CN105418825A - 水性涂料用丙烯酸酯乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性涂料用丙烯酸酯乳液及其制备方法，按重量份计，该乳液由以下组分制成：丙烯酸酯70-75份，木糖醇7-20份，乙烯基三甲氧基硅烷1-2份，丙二醇甲醚3-5份，乳化剂4-7.5份，引发剂0.2-0.4份、去离子水50-70份，pH调节剂1-5份，助剂1-5份。本发明聚合物乳液具有良好的力学性能、附着力强、对底材和颜料的湿润性好和附着力高、韧性好、耐磨性好；制备方法简单可行，合成过程易于控制，原料易得，成本较低，适用于工业化生产。

Description

水性涂料用丙烯酸酯乳液及其制备方法

技术领域

本发明属于工业乳液领域，具体涉及一种水性涂料用丙烯酸酯乳液及其制备方法。

背景技术

溶剂型涂料，由于使用大量挥发性有机化合物(VOC)作溶剂，使用时溶剂挥发到空气中，不仅污染环境，而且浪费资源，已引起社会的广泛关注。随着人民生活水平的提高，人民对环境、安全、健康、可持续发展、节能减排和清洁生产的关注度进一步提高，各国环保法规要求的进一步严格，水性涂料取代溶剂型涂料势在必行。在此背景下，各类溶剂型涂料的水性化研究越来越受到人们的高度重视，水性涂料以水代替有机溶剂，使用安全、无毒，保障了生产和施工人员的身体健康，消除了有机溶剂对环境的污染，即节约石油资源，又避免了挥发性有机化合物对大气的污染，达到保护生态环境的目的，因此开发水性涂料是未来涂料工业的发展方向。水性涂料的质量和环保性能取决于聚合物乳液的性能，因此，水性涂料的关键技术是高性能聚合物乳液的开发及产业化应用。

水性丙烯酸酯涂料以其优良的保光、保色、耐候等性能，深受广大建筑涂料生产厂家的青睐。但是目前大多数国内企业是直接购买国外进口的丙烯酸酯乳液来配制水性工业涂料，较少开发高性能丙烯酸酯乳液，或者虽已开发丙烯酸酯乳液，其性能尚不能达到工业涂料的性能要求，仍存在一些问题：水的溶解度参数和表面张力高，对底材和颜料的润湿性差，涂层对基材表面的附着力低；或较难实现工业化生产。由于其性能不如国外的产品，缺乏市场竞争力，因此急需研制出一种高性能的丙烯酸酯乳液。

发明内容

本发明的目的提供一种对底材和颜料的湿润性好和附着力高的水性涂料用丙烯酸酯乳液及其制备方法。

本发明的技术方案为：水性涂料用丙烯酸酯乳液，按重量份计，该乳液由以下组分制成：丙烯酸酯70-75份，木糖醇7-20份，乙烯基三甲氧基硅烷1-2份，丙二醇甲醚3-5份，乳化剂4-7.5份，引发剂0.2-0.4份、去离子水50-70份，pH调节剂1-5份，助剂1-5份。

所述的丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸乙酯中的任意一种或几种的混合物。

所述乳化剂由以下方法制得：先将3质量份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2质量份聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯混合，加入0.2质量份十二烷基硫酸钠，氮气保护下升温至70℃并搅拌反应1h，降温至60℃后得到预聚体，然后加入4质量份反应性乳化剂NRS-138，在氮气保护下搅拌反应2小时后得到乳化剂。所述引发剂为过硫酸铵。

所述助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚或N-羟甲基丙烯酰胺。

所述PH调节剂为浓度25%的氨水。

一种制备水性涂料用丙烯酸酯乳液的方法，此方法包括以下步骤：将1/3的乳化剂与去离子水加入到反应器中搅拌均匀，再将丙烯酸酯、木糖醇、乙烯基三甲氧基硅烷、丙二醇甲醚和剩余的乳化剂加入反应器中搅拌均匀，然后加热至80-85℃，控制在1h内缓慢滴加引发剂，再加入助剂及pH调节剂控制温度在90-95℃下1h，即得水性涂料用丙烯酸酯乳液。

有益效果：

本发明聚合物乳液具有良好的力学性能、附着力强、对底材和颜料的湿润性好和附着力高、韧性好、耐磨性好；制备方法简单可行，合成过程易于控制，原料易得，成本较低，适用于工业化生产。

