CN104086698A - 一种阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法，加入水、乳化剂、丙烯酸，升温至40℃，搅拌30min，加入A单体，乳化15~45min，升温到70℃开始通回流水，升温到80℃反应2h，滴加引发剂，滴加时间2~4h，反应1~2h；再加入氨基酸锰，80℃搅拌反应1~4h，加入金属盐，调节pH到4，加入醋酸锰，60℃搅拌反应1~2h，得核层乳液；向所得核层乳液中同时滴加B单体和引发剂，滴加时间1~3h，70~85℃搅拌反应3h，再加入交联剂，70~90℃反应时间1~3h，降温到40℃，加入二(2-乙基己基)二硫代磷酸氧硫化钼和乳化剂，反应时间40min，加入材料B,65~85℃搅拌反应1~3h，加氨水调pH值至7~8，得所述的阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料，该制备方法既可大幅度提高丙烯酸酯类树脂的阻燃性能，又可改善传统丙烯酸酯类树脂膜发黄的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种的水性丙烯酸酯类树脂的制备方法，特别涉及阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法。
背景技术
与传统的溶剂型涂料相比，水性涂料具有价格低、使用安全，节省资源和能源，减少环境污染和公害等优点，因而已成为当前发展涂料工业的主要方向。水性丙烯酸酯类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。
丙烯酸酯类树脂涂料最大的市场为轿车漆，此外在轻工、家用电器、金属家庭用具、铝制品、卷材工业、仪器仪表、修建、纺织品、份子化合物塑料制品、木制品、造纸等工业均有广泛应用。丙烯酸酯类树脂涂料向水性化、多功能化和高机能的方向发展。
但丙烯酸酯类树脂易燃且抗磨耗性能差，因此需要对其进行改性，保护生命财产的安全。
发明内容
本发明旨在提供一种阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法，通过用氨基酸锰和醋酸锰在金属盐作用下与含羟基丙烯酸酯类单体进行反应，使抑烟性锰接枝到丙烯酸酯类树脂上，加入有机钼抑制丙烯酸酯类树脂的发烟量和提高阻燃性，使所得丙烯酸酯类树脂燃烧时会产生致密的炭层，达到释放的烟雾的最佳效果,并用材料B对残余的引发剂进行改性，改善传统过硫酸盐作引发剂所得材料容易发黄的缺点。
本发明采用以下技术方案：
一种阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法，其特征在于：
（1）向反应容器中加入以下重量配比的原料：水42~68份、乳化剂0.2~2.0份、丙烯酸0.4~3.2份,升温至40℃，搅拌30min，加入A单体，乳化15~45min，升温到70℃开始通回流水，升温到80℃反应2h，滴加引发剂0.2~0.6重量份，滴加时间2~4h，反应1~2h，再加入氨基酸锰1~4重量份，80℃搅拌反应1~4h，加入金属盐1~2重量份，调节pH到4，加入醋酸锰0.2~0.6重量份，60℃搅拌反应1~2h，得核层乳液；
所述A单体是由：丙烯酸丁酯2~8重量份、甲基丙烯酸甲酯4~6重量份、丙烯酸乙酯2.5~3.5重量份、丙烯酸-2-羟基乙酯1.5~2.5重量份混合而成；
（2）向步骤（1）所得核层乳液中同时滴加B单体和0.2~0.5重量份的引发剂，滴加时间1~3h， 70~85℃搅拌反应3h，再加入交联剂0.4~1.8重量份，70~90℃反应时间1~3h，降温到40℃，加入二(2-乙基己基)二硫代磷酸氧硫化钼2~3重量份和乳化剂0.4重量份，反应时间40min，加入材料B0.4~0.6重量份, 65~85℃搅拌反应1~3h，加氨水调pH值至7~8，得所述的阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料；
所述B单体是由：丙烯酸丁酯3~5重量份、甲基丙烯酸甲酯3.5~5.5重量份、丙烯酸乙酯3.5~6.5重量份、苯乙烯0~1.5重量份、丙烯酸-2-羟基乙酯1~3重量份混合组成。
乳化剂为十二烷基苯磺酸钠与椰子油丙烯二胺按重量比3:1混合的混合物；引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的任意一种；金属盐为硫酸钛、硫酸铝和硫酸锆中的任意一种；交联剂为雌三醇、雌二醇、山梨醇、肾上腺素、枸橼酸氯米芬、多巴胺、抗坏血酸中的任意一种；材料B为木糖、呋喃唑酮、3,9-二乙烯基-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷、炔雌醇、双嘧达莫中的任意一种。
