CN103965393A - 一种水性丙烯酸树脂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性丙烯酸树脂，按重量份计由以下组分组成：丙烯酸乙酯30-32份、丙烯酸丁酯10-12份、甲基丙烯酸甲酯4-5份、甲基丙烯酸1份、甲基丙烯酸羟乙酯1份、双丙酮丙烯酰胺0.4-1份、乙二酰肼0.1-0.3份、三乙醇胺1份、过硫酸钾0.2份、软脂酸丁酯1.5份、表面活性剂2-3份、消泡剂0.05份、防腐剂0.01份和水介质40-45份。本发明的水性丙烯酸树脂，由预乳液经化学混合处理得到的水性丙烯酸树脂，其弹性、耐水性、牢固性等各项指标均满足要求，制备的胶浆成膜厚、牢度佳、耐水性好、表面不粘，而且稳定性好，极为环保，是理想的水性树脂。

Description

一种水性丙烯酸树脂

技术领域

本发明针对化工领域，具体涉及一种水性丙烯酸树脂及其制备方法。

背景技术

丙烯酸树脂，英文名称为Acrylic acid Polymers，中文别名为丙烯酸树脂乳液，分子式为(C₃H₄O₂)n，用于配制皮革及某些高档商品的涂饰剂、制取丙烯酸树脂漆类等，是一种化工中间体。水性涂料与传统的溶剂型涂料相比，具有价格低、使用安全、节省资源和减少环境污染等优点，因而已成为当前发展涂料工业的主要方向。水性丙烯酸树脂涂料是水性涂料中发展最快、品种最多的无污染型涂料。水性丙烯酸树脂包括丙烯酸树脂乳液、丙烯酸树脂水分散体及丙烯酸树脂水溶液。乳液主要是由油性烯类单体乳化在水中在水性自由基引发剂引发下合成的，而树脂水分散体则是通过自由基溶液聚合或逐步溶液聚合等不同的工艺合成的。从粒子粒径看：乳液粒径>树脂水分散体粒径>水溶液粒径，从应用看以前两者最为重要。

丙烯酸树脂涂料实际上是指以丙烯酸树脂为主要成膜物质的合成树脂涂料，其应用广泛。这种涂料不仅具有耐候性好、耐水性佳、附着力强，可通过选择单体、改变制备方法及树脂组分，配制出一系列丙烯酸树脂涂料。目前，丙烯酸树脂广泛用于交通工具和家用电器的防护和装饰性涂装。但由于丙烯酸树脂在韧性、抗冲击性和耐热性方面的差异，对于特殊用途的制品尚不能完全满足要求，限制了其应用。通过研究发现，不同类别的丙烯酸单体的共聚，可以不同程度的提高丙烯酸树脂的韧性、耐热性和抗冲击性等性能。但目前，工业制备水性丙烯酸的预乳液是利用水溶解乳化剂后加入丙烯酸单体进行乳化，其受到非离子乳化剂水溶解性制约，需要溶解的时间较长，制备的丙烯酸预乳液容易分层，丙烯酸树脂乳液稳定性较差。

本发明是基于现有技术，并针对现有技术的不足进行改进发明的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种水性丙烯酸树脂，其弹性、耐水性、牢固性等各项指标均满足要求，制备的胶浆成膜厚、牢度佳、耐水性好、表面不粘，而且稳定性好，极为环保，是理想的水性树脂。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种水性丙烯酸树脂，按重量份计由以下组分组成：丙烯酸乙酯30-32份、丙烯酸丁酯10-12份、甲基丙烯酸甲酯4-5份、甲基丙烯酸1份、甲基丙烯酸羟乙酯1份、双丙酮丙烯酰胺0.4-1份、乙二酰肼0.1-0.3份、三乙醇胺1份、过硫酸钾0.2份、软脂酸丁酯1.5份、表面活性剂2-3份、消泡剂0.05份、防腐剂0.01份和水介质40-45份。

进一步，所述表面活性剂为DNS-360试剂和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-40试剂的混合试剂。

进一步，所述消泡剂为Defom5300改性聚硅氧烷的消泡剂。

进一步，所述防腐剂为朗盛P-91试剂。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述重量份计的组分制备水性丙烯酸树脂的方法，包括以下步骤：

1)预乳液的制备：将丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺和软脂酸丁酯依次加入乳化釜搅拌溶解为透明液体，然后加入表面活性剂溶解后为半透明的白色液体，继续加入18-20份的水介质静置后呈分层的油包水乳液，经搅拌分散形成稳定的乳白糊状水包油预乳液；

2)引发剂的制备：将过硫酸钾溶解到0.45份水介质中搅拌后溶解；

3)种子乳液的制备：向反应釜内加入22份水介质，并加热至75-80℃时滴加5％的预乳液，待反应釜内温度稳定后继续滴加10％的引发剂；

4)混合得成品：向种子乳液中分别滴加剩余95％的预乳液和90％的引发剂，保温1小时后降温至50℃以下，并依次加入消泡剂、防腐剂、三乙醇胺和乙二酰肼的水溶液，过滤即得水性丙烯酸树脂。