具体实施方式：

实施例1

水性涂料用丙烯酸酯乳液，按重量份计，称取以下各个组分：丙烯酸酯70份，木糖醇7份，乙烯基三甲氧基硅烷1份，丙二醇甲醚3份，乳化剂4份，引发剂0.2份、去离子水50份，pH调节剂1份，助剂1份。

丙烯酸酯为丙烯酸甲酯。引发剂为过硫酸铵，PH调节剂为浓度25%的氨水，助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵。所述乳化剂由以下方法制得：先将3质量份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2质量份聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯混合，加入0.2质量份十二烷基硫酸钠，氮气保护下升温至70℃并搅拌反应1h，降温至60℃后得到预聚体，然后加入4质量份反应性乳化剂NRS-138，在氮气保护下搅拌反应2小时后得到乳化剂。

一种制备水性涂料用丙烯酸酯乳液的方法，此方法包括以下步骤：将1/3的乳化剂与去离子水加入到反应器中搅拌均匀，再将丙烯酸酯、木糖醇、乙烯基三甲氧基硅烷、丙二醇甲醚和剩余的乳化剂加入反应器中搅拌均匀，然后加热至82℃，控制在1h内缓慢滴加引发剂，再加入助剂及pH调节剂控制温度在92℃下1h，即得水性涂料用丙烯酸酯乳液。

实施例2

水性涂料用丙烯酸酯乳液，按重量份计，称取以下各个组分：丙烯酸酯75份，木糖醇20份，乙烯基三甲氧基硅烷2份，丙二醇甲醚5份，乳化剂7.5份，引发剂0.4份、去离子水70份，pH调节剂5份，助剂5份。

丙烯酸酯为2-甲基丙烯酸乙酯。引发剂为过硫酸铵，PH调节剂为浓度25%的氨水，助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。所述乳化剂由以下方法制得：先将3质量份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2质量份聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯混合，加入0.2质量份十二烷基硫酸钠，氮气保护下升温至70℃并搅拌反应1h，降温至60℃后得到预聚体，然后加入4质量份反应性乳化剂NRS-138，在氮气保护下搅拌反应2小时后得到乳化剂。

一种制备水性涂料用丙烯酸酯乳液的方法，此方法包括以下步骤：将1/3的乳化剂与去离子水加入到反应器中搅拌均匀，再将丙烯酸酯、木糖醇、乙烯基三甲氧基硅烷、丙二醇甲醚和剩余的乳化剂加入反应器中搅拌均匀，然后加热至80℃，控制在1h内缓慢滴加引发剂，再加入助剂及pH调节剂控制温度在90℃下1h，即得水性涂料用丙烯酸酯乳液。

实施例3

水性涂料用丙烯酸酯乳液，按重量份计，称取以下各个组分：丙烯酸酯72份，木糖醇14份，乙烯基三甲氧基硅烷1.5份，丙二醇甲醚4份，乳化剂5.7份，引发剂0.3份、去离子水60份，pH调节剂3份，助剂3份。

丙烯酸酯为2-甲基丙烯酸甲酯。引发剂为过硫酸铵，PH调节剂为浓度25%的氨水，助剂为N-羟甲基丙烯酰胺。所述乳化剂由以下方法制得：先将3质量份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2质量份聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯混合，加入0.2质量份十二烷基硫酸钠，氮气保护下升温至70℃并搅拌反应1h，降温至60℃后得到预聚体，然后加入4质量份反应性乳化剂NRS-138，在氮气保护下搅拌反应2小时后得到乳化剂。

一种制备水性涂料用丙烯酸酯乳液的方法，此方法包括以下步骤：将1/3的乳化剂与去离子水加入到反应器中搅拌均匀，再将丙烯酸酯、木糖醇、乙烯基三甲氧基硅烷、丙二醇甲醚和剩余的乳化剂加入反应器中搅拌均匀，然后加热至85℃，控制在1h内缓慢滴加引发剂，再加入助剂及pH调节剂控制温度在95℃下1h，即得水性涂料用丙烯酸酯乳液。

对比例1

除了乳化剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，其它制备条件参数与实施例1相同。

对比例2

除了乳化剂选用聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯，其它制备条件参数与实施例1相同。

对比例3

除了乳化剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯按质量比3:1.2混合的乳化剂，其它制备条件参数与实施例1相同。