本发明的有益效果在于：
（1）所制备的阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂，可明显改善改善传统丙烯酸酯类树脂用过硫酸盐所得膜发黄的缺点；
（2）选择二(2-乙基己基)二硫代磷酸氧硫化钼提高丙烯酸酯类树脂膜的抗磨耗性；
（3）用氨基酸锰和醋酸锰在金属盐作用下与含羟基丙烯酸酯类单体进行反应，使抑烟性锰接枝到丙烯酸酯类树脂上，同时加入有机钼抑制丙烯酸酯类树脂的发烟量和提高阻燃性，使所得丙烯酸酯类树脂燃烧时会产生致密的炭层，达到释放的烟雾的最佳效果；
（4）材料B改善传统丙烯酸酯类树脂用过硫酸盐所得膜黄变的缺点。
具体实施方式
为了更好地理解和实施本发明，下面结合具体实施例进一步说明本发明。
实例1
（1）向250ml三口烧瓶中加入水42g、十二烷基苯磺酸钠0.15g和椰子油丙烯二胺0.05g、丙烯酸0.4g，升温至40℃，搅拌30min，加入A单体，乳化15min，升温到70℃开始通回流水，升温到80℃反应2h，滴加用6g水溶解的过硫酸钾溶液6.2g，滴加时间2h，反应1h，再加入氨基酸锰1g，80℃搅拌反应1h，加入硫酸锆1g，调节pH到4，加入醋酸锰0.2g，60℃搅拌反应1~2h，得核层乳液；
所述A单体是由：丙烯酸丁酯2g、甲基丙烯酸甲酯4g、丙烯酸乙酯2.5g、丙烯酸-2-羟基乙酯1.5g混合而成；
（2）向步骤（1）所得核层乳液中同时滴加B单体和用6g水溶解的过硫酸钾溶液6.2g，滴加时间1h，70℃搅拌反应3h，再加入雌三醇0.4g，70℃反应时间1h，降温到40℃，加入二(2-乙基己基)二硫代磷酸氧硫化钼2g、十二烷基苯磺酸钠0.3g和椰子油丙烯二胺0.1g，反应时间40min，加入木糖0.4g，65℃搅拌反应1h，加氨水调pH值至7~8，得所述的阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料；
所述B单体是由：丙烯酸丁酯3g、甲基丙烯酸甲酯3.5g、丙烯酸乙酯3.5g、丙烯酸-2-羟基乙酯1g混合组成。
实例2
（1）向250ml三口烧瓶中加入水68g、十二烷基苯磺酸钠1.5g、椰子油丙烯二胺0.5g、丙烯酸3.2g，升温至40℃，搅拌30min，加入A单体，乳化45min，升温到70℃开始通回流水，升温到80℃保温2h，滴加用6g水溶解的过硫酸铵溶液6.6g，滴加时间4h，反应2h，再加入氨基酸锰4g，80℃搅拌反应4h，加入硫酸铝2g，调节pH到4，加入醋酸锰0.6g，60℃搅拌反应2h，得核层乳液；
所述A单体是由：丙烯酸丁酯8g、甲基丙烯酸甲酯6g、丙烯酸乙酯3.5g、丙烯酸-2-羟基乙酯2.5g混合而成；
（2）向步骤（1）所得核层乳液中同时滴加B单体和用6g水溶解的过硫酸铵溶液6.5g，滴加时间3h，85℃搅拌反应3h，再加入雌二醇1.8g，90℃反应时间3h，降温到40℃，加入二(2-乙基己基)二硫代磷酸氧硫化钼3g、十二烷基苯磺酸钠0.3g、椰子油丙烯二胺0.1g，反应时间40min，加入呋喃唑酮0.6g, 85℃搅拌反应3h，加氨水调pH值至7~8，得所述的阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料；
所述B单体是由：丙烯酸丁酯5g、甲基丙烯酸甲酯5.5g、丙烯酸乙酯6.5g、苯乙烯1.5g、丙烯酸-2-羟基乙酯3g混合组成。
实例3
（1）向250ml三口烧瓶中加入水55g、十二烷基苯磺酸钠0.82、椰子油丙烯二胺0.28g、丙烯酸1.8g，升温至40℃，搅拌30min，加入A单体，乳化30min，升温到70℃开始通回流水，升温到80℃反应2h，滴加用6g水溶解的过硫酸钠溶液6.4g，滴加时间3h，反应1.5h，再加入氨基酸锰2.5g，80℃搅拌反应2.5h，加入硫酸钛1.5g，调节pH到4，加入醋酸锰0.4g，60℃搅拌反应1.5h，得核层乳液；
所述A单体是由：丙烯酸丁酯5g、甲基丙烯酸甲酯5g、丙烯酸乙酯3g、丙烯酸-2-羟基乙酯2g混合而成；
（2）向步骤（1）所得核层乳液中同时滴加B单体和用6g水溶解的过硫酸钠溶液6.35g，滴加时间2h，78℃搅拌反应3h，再加入山梨醇1.1g，80℃反应时间2h，降温到40℃，加入二(2-乙基己基)二硫代磷酸氧硫化钼2.5g、十二烷基苯磺酸钠0.3、椰子油丙烯二胺0.1g，反应时间40min，加入3,9-二乙烯基-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷0.5g，75℃搅拌反应2h，加氨水调pH值至7~8，得所述的阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料；