步骤4)中所述的预乳液和引发剂可先后滴加，滴加时间控制在4-4.5小时，反应釜内温度控制在80-82℃。

上述制备水性丙烯酸树脂的方法中，所述表面活性剂为DNS-360试剂和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-40试剂的混合试剂；所述消泡剂为德谦Defom5300改性聚硅氧烷的消泡剂；所述防腐剂为朗盛P-91试剂，有效成分为溴基硝基丙二醇和多种异噻唑啉酮混合物。

本发明利用反相法制备丙烯酸预乳液，克服了非离子乳化剂难溶于水的特性，缩短了预乳液制备时间，同时制备的预乳液稳定45小时不分层，减少了乳化剂的使用量。由预乳液经化学混合处理得到的水性丙烯酸树脂，其弹性、耐水性、牢固性等各项指标均满足要求，制备的胶浆成膜厚、牢度佳、耐水性好、表面不粘，而且稳定性好，极为环保，是理想的水性树脂。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行详细描述。优选实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。

实施例1

取以下化学原料：丙烯酸乙酯300g、丙烯酸丁酯100g、甲基丙烯酸甲酯40g、甲基丙烯酸10g、甲基丙烯酸羟乙酯10g、双丙酮丙烯酰胺4g、乙二酰肼1g、三乙醇胺10g、过硫酸钾2g、软脂酸丁酯15g、表面活性剂20g、消泡剂0.5g、防腐剂0.1g和水介质400g。

上述组分中，表面活性剂含有质量分数为33％的DNS-360试剂和67％的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-40试剂的混合试剂；所述消泡剂为Defom5300改性聚硅氧烷的消泡剂；所述防腐剂为朗盛P-91试剂，有效成分为溴基硝基丙二醇和多种异噻唑啉酮混合物。

具体制备水性丙烯酸树脂的方法，包括以下步骤：

1)预乳液的制备：将丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺和软脂酸丁酯依次加入乳化釜搅拌溶解为透明液体，然后加入表面活性剂溶解后为半透明的白色液体，继续加入180g的水介质静置后呈分层的油包水乳液，经搅拌分散形成稳定的乳白糊状水包油预乳液；

2)引发剂的制备：将2g过硫酸钾溶解到4.5g水介质中搅拌后溶解；

3)种子乳液的制备：向反应釜内加入220g水介质，并加热至75℃时滴加5％的预乳液，待反应釜内温度稳定后继续滴加10％的引发剂；

4)混合得成品：向种子乳液中分别先后滴加剩余95％的预乳液和90％的引发剂，滴加时间控制在4-4.5小时之间，反应釜内温度控制在80-82℃之间。滴加完毕后保温1小时，然后降温至45℃，并依次加入消泡剂、防腐剂、三乙醇胺和乙二酰肼的水溶液，过滤后即得水性丙烯酸树脂。

实施例2

取以下化学原料：丙烯酸乙酯320g、丙烯酸丁酯120g、甲基丙烯酸甲酯50g、甲基丙烯酸10g、甲基丙烯酸羟乙酯10g、双丙酮丙烯酰胺10g、乙二酰肼3g、三乙醇胺10g、过硫酸钾2g、软脂酸丁酯15g、表面活性剂30g、消泡剂0.5g、防腐剂0.1g水介质450g。

上述组分中，表面活性剂含有质量分数为33％的DNS-360试剂和67％的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-40试剂的混合试剂；所述消泡剂为Defom5300改性聚硅氧烷的消泡剂；所述防腐剂为朗盛P-91试剂，有效成分为溴基硝基丙二醇和多种异噻唑啉酮混合物。

具体制备水性丙烯酸树脂的方法，包括以下步骤：

1)预乳液的制备：将丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺和软脂酸丁酯依次加入乳化釜搅拌溶解为透明液体，然后加入表面活性剂溶解后为半透明的白色液体，继续加入200g的水介质静置后呈分层的油包水乳液，经搅拌分散形成稳定的乳白糊状水包油预乳液；

2)引发剂的制备：将2g的过硫酸钾溶解到4.5g的水介质中搅拌后溶解；

3)种子乳液的制备：向反应釜内加入220g水介质，并加热至80℃时滴加5％的预乳液，待反应釜内温度稳定后继续滴加10％的引发剂；

4)混合得成品：向种子乳液中分别先后滴加剩余95％的预乳液和90％的引发剂，滴加时间控制在4-4.5小时之间，反应釜内温度控制在80-82℃之间。滴加完毕后保温1小时，然后降温至40℃，并依次加入消泡剂、防腐剂、三乙醇胺和乙二酰肼的水溶液，过滤后即得水性丙烯酸树脂。

实施例3

取以下化学原料：丙烯酸乙酯310g、丙烯酸丁酯110g、甲基丙烯酸甲酯45g、甲基丙烯酸10g、甲基丙烯酸羟乙酯10g、双丙酮丙烯酰胺6g、乙二酰肼2g、三乙醇胺10g、过硫酸钾2g、软脂酸丁酯15g、表面活性剂25g、消泡剂0.5g、防腐剂0.1g水介质420g。

