CN105254788B - 一种具有高光泽高硬度的苯丙乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高光泽高硬度的苯丙乳液，其特征在于：所述具有高光泽高硬度的苯丙乳液包括水、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、乳化剂、过硫酸盐、特种交联单体及pH调节剂，上述组分含量按质量份数算分别为：水50份；苯乙烯20‑40份；丙烯酸正丁酯10‑15份；丙烯酸1‑2份；乳化剂5‑10份，过硫酸盐1‑2份，特种交联单体1‑3份；pH调节剂0.5‑1份。本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液既具有高光泽性，又具有较高硬度。

Description

一种具有高光泽高硬度的苯丙乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种苯丙乳液及其制备方法，具体说是一种具有高光泽高硬度的苯丙乳液及其制备方法。

背景技术

自从出现了乳液聚合法合成涂料用丙烯酸酯乳液后，丙烯酸酯乳液在涂料中的应用日益广泛。丙烯酸酯乳液具有优良的耐水性、耐碱性、耐候性等性能，所以在涂料应用的诸多领域中，如建筑、织物、藤器、木器等，丙烯酸酯乳液均深受使用者青睐。然而，受聚合反应及乳液自身分子链结构限制，现有的丙烯酸酯乳液同样具有较大的缺陷。其一，丙烯酸酯乳液聚合后分子量分布极不均匀，其乳液粒径较大，且粒度分布较宽，因而乳液自身的光泽度极差，其光泽度最高只能到60-65，仅能满足无光、哑光或丝光的使用场合。在需要使用高光的场合中，如娱乐场所、运动场所、酒店大堂等，现有的丙烯酸酯乳液远远不能满足这些场合的使用需要。其二，现有丙烯酸酯乳液涂膜中分子链的结构极不均匀，使乳液中粒子的粒度分布较宽，导致涂膜的硬度急剧下降，其硬度通常只能到2B，最高不超过HB。因此，如何开发一种既具有高光泽性，又具有较高硬度的丙烯酸酯乳液，是目前丙烯酸酯乳液行业的一道技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种既具有高光泽性，又具有较高硬度的苯丙乳液。

本发明的另一个发明目的在于提供一种工艺简单的制备上述苯丙乳液的方法。

本发明的发明目的是这样实现的：一种具有高光泽高硬度的苯丙乳液，其特征在于：所述具有高光泽高硬度的苯丙乳液包括水、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、乳化剂、过硫酸盐、特种交联单体及pH调节剂，上述组分含量按质量份数算分别为：水50份；苯乙烯20-40份；丙烯酸正丁酯10-15份；丙烯酸1-2份；乳化剂5-10份，过硫酸盐1-2份，特种交联单体1-3份；pH调节剂0.5-1份。

所述乳化剂为烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、乙氧基化烷基硫酸钠、十三烷基硫酸钠中的一种或上述成分以任意比例混合。

所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或上述成分以任意比例混合。

所述特种交联单体为乙烯基三甲基硅烷。

所述制备方法包括以下步骤：

a：按照上述配比称取原料备用；

b：在反应釜中加入总水量的50%-60%和乳化剂总量的70%-80%以及pH调节剂，并升温至80-85℃；

c：将总水量的30%-40%和剩余乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、特种交联单体高速分散成预乳化液备用；

d：往反应釜中加入总过硫酸盐的10-20%做初始引发剂；

e：反应釜温度提到80-85℃后，在3-5小时内分别滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液；

f：待滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液后，温度升到90-95℃，保温1-2小时；

g：将f制得的混合物降温至40-50℃，过滤后即得苯丙乳液。

本发明具有以下优点。

1、本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液中，乳化剂采用烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、乙氧基化烷基硫酸钠、十三烷基硫酸钠中的一种或上述成分以任意比例混合。上述组分均具有强极性基团，且在化学反应过程中可与特种交联单体起协同交联反应。即，在乳液聚合时，上述乳化剂在过硫酸盐的引发作用下会分解成小分子链结构，其乳液粒子的粒径较小，且粒度分布较均匀。小分子的乳胶粒子对光线的散射作用随着粒径的减小而不断加大，因此其可形成高反光涂膜，对光线具有很好的反射作用，并提高涂膜的硬度。