实施例4

在塑料表面测试：将实施例1-3制得的乳液分别使用4#线棒，涂布在PET基材上，110℃烘干10S，使用3M胶带拉扯，涂膜均无脱落。

在金属表面测试：将实施例1-3制得的乳液分别涂抹在马口铁上，70℃烘烤2h成膜，其涂膜均显示透明光滑，耐沾污性好，在-20℃16h、室温8h，循环6次无明细变化，硬度为H。

进一步将本发明的产品与国内同类产品标按国家涂料标准测试，测试结果如下表1：

表1

涂料

附着力

透明度

稳定性

耐溶剂

VOC含量

耐冲击性

杯突试验

柔韧性

耐水性

实施例 1

0

95

好

通过

通过

52cm

7mm

1

≥240

实施例 2

0

92

好

通过

通过

54cm

6mm

1

≥240

实施例 3

0

91

好

通过

通过

53cm

7mm

1

≥240

对比例1

2

77

微黄

通过

通过

26cm

21mm

1

≥240

对比例2

2

82

大颗粒

通过

通过

27cm

17mm

1

≥240

对比例3

1

83

好

通过

超标

32cm

16mm

1

≥240

1、附着力测试：GB／T9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》；2、外观透明度测试：GB／T1721-2008《清漆、清油及稀释剂外观和透明度测定法》；3、稳定性测试：乳液放进50℃恒温烘箱静置两周，观察乳液稳定性；4、耐溶剂测试：GB／T23989-2009《涂料耐溶剂擦拭性测定法》；5、VOC含量测试：HJ／T201-2005《中华人民共和国环境保护行业标准》；

6、耐冲击性按GB1732-79《漆膜耐冲击测定法》；

7、杯突试验按GB/T9753-88《色漆和清漆杯突试验》；

8、柔韧性按GB/T1731-93《漆膜柔韧性测定法》；

耐水性按GB1733-93《中华人民共和国国家标准漆膜耐水性测定法》。为了不断改善水乳性涂料的性能，水性聚合物的混合乳化技术以及特种单体的合成一直是该领域研究的热点。从上表可以看出本发明产品通过复配乳化剂的配伍大大提高了产品的性能，与比同类水性产品相比，在附着力和稳定性上具有明显优势，在环保上明显优于溶剂型产品。

Claims (7)

1.水性涂料用丙烯酸酯乳液，其特征在于按重量份计，该乳液由以下组分制成：丙烯酸酯70-75份，木糖醇7-20份，乙烯基三甲氧基硅烷1-2份，丙二醇甲醚3-5份，乳化剂4-7.5份，引发剂0.2-0.4份、去离子水50-70份，pH调节剂1-5份，助剂1-5份。

2.根据权利要求1所述的水性涂料用丙烯酸酯乳液，其特征在于：所述的丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸乙酯中的任意一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的水性涂料用丙烯酸酯乳液，其特征在于：所述乳化剂由以下方法制得：先将3质量份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2质量份聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯混合，加入0.2质量份十二烷基硫酸钠，氮气保护下升温至70℃并搅拌反应1h，降温至60℃后得到预聚体，然后加入4质量份反应性乳化剂NRS-138，在氮气保护下搅拌反应2小时后得到乳化剂。

4.根据权利要求1所述的水性涂料用丙烯酸酯乳液，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵。

5.根据权利要求1所述的水性涂料用丙烯酸酯乳液，其特征在于：所述助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚或N-羟甲基丙烯酰胺。

6.根据权利要求1所述的水性涂料用丙烯酸酯乳液，其特征在于：所述PH调节剂为浓度25%的氨水。

7.一种制备权利要求1所述的水性涂料用丙烯酸酯乳液的方法，其特征在于此方法包括以下步骤：将1/3的乳化剂与去离子水加入到反应器中搅拌均匀，再将丙烯酸酯、木糖醇、乙烯基三甲氧基硅烷、丙二醇甲醚和剩余的乳化剂加入反应器中搅拌均匀，然后加热至80-85℃，控制在1h内缓慢滴加引发剂，再加入助剂及pH调节剂控制温度在90-95℃下1h，即得水性涂料用丙烯酸酯乳液。