上述组分中，表面活性剂含有质量分数为33％的DNS-360试剂和67％的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-40试剂的混合试剂；所述消泡剂为Defom5300改性聚硅氧烷的消泡剂；所述防腐剂为朗盛P-91试剂，有效成分为溴基硝基丙二醇和多种异噻唑啉酮混合物。

具体制备水性丙烯酸树脂的方法，包括以下步骤：

1)预乳液的制备：将丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺和软脂酸丁酯依次加入乳化釜搅拌溶解为透明液体，然后加入表面活性剂溶解后为半透明的白色液体，继续加入190g的水介质静置后呈分层的油包水乳液，经搅拌分散形成稳定的乳白糊状水包油预乳液；

2)引发剂的制备：将2g的过硫酸钾溶解到4.5g的水介质中搅拌后溶解；

3)种子乳液的制备：向反应釜内加入22份水介质，并加热至78℃时滴加5％的预乳液，待反应釜内温度稳定后继续滴加10％的引发剂；

4)混合得成品：向种子乳液中分别先后滴加剩余95％的预乳液和90％的引发剂，滴加时间控制在4-4.5小时之间，反应釜内温度控制在80-82℃之间。滴加完毕后保温1小时，然后降温至42℃，并依次加入消泡剂、防腐剂、三乙醇胺和乙二酰肼的水溶液，过滤后即得水性丙烯酸树脂。

但目前，工业制备水性丙烯酸的预乳液是利用水溶解乳化剂后加入丙烯酸单体进行乳化，其受到非离子乳化剂水溶解性制约，需要溶解的时间较长，制备的丙烯酸预乳液容易分层，稳定性较差。本发明的上述实施例1-3，针对预乳液的制备及其性能检测如下表：

表1

由表1可知，本发明利用反相法制备丙烯酸预乳液，克服了非离子乳化剂难溶于水的特性，缩短了预乳液制备时间，同时制备的预乳液稳定45小时以上不分层，减少了乳化剂的使用量。

本发明的上述实施例1-3，针对制备得到的水性丙烯酸树脂的各项性能检测如下表：

表2

由表2可知，本发明的水性丙烯酸树脂拉力、成膜厚度、干湿摩擦等机械性能良好，属于环保型材料，是较为理想的水性树脂。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种水性丙烯酸树脂，其特征在于，按重量份计由以下组分组成：丙烯酸乙酯30-32份、丙烯酸丁酯10-12份、甲基丙烯酸甲酯4-5份、甲基丙烯酸1份、甲基丙烯酸羟乙酯1份、双丙酮丙烯酰胺0.4-1份、乙二酰肼0.1-0.3份、三乙醇胺1份、过硫酸钾0.2份、软脂酸丁酯1.5份、表面活性剂2-3份、消泡剂0.05份、防腐剂0.01份和水介质40-45份。

2.根据权利要求1所述的水性丙烯酸树脂，其特征在于，所述表面活性剂为DNS-360试剂和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-40试剂的混合试剂。

3.根据权利要求1所述的水性丙烯酸树脂，其特征在于，所述消泡剂为Defom5300改性聚硅氧烷的消泡剂。

4.根据权利要求1所述的水性丙烯酸树脂，其特征在于，所述防腐剂为朗盛P-91试剂。

5.利用权利要求1所述重量份计的组分制备水性丙烯酸树脂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预乳液的制备：将丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺和软脂酸丁酯依次加入乳化釜搅拌溶解为透明液体，然后加入表面活性剂溶解后为半透明的白色液体，继续加入18-20份的水介质静置后呈分层的油包水乳液，经搅拌分散形成稳定的乳白糊状水包油预乳液；

2)引发剂的制备：将过硫酸钾溶解到0.45份水介质中搅拌后溶解；

3)种子乳液的制备：向反应釜内加入22份水介质，并加热至75-80℃时滴加5％的预乳液，待反应釜内温度稳定后继续滴加10％的引发剂；

4)混合得成品：向种子乳液中分别滴加剩余95％的预乳液和90％的引发剂，保温1小时后降温至50℃以下，并依次加入消泡剂、防腐剂、三乙醇胺和乙二酰肼的水溶液，过滤即得水性丙烯酸树脂。

6.根据权利要求5所述的制备水性丙烯酸树脂的方法，其特征在于，步骤4)中所述的预乳液和引发剂的滴加时间为4-4.5小时，反应釜内温度控制在80-82℃。

7.根据权利要求5所述的制备水性丙烯酸树脂的方法，其特征在于，所述表面活性剂为DNS-360试剂和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-40试剂的混合试剂。

8.根据权利要求5所述的制备水性丙烯酸树脂的方法，其特征在于，所述消泡剂为Defom5300改性聚硅氧烷的消泡剂。

9.根据权利要求5所述的制备水性丙烯酸树脂的方法，其特征在于，所述防腐剂为朗盛P-91试剂。