CN103724520A - 一种建筑涂料用的苯丙乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种建筑涂料用的苯丙乳液，该苯丙乳液包括重量组分为15-25％的苯乙烯、20-30％丙烯酸类单体、0.3-1.0％的小分子乳化剂、0.1-0.5％的引发剂、0.05-0.2％的中和剂、0.4-1.2％的高分子乳化剂，高分子乳化剂是由5-20个聚异丁烯单元和40-80个聚氧乙烯醚单元经加聚聚合而成的分子量为500-2000万的具有微交联结构的长侧链异构烷基聚醚，小分子乳化剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸钠等。本发明的苯丙乳液，耐水性强、粘接强度高、涂膜坚韧，对颜料、填料具有较高承载力，而且无毒、无污染，特别适合作为高质量建筑涂料的成膜剂使用。本发明还提供了上述苯丙乳液的制备方法。

Description

一种建筑涂料用的苯丙乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种乳液，尤其涉及一种苯丙乳液，更具体是涉及一种建筑涂料用的苯丙乳液，本发明还涉及一种上述这种建筑涂料用的苯丙乳液的制备方法。

背景技术

建筑涂料是我国涂料行业里最大的品种，我国也是世界第一大生产、消费国，然而，涂料所产生的生态环境影响也是一个头疼的问题。传统的溶剂型涂料由于含有大量挥发性的有机溶剂，在使用过程中排入大气，对人体和环境造成很大伤害，已逐步被淘汰。苯丙乳液是苯乙烯、丙烯酸酯类等单体共聚的乳液，以其作为主要成膜物质所配制的苯丙乳液涂料有机溶剂含量低、对环境影响小，且有很好的耐候性、耐水性、耐碱性和保色性，因而在内外墙乳胶漆及其他水性涂料中已得到了广泛应用；但苯丙乳液在制备过程中往往需要加入较多的乳化剂，由于烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）系列乳化剂性能独特，乳化能力强，特别是能在酸、碱溶液中稳定存在，并对各种溶剂乳化能力较强，对乳液合成的稳定至关重要，而且在树脂、乳液合成后，此种乳化剂对其成品性能又影响最小，因此，APEO系列乳化剂一直是苯丙乳液、树脂合成等行业经常使用的物质之一，所占的市场份额相当大。但研究发现，APEO系列乳化剂对生态的危害是不容忽视的，主要体现在对哺乳动物、水生生物和人体存在致癌的毒性，以及难于降解的问题。

随着人们环保意识的不断加强，关于建筑材料的法规也越来越严格，不仅要求建筑材料性能卓越，而且还要具有良好的环境相容性。目前国外主要以非离子型表面活性剂来替代APEO系列乳化剂，一般可分为两类：1）聚氧化乙烯的烷基或芳基酯或醚和环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物，其中聚氧化乙烯的烷基或芳基酯或醚类，烃基的碳原子数大约为8～9；2）相对分子质量通常为2000～8000的环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物，其中环氧乙烷组分占40％～80％；这两类乳化剂的价格都相对较高，且在乳化性能上与APEO系列乳化剂相比还是有较大差距。国内部分企业以脂肪醇聚氧乙烯醚为主来代替APEO系列乳化剂，但在使用过程中存在如下问题：1）乳化性能差；2）在酸、碱体系中的稳定性不高，特别是在溶剂存在的体系下；3）随着高温的升高，其在水溶中的溶解度下降；4）暴漏在空气中容易氧化变质、降解过程中产生的乙醛和过氧化物对人体会造成较大伤害。因此，寻找一种新型的绿色乳化剂来替代传统的烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）系列乳化剂，从而获得真正环保的苯丙乳液，进而开发不同类型建筑装修材料的绿色产品，成为现今涂料领域发展的一个新方向。

发明内容

为克服以上存在的问题，本发明的目的是提供一种稳定性高、乳化能力高，且无毒、无环境污染的苯丙乳液。

本发明的另一个目的是提供一种上述苯丙乳液的制备方法。

为实现以上目的，本发明的苯丙乳液包括如下各组分及质量百分比：

苯乙烯                          15-25

丙烯酸类单体                    20-30

小分子乳化剂                    0.3-1.0

引发剂                          0.1－0.5

中和剂                          0.05－0.2

高分子乳化剂                    0.4－1.2

去离子水                        余量

其中的高分子乳化剂是由5-20个聚异丁烯单元和40-80个聚氧乙烯醚单元经加聚聚合而成的分子量为500—2000万的具有微交联结构的长侧链异构烷基聚醚，小分子乳化剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸钠、α烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐。

