CN104804562B - 一种抗回粘弹性丙烯酸水分散体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种抗回粘弹性丙烯酸水分散体及其制备方法，其抗回粘弹性丙烯酸水分散体是采用高软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液与低软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液在硅氧烷偶联剂的作用下，复配制备而成的。本发明制备的抗回粘弹性丙烯酸水分散体，具有良好的柔性、抗回粘性和硬度。

Description

一种抗回粘弹性丙烯酸水分散体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗回粘弹性丙烯酸水分散体及其制备方法。
背景技术
丙烯酸酯乳液综合性能较为优异，具有色浅、保光、保色、耐候、耐腐蚀性等优点，因此广泛应用于涂料、胶黏剂等领域。但自身也具有一定的局限性，例如其耐水性、耐候性不佳，硬度和柔性也往往达不到理想要求。为了克服丙烯酸酯乳液存在的这一系列问题，许多研究者针对此展开了不少尝试，目前主要采用改性的方法来提高其性能，包括纳米粒子改性、交联改性、聚氨酯改性等等，且都已取得了一定的成果。如公开号CN100584867 C公开了一种无机纳米粒子改性室温自交联丙烯酸酯乳液的制备方法，该方法首先制备双键的纳米二氧化硅，再与丙烯酸酯及单体聚合，然后加入交联剂，最终获得室温自交联丙烯酸酯乳液；该方法获得的乳液具有储存稳定性，形成的涂层有较高的铅笔硬度、耐水性、抗粘污性、抗化学品性及抗老化性，应用范围广；但其制备工艺相对较为复杂，而且，经其它改性剂改性的丙烯酸酯乳液还存在柔性、抗回粘性不佳等问题，所以寻找相对更好的聚合方法是研究的重点和难点。
传统的丙烯酸酯乳液，由于采用线型结构，尽管可以控制分子量，但目前的乳液聚合方法很难使分子量增长，也无法满足抗回粘或弹性强度坚固的要求。同时其耐水性、耐候性不佳，而含不饱和键的硅氧烷正是可以用于改善聚合物性能的一种理想材料。如公开号CN 101735412 A 公开了一种有机硅及纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂无皂乳液的制备方法。该发明采用反应性乳化剂替代常规乳化剂，首先使丙烯酸酯类单体、(甲基)丙烯酸、乙烯基硅油和含双键烷氧基硅烷进行无皂乳液聚合，然后加入正硅酸乙酯发生溶胶-凝胶反应，制得有机硅及纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂无皂乳液，该发明可完全消除小分子乳化剂对丙烯酸树脂乳液涂饰剂的不利影响，将有机硅和纳米SiO2的优良特性引入丙烯酸树脂，克服了丙烯酸树脂热粘冷脆、耐水性差、抗溶剂性差等缺点，提高其力学性能、附着力、和耐磨性。 又如公开号CN 1385447 A公开了一种有机硅－丙烯酸酯纳米乳液，该发明采用直接引发剂，先制备种子乳液，再将单体经预乳化后，采用连续滴加法在3～5个小时内将预乳液滴加到种子乳液中反应；该发明的纳米乳液比同样条件下的非硅烷基化丙烯酸酯乳液和硅烷基化丙烯酸酯乳液具有更优越的耐水性、耐擦洗性、耐化学溶剂性、耐候性、耐沾污性、抗粘着力、交联度、附着力、硬度和拉伸强度，广泛用于高档建筑外墙涂料、水性木器涂料、防水涂料和金属合金板材装潢涂料以及水性胶粘剂等。再如有专利利用不饱和键的有机硅来改性丙烯酸酯乳液，公开号CN 1362429 A公开了一种有机硅丙烯酸乳液，该方法是通过含不饱和双键的有机硅单体、不饱和酸和不饱和单体在乳化剂存在下先进行乳液共聚，再与羟基聚硅氧烷反应得到，合成有机硅丙烯酸酯乳液，不饱和双键的有机硅单体的使用量为1%-20%。此合成方法解决了以往乳液制成的涂料耐水性、耐洗刷性、耐沾污性和耐老化性能不高的问题，可用于高性能涂料的工业生产中。
但是上述这些方法制备的丙烯酸酯乳液，还是普遍存在柔性不佳，回粘性强等缺点。
发明内容
针对现有丙烯酸酯乳液存在的抗回粘性、硬度和柔性不佳的缺陷，本发明的目的是提出一种抗回粘弹性丙烯酸水分散体及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种抗回粘弹性丙烯酸水分散体，其特征在于：该水分散体是采用高软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液与低软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液在硅氧烷偶联剂的作用下，复配而成，其中高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液与低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的质量比为5-9:1-5。