所述B单体是由：丙烯酸丁酯4g、甲基丙烯酸甲酯4.5g、丙烯酸乙酯5g、苯乙烯0.75g、丙烯酸-2-羟基乙酯2g混合组成。
实例4
（1）向250ml三口烧瓶中加入水42g、十二烷基苯磺酸钠0.15g和椰子油丙烯二胺0.05g、丙烯酸0.4g，升温至40℃，搅拌30min，加入A单体，乳化15min，升温到70℃开始通回流水，升温到80℃反应2h，滴加用6g水溶解的过硫酸铵溶液6.2g，滴加时间2h，反应1h，再加入氨基酸锰1g，80℃搅拌反应1h，加入硫酸锆1g和2,5-二羟基-1,4-二噻烷0.11g，调节pH到4，加入醋酸锰0.2g，60℃搅拌反应1~2h，得核层乳液；
所述A单体是由：丙烯酸丁酯2g、甲基丙烯酸甲酯4g、丙烯酸乙酯2.5g、丙烯酸-2-羟基乙酯1.5g混合而成；
（2）向步骤（1）所得核层乳液中同时滴加B单体和用6g水溶解的过硫酸铵溶液6.2g，滴加时间1h，70℃搅拌反应3h，再加入肾上腺素0.4g，70℃反应时间1h，降温到40℃，加入二(2-乙基己基)二硫代磷酸氧硫化钼2g、十二烷基苯磺酸钠0.3g和椰子油丙烯二胺0.1g，反应时间40min，加入炔雌醇0.4g和三氟化硼胺0.16g, 65℃搅拌反应1h，加氨水调pH值至7~8，得所述的阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料；
所述B单体是由：丙烯酸丁酯3g、甲基丙烯酸甲酯3.5g、丙烯酸乙酯3.5g、丙烯酸-2-羟基乙酯1g混合组成。
实例5
（1）向250ml三口烧瓶中加入水68g、十二烷基苯磺酸钠1.5g、椰子油丙烯二胺0.5g、丙烯酸3.2g，升温至40℃，搅拌30min，加入A单体，乳化45min，升温到70℃开始通回流水，升温到80℃反应2h，滴加用6g水溶解的过硫酸铵溶液6.6g，滴加时间4h，反应2h，再加入氨基酸锰4g，80℃搅拌反应4h，加入硫酸铁铵2g和2,6-二羟基苯甲酸0.8g，调节pH到4，加入醋酸锰0.6g，60℃搅拌反应2h，得核层乳液；
所述A单体是由：丙烯酸丁酯8g、甲基丙烯酸甲酯6g、丙烯酸乙酯3.5g、丙烯酸-2-羟基乙酯2.5g混合而成；
（2）向步骤（1）所得核层乳液中同时滴加B单体和用6g水溶解的过硫酸铵溶液6.5g，滴加时间3h，85℃搅拌反应3h，再加入抗坏血酸1.8g，90℃反应时间3h，降温到40℃，加入二(2-乙基己基)二硫代磷酸氧硫化钼3g、羟基磷酰乙酸0.18g、十二烷基苯磺酸钠0.3g和椰子油丙烯二胺0.1g，反应时间40min，加入双嘧达莫0.6g和三氯代硼胺0.12g, 85℃搅拌反应3h，加氨水调pH值至7~8，得所述的阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料；
所述B单体是由：丙烯酸丁酯5g、甲基丙烯酸甲酯5.5g、丙烯酸乙酯6.5g、苯乙烯1.5g、丙烯酸-2-羟基乙酯3g混合组成。
下面通过相关实验数据进一步说明本发明的有益效果：
本发明具体实例1到实例5所制备的阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料所成膜的性能。阻燃性是通过烟密度法（最大烟密度、达到最大烟密度时间）、氧指数、垂直燃烧指标（有焰燃烧时间、无焰燃烧时间）来衡量，断裂伸长率表征其力学性能。
表1 阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料所成膜阻燃效果指标
| 实验组 | 市场SB302 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 | 实例5 |
| 最大烟密度 | 39 | 20 | 27 | 25 | 12 | 11 |
| 达到最大烟密度时间/s | 180 | 190 | 205 | 200 | 205 | 205 |
| 氧指数 | 18 | 24.4 | 24.5 | 25.5 | 26.8 | 26.9 |
| 有焰燃烧时间/s | 38.4 | 28.8 | 15.7 | 27.2 | 11.1 | 11.3 |
| 无焰燃烧时间/s | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
表1各项指标的检测分别依据如下标准：烟密度依据GB8323-2008来测定，氧指数采用GB/T5454-1997《纺织品 燃烧性能试验-氧指数法》测定；有焰燃烧时间和无焰燃烧时间是采用GB/T 5455-1997《纺织品燃烧能试验-垂直法》来测定。