上述分子量为500—2000万的具有微交联结构的长侧链异构烷基聚醚优选汕头市大千高新科技研究中心有限公司出品的型号为T-1103的高分子乳化剂；小分子乳化剂优选十二烷基硫酸钠。

上述丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸辛酯、α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸十二酯、丙烯酸十四酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸二十二酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸异辛酯中的一种或几种，优选丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯和α-甲基丙烯酸三种单体组成，其质量比为7.5:5:1。

上述引发剂优选过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠或过氧化苯甲酰。

上述中和剂为碳酸氢钠、磷酸二氢钠或磷酸二氢钾。

上述中和剂优选碳酸氢钠，添加量为0.08—0.12％。

本发明的苯丙乳液，采用水溶性无毒的具有特殊结构的高分子乳化剂，由于该乳化剂乳化能力强，在酸、碱体系中的稳定性高，与低分子乳化剂共同使用，可产生协同作用，能使苯乙烯、丙烯酸酯类单体乳化后形成性状稳定的苯丙乳液。本发明的苯丙乳液，耐水性强、粘接强度高、涂膜坚韧，对颜料、填料具有较高承载力，而且无毒、无污染，特别适合作为高质量建筑涂料的成膜剂使用。

本发明还提供了一种上述苯丙乳液的制备方法，该方法采用种子乳液聚合方法，依次包括如下步骤：

（1）在预乳化釜中依次加入1/2—2/3的去离子水、引发剂、2/3—5/6的小分子乳化剂和全部苯乙烯、丙烯酸类单体，进行预乳化，得到稳定的预乳液；

（2）在反应釜中依次加入剩余的去离子水、剩余的小分子乳化剂、剩余的引发剂和高分子乳化剂、中和剂，搅拌均匀后，得到釜底液；

（3）将反应釜夹层升温至75－85℃，向釜底液中先加入5%的预乳液，继续搅拌，待出现蓝光后恒温10min，制成种子乳液；

（4）继续向反应釜中缓慢滴加剩余的预乳液，在2.5-3小时滴加完成，继续恒温1.5－2小时，滴加及恒温时体系温度维持82±2℃；

（5）恒温后降温至40－50℃时，调节pH值至7—8，用200目过滤筛过滤，即得到固含量为35－55%的苯丙乳液。

         本发明苯丙乳液的制备方法，采用种子乳液聚合方法，通过严格控制各组分的添加顺序、加料量和加料速度，使获得的乳液具有稳定性更好、粒径分布窄、易控制，且固含量高的优点。

具体实施方式

下面是本发明的具体实施例，这些实施例只是对苯丙乳液配方和制备方法的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围。

一、苯丙乳液

1、苯丙乳液的合成配方

2、苯丙乳液的配制

1）按预乳液配方在预乳化釜中依次加入去离子水、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、α-甲基丙烯酸、十二烷基硫酸钠、硫酸钾，进行预乳化，得到稳定的单体预乳液；

2）按釜底液配方在反应釜中依次加入去离子水、十二烷基硫酸钠、T-1103、过硫酸钾、碳酸氢钠，搅拌均匀后，得到釜底液；

3）将反应釜夹层的升温至80℃，向釜底液中先加入5%预乳液，继续搅拌，待出现蓝光后恒温10min，制成种子乳液；

4）继续向反应釜中缓慢滴加剩余的预乳液，在3小时内滴加完成，继续恒温1.5-2小时，滴加及恒温时体系温度维持82±2℃。

5）恒温后降温至45℃时，调节pH值至7-8，用200目过滤筛过滤，即得到固含量为46%的苯丙乳液。

3、苯丙乳液的性能测试

二、苯丙乳胶漆

实施例1

1、配方

2、制备

     在高速分散机依次加入去离子水、增稠剂AES-60、28%氨水、10%六偏磷酸钠、成膜助剂CS-12、乙二醇、钛白粉、立德粉B311、325目碳酸钙、400目滑石粉,经高速分散至细度30μm以下，低速下再依次加入本发明制得的苯丙乳液、消泡剂8034、防腐剂，搅拌均匀，砂磨、过滤即得到涂料成品。