2、本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液中，在传统的丙烯酸酯乳液中加入苯乙烯，使其形成苯丙乳液的复合体系。苯乙烯分子结构自身对光线具有较高折射率，除了可提高光线的反射程度外，还可以显著提高涂膜的硬度。

3、本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液中，采用预乳化半连续滴加工艺，整个化学反应处于相对温和的环境下进行，减少了副产物及副反应的出现。并且，在反应未开始时乳化剂在水中的添加量达到其总量的70%-80%。即在化学反应还没开始的时候，就已经通过混合升温的方法在乳化剂中形成水-乳化液混合平衡体系，其与后续制备的预乳化液形成乳化协同效应，使乳化剂在反应体系中能很好的进行分散，并在反应初期即降低乳化剂自身的平均粒径，大大降低了化学反应后涂膜的粒径，并显著提高粒度分布的均匀性，利于形成高光型涂膜。

具体实施方式

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液主要包括水、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、乳化剂、过硫酸盐、特种交联单体及pH调节剂，上述组分含量按质量份数算分别为：水50份；苯乙烯20-40份；丙烯酸正丁酯10-15份；丙烯酸1-2份；乳化剂5-10份，过硫酸盐1-2份，特种交联单体1-3份；pH调节剂0.5-1份。通过利用可在反应时分解为小分子链结构的乳化剂，大幅降低乳胶粒子的粒径，并提高粒度分布的均匀性。

本发明具有高光泽高硬度的苯丙乳液的乳化剂为烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、乙氧基化烷基硫酸钠、十三烷基硫酸钠中的一种或上述成分以任意比例混合。上述组分的阴离子自身具有较大的极性，在反应体系中会分解成小分子链结构，并与特种交联单体发生交联反应，形成细小致密的网状分子链结构。因而，乳液的粒径变得更小，其粒度的分布变得更均匀，其形成的涂膜对光具有较强的反射作用，并提高涂膜的硬度。

本发明具有高光泽高硬度的苯丙乳液的过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或上述成分以任意比例混合。上述过硫酸盐作为乳液聚合中的引发剂，过硫酸盐受热后容易分解成自由基，并且自由基可在反应体系中与活泼双键产生自由基接枝、共聚、交联等反应，可有效减少乳液粒子富集、结团等现象，利于降低乳液粒子的平均粒径，提高乳液粒子的粒度分布的均匀性。

本发明具有高光泽高硬度的苯丙乳液的特种交联单体为乙烯基三甲基硅烷。乙烯基三甲基硅烷可发生与乙烯等效的亲电取代反应或加成反应，由于其具有不稳定双键，其极易与乳化剂发生交联反应，形成小分子网络结构。

此外，与传统的丙烯酸酯乳液相比，本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液中加入了苯乙烯。苯乙烯中的苯环使其自身分子链具有较强的规整性，赋予其对光线较强的折射率。在苯乙烯加入反应体系后，除了可改善涂膜自身的力学强度外，还能改善对光的反射能力。

另外，本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液中，pH调节剂可选用碳酸氢钠或碳酸钾等常规的pH调节剂。

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：

a：按照上述配比称取原料备用；

b：在反应釜中加入总水量的50%-60%和乳化剂总量的70%-80%以及pH调节剂，并升温至80-85℃；

c：将总水量的30%-40%和剩余乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、特种交联单体高速分散成预乳化液备用；

d：往反应釜中加入总过硫酸盐的10-20%做初始引发剂；

e：反应釜温度提到80-85℃后，在3-5小时内分别滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液；

f：待滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液后，温度升到90-95℃，保温1-2小时；

g：将f制得的混合物降温至40-50℃，过滤后即得苯丙乳液。

根据光泽测定（测试环境：常温常压下，钛白浆体系涂料中加入60%本发明的的苯丙乳液，用100微米制膜器制成涂膜，并以60°进行光线投射），本发明苯丙乳液的光泽度可达85-95。根据涂膜表面硬度测定（铅笔测定法），本发明苯丙乳液的表面硬度可达H-2H。