所述高软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的软化点为50℃至70℃；所述低软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的软化点为-30℃至-10℃。
所述硅氧烷偶联剂为氢化硅油，其含氢量为1-3%。
所述纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液是通过以下具体方法制备而成：以质量分数计，首先，将总质量为20-50份多种含双键可聚合单体投入单体罐内混合均匀，配制成混合单体，待用；其次，将0.1-0.3份引发剂、0.1-0.3份乳化剂、0.15份pH调节剂投入引发剂罐中，加入50%去离子水搅拌溶解配制引发剂-乳化剂缓冲溶液，去离子水的总量为40-60份，待用；接着，在带有滴加装置、冷凝管、搅拌棒、温度计的四口烧瓶中投入3-20份二氧化硅含量为30%的硅溶胶、0.5-2份有机硅单体和剩下的50%去离子水，在搅拌条件下缓慢加入配制好的引发剂-乳化剂缓冲溶液以及50%混合单体，分散15-25min，其中搅拌速度110-130r/min；再者，升温至80-85℃搅拌反应1-2h后，开始匀速加入剩余的50%混合单体，1.5-3.0h加完，保温反应1-3h，降温，出料，过滤后得到纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液。
所述有机硅单体包括乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)等含不饱和双键的有机硅氧烷单体。
所述的含双键可聚合单体包括苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸。
所述的乳化剂为阴离子型乳化剂或非离子型乳化剂，其中阴离子型乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、油酸钠中的至少一种，非离子型乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、油酸中的至少一种。
所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的至少一种。
所述的PH调节剂为碳酸氢钠。
所述抗回粘弹性丙烯酸水分散体的制备方法，包括以下步骤：（1）分别制备出高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液和低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液；（2）按照比例将高、低软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液放置于常温下混合均匀，低速搅拌20-25min后，缓慢加入硅氧烷偶联剂并搅拌均匀，即得抗回粘弹性丙烯酸水分散体。
本发明的优点是：本发明制备的抗回粘弹性丙烯酸水分散体，相比于传统的丙烯酸酯乳液，具有更好的柔性和抗回粘性，以及良好的硬度和极好的耐水性，可应用于塑料表面涂装（如PVC，ABS，PC，PMMA，PS等），效果得到有效提升。
具体实施方式
现结合具体实施例，对本发明的技术内容作进一步的描述。
实施例1
本实施例中抗回粘弹性丙烯酸水分散体的配方：软化点为50至70℃的高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液、软化点为-30℃至-10℃的低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液以及含氢量为1-3%的氢化硅油。
其制备方法包括如下步骤：
a 、高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的制备：以质量分数计，将全部的含双键可聚合单体（苯乙烯30份，丙烯酸丁酯9份，甲基丙烯酸甲酯10份，丙烯酸1份）投入单体罐混合均匀，配制成混合单体，待用；其次，将0.15份过硫酸铵引发剂、0.15份十二烷基硫酸钠乳化剂、0.15份碳酸氢钠pH调节剂投入引发剂罐中，加入20份的去离子水搅拌溶解配制引发剂-乳化剂缓冲溶液，待用；接着，在带有滴加装置、冷凝管、搅拌棒、温度计的四口烧瓶中投入9份二氧化硅含量为30%的硅溶胶、1份A-151和剩下的20份去离子水，在搅拌条件下缓慢加入配制好的引发剂-乳化剂缓冲溶液以及50%混合单体，分散15-25min，搅拌速度120r/min，；升温至80℃搅拌反应1 h后，开始匀速加入剩余的50%混合单体，1.5 h加完，保温反应2 h，降温，出料，过滤后得到高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸酯乳液；