实施例2

1、配方

2、制备

在高速分散机依次加入去离子水、2%HEC水溶液、膨润土、10%六偏磷酸钠、钛白粉、800目碳酸钙、800目硅灰石粉,经高速分散至细度30μm以下，低速下再依次加入本发明制得的苯丙乳液、乙二醇丁醚、28%氨水、消泡剂8034、防腐剂，搅拌均匀，砂磨、过滤即得到涂料成品。

实施例3

1、配方

2、制备

在高速分散机依次加入去离子水、乙二醇、分散剂Hydropalat　100、润湿剂Hydropalat　436、消泡剂Foamaster　NXZ、防腐剂Dehygant　LFM、金红石太白R-215、800目硅灰石、沉淀硫酸钡,经高速分散至细度25μm以下，低速下再依次加入消泡剂Foamaster　111、本发明制得的苯丙乳液、成膜助剂Filmer　C40、增稠剂HAS　660搅拌均匀，砂磨、过滤即得到涂料成品。

上述3的实施例制得的苯丙乳胶漆，经检测，符合《GB/T9756-2009 合成树脂乳液内墙涂料》和《GB/T9755-2001 合成树脂乳液外墙涂料》的相关标准。

Claims (8)

1.一种苯丙乳液，包括如下各组分及质量百分比：

苯乙烯                          15-25％

丙烯酸类单体                    20-30％

小分子乳化剂                    0.3-1.0％

引发剂                          0.1－0.5％

中和剂                          0.05－0.2％

高分子乳化剂                    0.4－1.2％

去离子水                        余量

其中的高分子乳化剂是由5-20个聚异丁烯单元和40-80个聚氧乙烯醚单元经加聚聚合而成的分子量为500—2000万的具有微交联结构的长侧链异构烷基聚醚，小分子乳化剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸钠、α烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐。

2.根据权利要求1所述的苯丙乳液，其特征在于：所述分子量为500—2000万的具有微交联结构的长侧链异构烷基聚醚为汕头市大千高新科技研究中心有限公司出品的型号为T-1103的高分子乳化剂；小分子乳化剂是十二烷基硫酸钠。

3.根据权利要求2所述的苯丙乳液，其特征在于：所述丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸辛酯、α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸十二酯、丙烯酸十四酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸二十二酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸异辛酯中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的苯丙乳液，其特征在于：所述丙烯酸类单体由丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯和α-甲基丙烯酸三种单体组成，它们的质量比为7.5︰5︰1。

5.根据权利要求3或4所述的苯丙乳液，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠或过氧化苯甲酰。

6.根据权利要求3或4所述的苯丙乳液，其特征在于：所述中和剂为碳酸氢钠、磷酸二氢钠或磷酸二氢钾。

7.根据权利要求6所述的苯丙乳液，其特征在于：所述中和剂为碳酸氢钠，添加量为0.08－0.12％。

8.一种权利要求1所述苯丙乳液的制备方法，该方法采用种子乳液聚合方法，依次包括如下步骤：

（1）在预乳化釜中依次加入1/2—2/3的去离子水、引发剂、2/3—5/6的小分子乳化剂和全部苯乙烯、丙烯酸类单体，进行预乳化，得到稳定的预乳液；

（2）在反应釜中依次加入剩余的去离子水、剩余的小分子乳化剂、剩余的引发剂和高分子乳化剂、中和剂，搅拌均匀后，得到釜底液；

（3）将反应釜夹层升温至75－85℃，向釜底液中先加入5%的预乳液，继续搅拌，待出现蓝光后恒温10min，制成种子乳液；

（4）继续向反应釜中缓慢滴加剩余的预乳液，在2.5-3小时滴加完成，继续恒温1.5－2小时，滴加及恒温时体系温度维持82±2℃；

（5）恒温后降温至40－50℃时，调节pH值至7－8，用200目过滤筛过滤，即得到固含量为35－55%的苯丙乳液。