由表1可知，本发明的丙烯酸酯类树脂所成膜燃烧的最大烟密度显著降低，达到最大烟密度时间显著延长，氧指数明显提高，燃烧时间明显缩短。
表2 阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料所成膜断裂伸长率及外观
| 实验组 | 市场SB302 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 | 实例5 |
| 断裂伸长率/% | 88.06 | 138.67 | 121.5 | 113.69 | 167.38 | 187.25 |
| 膜外观 | 浅黄色 | 无色透明 | 无色透明 | 无色透明 | 无色透明 | 无色透明 |
表2中指标的检测方法参考：蒋维祺.皮革成品理化检验[M].中国轻工业出版社，1999，82-96。使用了本发明丙烯酸酯类树脂膜，断裂伸长率得到明显改善。
表3 阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料膜的耐磨耗性
| 实验组 | 市场SB302 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 | 实例5 |
| 磨耗损失/mg | 32 | 23 | 24 | 22 | 17 | 15 |
注:使用120#沙轮
表3的数据是在GB1768-89 漆膜耐磨耗性测定方法下进行,耐磨最少者为最好,实例的磨耗性都较好。
Claims (6)
1.一种阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法，其特征在于：
（1）向反应容器中加入以下重量配比的原料：水42~68份、乳化剂0.2~2.0份、丙烯酸0.4~3.2份，升温至40℃，搅拌30min，加入A单体，乳化15~45min，升温到70℃开始通回流水，升温到80℃反应2h，滴加引发剂0.2~0.6重量份，滴加时间2~4h，反应1~2h，再加入氨基酸锰1~4重量份，80℃搅拌反应1~4h，加入金属盐1~2重量份，调节pH到4，加入醋酸锰0.2~0.6重量份，60℃搅拌反应1~2h，得核层乳液；
所述A单体是由：丙烯酸丁酯2~8重量份、甲基丙烯酸甲酯4~6重量份、丙烯酸乙酯2.5~3.5重量份、丙烯酸-2-羟基乙酯1.5~2.5重量份混合而成；
（2）向步骤（1）所得核层乳液中同时滴加B单体和0.2~0.5重量份的引发剂，滴加时间1~3h， 70~85℃搅拌反应3h，再加入交联剂0.4~1.8重量份，70~90℃反应时间1~3h，降温到40℃，加入二(2-乙基己基)二硫代磷酸氧硫化钼2~3重量份和乳化剂0.4重量份，反应时间40min，加入材料B0.4~0.6重量份, 65~85℃搅拌反应1~3h，加氨水调pH值至7~8，得所述的阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料；
所述B单体是由：丙烯酸丁酯3~5重量份、甲基丙烯酸甲酯3.5~5.5重量份、丙烯酸乙酯3.5~6.5重量份、苯乙烯0~1.5重量份、丙烯酸-2-羟基乙酯1~3重量份混合组成。
2.如权利要求1所述的一种阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法，其特征在于，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠与椰子油丙烯二胺按重量比3:1混合的混合物。
3.如权利要求1所述的一种阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法，其特征在于，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法，其特征在于，金属盐为硫酸钛、硫酸铝和硫酸锆中的任意一种。
5. 如权利要求1所述的一种阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法，其特征在于，交联剂为雌三醇、雌二醇、山梨醇、肾上腺素、枸橼酸氯米芬、多巴胺、抗坏血酸中的任意一种。
6. 如权利要求1所述的一种阻燃性核壳型水性丙烯酸酯类树脂涂料的制备方法，其特征在于，材料B为木糖、呋喃唑酮、3,9-二乙烯基-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷、炔雌醇、双嘧达莫中的任意一种。
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