b、 低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的制备：只是改变含双键可聚合单体的用量为苯乙烯14份，丙烯酸丁酯30份，甲基丙烯酸甲酯5份，丙烯酸1份，其他配方及工艺与步骤a相同，得低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液；
c 、抗回粘弹性丙烯酸水分散体的制备：将步骤a和步骤b制备出的高、低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液，按照质量比为8:2的比例放置于常温下混合均匀，低速搅拌25min后，缓慢加入占总单体量1%的氢化硅油（含氢量1.8%），混合搅拌均匀，即得抗回粘弹性丙烯酸水分散体。
实施例2
本实施例所述的抗回粘弹性丙烯酸水分散体的配方同实施例1，其制备步骤除以下变动外，其余与实施例1相同：
a 、高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的制备：含双键可聚合单体用量为苯乙烯25份，丙烯酸丁酯9份，甲基丙烯酸甲酯15份，丙烯酸1份；A-174 1份，搅拌速度125 r/min，保温反应1.5h；
b、低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的制备：含双键可聚合单体的用量为苯乙烯10份，丙烯酸丁酯34份，甲基丙烯酸甲酯5份，丙烯酸1份；
c 、抗回粘弹性丙烯酸水分散体的制备：将步骤a和步骤b制备出的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液，按照7:3的比例放置于常温下混合均匀，低速搅拌20min后，缓慢加入占总单体量1%的氢化硅油（含氢量1.8%），混合搅拌均匀，即得抗回粘弹性丙烯酸水分散体。
实施例3
本实施例所述的抗回粘弹性丙烯酸水分散体的配方同实施例1，其制备步骤除以下变动外，其余与实施例1相同：
a 、高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的制备：含双键可聚合单体用量为苯乙烯25份，丙烯酸丁酯10份，甲基丙烯酸甲酯14份，丙烯酸1份；A-151 1份，搅拌速度115 r/min，保温反应1.2h；
b、低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的制备：含双键可聚合单体的用量为苯乙烯10份，丙烯酸丁酯32份，甲基丙烯酸甲酯7份，丙烯酸1份；
c 、抗回粘弹性丙烯酸水分散体的制备：将步骤a和步骤b制备出的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液，按照9:1的比例放置于常温下混合均匀，低速搅拌22min后，缓慢加入占总单体量1%的氢化硅油（含氢量1.8%），混合搅拌均匀，即得抗回粘弹性丙烯酸水分散体。
实施例4
本实施例所述的抗回粘弹性丙烯酸水分散体的配方同实施例1，其制备步骤除以下变动外，其余与实施例1相同：
a 、高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的制备：含双键可聚合单体用量为苯乙烯22份，丙烯酸丁酯10份，甲基丙烯酸甲酯17份，丙烯酸1份；A-151 1份，搅拌速度125 r/min，保温反应2h；
b、低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的制备：含双键可聚合单体的用量为苯乙烯5份，丙烯酸丁酯39份，甲基丙烯酸甲酯5份，丙烯酸1份；
c 、抗回粘弹性丙烯酸水分散体的制备：将步骤a和步骤b制备出的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液，按照6:4的比例放置于常温下混合均匀，低速搅拌20min后，缓慢加入占总单体量1%的氢化硅油（含氢量1.8%），混合搅拌均匀，即得抗回粘弹性丙烯酸水分散体。
实施例5
本实施例所述的抗回粘弹性丙烯酸水分散体的配方同实施例1，其制备步骤除以下变动外，其余与实施例1相同：
a 、高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的制备：含双键可聚合单体用量为苯乙烯25份，丙烯酸丁酯14份，甲基丙烯酸甲酯10份，丙烯酸1份；A-174 1份，搅拌速度130 r/min，保温反应1.5h；
b、低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的制备：含双键可聚合单体的用量为苯乙烯7份，丙烯酸丁酯38份，甲基丙烯酸甲酯4份，丙烯酸1份；
c 、抗回粘弹性丙烯酸水分散体的制备：将步骤a和步骤b制备出的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液，按照5:5的比例放置于常温下混合均匀，低速搅拌23min后，缓慢加入占总单体量1%的氢化硅油（含氢量1.8%），混合搅拌均匀，即得抗回粘弹性丙烯酸水分散体。