下面结合表一对各个实施例进行详细说明，但并不因此把本发明限制在所述实施例范围内：

实施例1

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液包括水、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵、过硫酸铵、乙烯基三甲基硅烷及pH调节剂。上述组分含量按质量份数算分别为：水50份；苯乙烯20份；丙烯酸正丁酯10份；丙烯酸1份；烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵5份，过硫酸铵1份，乙烯基三甲基硅烷1份；pH调节剂0.5份。

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：

a：按照上述配比称取原料备用；

b：在反应釜中加入总水量的50%和乳化剂总量的70%以及pH调节剂，并升温至80℃；

c：将总水量的30%和剩余乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、特种交联单体高速分散成预乳化液备用；

d：往反应釜中加入总过硫酸盐的10%做初始引发剂；

e：反应釜温度提到80℃后，在3小时内分别滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液；

f：待滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液后，温度升到90℃，保温1小时；

g：将f制得的混合物降温至40℃，过滤后即得苯丙乳液。

根据光泽测定（测试环境：常温常压下，钛白浆体系涂料中加入60%本发明的的苯丙乳液，用100微米制膜器制成涂膜，并以60°进行光线投射），本发明苯丙乳液的光泽度可达85。根据涂膜表面硬度测定（铅笔测定法），本发明苯丙乳液的表面硬度可达H。

实施例2

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液包括水、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、乙氧基化烷基硫酸钠、十三烷基硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、乙烯基三甲基硅烷及pH调节剂。上述组分含量按质量份数算分别为：水50份；苯乙烯40份；丙烯酸正丁酯15份；丙烯酸2份；烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵2份；壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵3份；乙氧基化烷基硫酸钠3份；十三烷基硫酸钠2份；过硫酸铵0.5份；过硫酸钾0.5份；过硫酸钠1份；乙烯基三甲基硅烷3份；pH调节剂1份。

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：

a：按照上述配比称取原料备用；

b：在反应釜中加入总水量的60%和乳化剂总量的80%以及pH调节剂，并升温至85℃；

c：将总水量的40%和剩余乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、特种交联单体高速分散成预乳化液备用；

d：往反应釜中加入总过硫酸盐的20%做初始引发剂；

e：反应釜温度提到85℃后，在5小时内分别滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液；

f：待滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液后，温度升到95℃，保温2小时；

g：将f制得的混合物降温至50℃，过滤后即得苯丙乳液。

根据光泽测定（测试环境：常温常压下，钛白浆体系涂料中加入60%本发明的的苯丙乳液，用100微米制膜器制成涂膜，并以60°进行光线投射），本发明苯丙乳液的光泽度可达95。根据涂膜表面硬度测定（铅笔测定法），本发明苯丙乳液的表面硬度可达2H。

实施例3

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液包括水、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、乙氧基化烷基硫酸钠、十三烷基硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸钠、乙烯基三甲基硅烷及pH调节剂。上述组分含量按质量份数算分别为：水50份；苯乙烯25份；丙烯酸正丁酯12份；丙烯酸1份；壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵2份；乙氧基化烷基硫酸钠3份；十三烷基硫酸钠2份；过硫酸钾0.5份；过硫酸钠1份；乙烯基三甲基硅烷1.5份；pH调节剂0.6份。

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：

a：按照上述配比称取原料备用；

b：在反应釜中加入总水量的53%和乳化剂总量的74%以及pH调节剂，并升温至82℃；

c：将总水量的33%和剩余乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、特种交联单体高速分散成预乳化液备用；

d：往反应釜中加入总过硫酸盐的14%做初始引发剂；

e：反应釜温度提到82℃后，在3.5小时内分别滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液；

f：待滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液后，温度升到93℃，保温1.5小时；

g：将f制得的混合物降温至44℃，过滤后即得苯丙乳液。

根据光泽测定（测试环境：常温常压下，钛白浆体系涂料中加入60%本发明的的苯丙乳液，用100微米制膜器制成涂膜，并以60°进行光线投射），本发明苯丙乳液的光泽度可达88。根据涂膜表面硬度测定（铅笔测定法），本发明苯丙乳液的表面硬度可达H。

实施例4

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液包括水、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、乙氧基化烷基硫酸钠、十三烷基硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、乙烯基三甲基硅烷及pH调节剂。上述组分含量按质量份数算分别为：水50份；苯乙烯30份；丙烯酸正丁酯13份；丙烯酸2份；烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵1份；壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵1份；乙氧基化烷基硫酸钠2份；十三烷基硫酸钠4份；过硫酸铵0.5份；过硫酸钾0.5份；过硫酸钠0.5份；乙烯基三甲基硅烷2份；pH调节剂0.7份。

