用于水性金属漆的合成乳液的制备方法，其特征在于：所述的反应性乳化剂为反应性乳化剂NRS-10和反应型乳化剂M-20S中的至少一种。
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Granted publication date: 20140917 Termination date: 20191018 |
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