上述5个实施例所制备的抗回粘弹性丙烯酸水分散体的性能如下表1所示， 5个实施例所制备的抗回粘弹性丙烯酸水分散体涂膜性能如下表2所示。
表1：实施例抗回粘弹性丙烯酸水分散体的性能
实施例 转化率(%) 凝胶率(%) Size/d.nm
1 98.3 0.012 166.6
2 94.4 0.15 156.1
3 94.8 0.121 262.1
4 93.7 0.094 176.7
5 94.9 0.185 199.5
表2 ：实施例抗回粘弹性丙烯酸水分散体的涂膜性能
实施例 硬度 附着力(级) 吸水率(%)
1 3H 2 6.5
2 3H 3 8.1
3 2H 3 5.6
4 3H 2 9.2
5 3H 1 8.3
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抗回粘弹性丙烯酸水分散体，该水分散体是采用高软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液与低软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液在含氢量为1-3%的氢化硅油的作用下，复配而成，其中高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液与低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的质量比为5-9:1-5；高软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的软化点为50℃至70℃；低软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液的软化点为-30℃至-10℃；其特征在于：所述纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液是通过以下具体方法制备而成：以质量份数计，首先，将总质量为20-50份多种含双键可聚合单体投入单体罐内混合均匀，配制成混合单体，待用；其次，将0.1-0.3份引发剂、0.1-0.3份乳化剂、0.15份pH调节剂投入引发剂罐中，加入50%去离子水搅拌溶解配制引发剂-乳化剂缓冲溶液，去离子水的总量为40-60份，待用；接着，在带有滴加装置、冷凝管、搅拌棒、温度计的四口烧瓶中投入3-20份二氧化硅含量为30%的硅溶胶、0.5-2份有机硅单体和剩下的50%去离子水，在搅拌条件下缓慢加入配制好的引发剂-乳化剂缓冲溶液以及50%混合单体，分散15-25min，其中搅拌速度110-130r/min；再者，升温至80-85℃搅拌反应1-2h后，开始匀速加入剩余的50%混合单体，1.5-3.0h加完，保温反应1-3h，降温，出料，过滤后得到纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液。
2.根据权利要求1所述的抗回粘弹性丙烯酸水分散体，其特征在于，所述有机硅单体包括乙烯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的抗回粘弹性丙烯酸水分散体，其特征在于，所述的含双键可聚合单体包括苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸。
4.根据权利要求1所述的抗回粘弹性丙烯酸水分散体，其特征在于，所述的乳化剂为阴离子型乳化剂或非离子型乳化剂，其中阴离子型乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、油酸钠中的至少一种，非离子型乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、油酸中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的抗回粘弹性丙烯酸水分散体，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的抗回粘弹性丙烯酸水分散体，其特征在于，所述的pH调节剂为碳酸氢钠。
7.一种制备如上述权利要求中任意一条所述的抗回粘弹性丙烯酸水分散体的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）分别制备出高软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液和低软化点纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液；（2）按照比例将高、低软化点的纳米二氧化硅杂化丙烯酸乳液放置于常温下混合均匀，低速搅拌20-25min后，缓慢加入硅氧烷偶联剂并搅拌均匀，即得抗回粘弹性丙烯酸水分散体。
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