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：

a：按照上述配比称取原料备用；

b：在反应釜中加入总水量的56%和乳化剂总量的77%以及pH调节剂，并升温至83℃；

c：将总水量的36%和剩余乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、特种交联单体高速分散成预乳化液备用；

d：往反应釜中加入总过硫酸盐的17%做初始引发剂；

e：反应釜温度提到84℃后，在4小时内分别滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液；

f：待滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液后，温度升到93℃，保温2小时；

g：将f制得的混合物降温至45℃，过滤后即得苯丙乳液。

根据光泽测定（测试环境：常温常压下，钛白浆体系涂料中加入60%本发明的的苯丙乳液，用100微米制膜器制成涂膜，并以60°进行光线投射），本发明苯丙乳液的光泽度可达92。根据涂膜表面硬度测定（铅笔测定法），本发明苯丙乳液的表面硬度可达H。

实施例5

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液包括水、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、乙氧基化烷基硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钠、乙烯基三甲基硅烷及pH调节剂。上述组分含量按质量份数算分别为：水50份；苯乙烯35份；丙烯酸正丁酯14份；丙烯酸2份；烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵3份；壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵3份；乙氧基化烷基硫酸钠3份；过硫酸铵1份；过硫酸钠1份；乙烯基三甲基硅烷2.5份；pH调节剂0.9份。

本发明的具有高光泽高硬度的苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：

a：按照上述配比称取原料备用；

b：在反应釜中加入总水量的58%和乳化剂总量的78%以及pH调节剂，并升温至84℃；

c：将总水量的38%和剩余乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、特种交联单体高速分散成预乳化液备用；

d：往反应釜中加入总过硫酸盐的19%做初始引发剂；

e：反应釜温度提到84℃后，在4.5小时内分别滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液；

f：待滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液后，温度升到994℃，保温2小时；

g：将f制得的混合物降温至48℃，过滤后即得苯丙乳液。

根据光泽测定（测试环境：常温常压下，钛白浆体系涂料中加入60%本发明的的苯丙乳液，用100微米制膜器制成涂膜，并以60°进行光线投射），本发明苯丙乳液的光泽度可达93。根据涂膜表面硬度测定（铅笔测定法），本发明苯丙乳液的表面硬度可达1.5H。

表一（成分单位为质量份数）

Claims (4)

1.一种具有高光泽高硬度的苯丙乳液，其特征在于：所述具有高光泽高硬度的苯丙乳液包括水、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、乳化剂、过硫酸盐、特种交联单体及pH调节剂，上述组分含量按质量份数算分别为：水50份；苯乙烯20-40份；丙烯酸正丁酯10-15份；丙烯酸1-2份；乳化剂5-10份，过硫酸盐1-2份，特种交联单体1-3份；pH调节剂0.5-1份，所述具有高光泽高硬度的苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：

a：按照上述配比称取原料备用；

b：在反应釜中加入总水量的50%-60%和乳化剂总量的70%-80%以及pH调节剂，并升温至80-85℃；

c：将总水量的30%-40%和剩余乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、特种交联单体高速分散成预乳化液备用；

d：往反应釜中加入总过硫酸盐的10-20%做初始引发剂；

e：反应釜温度提到80-85℃后，在3-5小时内分别滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液；

f：待滴加完预乳化液和剩余过硫酸盐与剩余水混合液后，温度升到90-95℃，保温1-2小时；

g：将f制得的混合物降温至40-50℃，过滤后即得苯丙乳液。

2.根据权利要求1所述具有高光泽高硬度的苯丙乳液，其特征在于：所述乳化剂为烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、乙氧基化烷基硫酸钠、十三烷基硫酸钠中的一种或上述成分以任意比例混合。

3.根据权利要求1所述具有高光泽高硬度的苯丙乳液，其特征在于：所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或上述成分以任意比例混合。

4.根据权利要求1所述具有高光泽高硬度的苯丙乳液，其特征在于：所述特种交联单体为乙烯基三甲基硅烷。