CN106279515A - 一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺，属于水性工业漆涂料领域，本工艺过程包括如下步骤：(1)预制单体乳液：在第一乳化液反应釜中依次加入100‑150份的水、2‑8份的含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯50‑150份、丙烯酸正丁酯10‑50份、丙烯酸异辛酯50‑200份、甲基丙烯酸甲酯20‑100份、甲基丙烯酸2‑10份、丙烯腈0‑50份，搅拌1‑3小时，得到单体乳液，备用；(2)预制引发剂：将过硫酸铵1‑5份溶于30‑50份的水中，搅拌后得引发剂溶液、待用；(3)合成，采用变温聚合的合成工艺。从整体性能的评估中，制备的水性工业漆乳液及涂料具有优异的综合性能，在耐水、耐盐雾及附着力方面均表现突出。

Description

一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺
技术领域
本发明属于水性工业漆涂料技术领域，涉及一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺。
背景技术
近些年来，每年因腐蚀生锈而造成的钢铁报废日益增多，给经济带来了不可挽回的损失，金属的腐蚀问题也已经严重的影响了自然环境、能源及人类的健康。因此，钢铁的防腐蚀研究具有十分重要的意义。在世界范围内，受到资源和环保的限制，越来越多的防腐涂料走向水性化。在我国，水性涂料的需求量也在逐年递增。
在水性工业漆实际应用中，耐盐雾和对金属基材的附着力是两个非常重要的性能。耐盐雾的水平决定着在金属基材涂刷之后，暴露在大气中腐蚀生锈的快慢程度；而附着力则考量漆膜在基材表面脱落的程度。
常规方法合成的丙烯酸乳液，结构较为单一，往往耐盐雾和附着力不能有效的结合在一起。加上和颜料混合在一起之后，漆膜整体的孔隙率较高，容易受到其他物质的攻击，导致性能严重的下降。
发明内容
本发明为了解决上述问题，设计了一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺，本发明通过引入独特的可聚合磷酸酯乳化剂，提高对基材及填料之间的相互作用；通过不同阶段对反应温度的控制，实现了分子量的多分布，高低分子量的有效相互作用，在提高附着力的同时，极大的提高了耐盐雾的水平。
本发明采用的技术方案是：一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺，其特征在于：本工艺过程包括如下步骤：
(1)预制单体乳液
在第一乳化液反应釜中依次加入100-150份的水、2-8份的含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯50-150份、丙烯酸正丁酯10-50份、丙烯酸异辛酯50-200份、甲基丙烯酸甲酯20-100份、甲基丙烯酸2-10份、丙烯腈0-50份，搅拌1-3小时，得到单体乳液，备用；
(2)预制引发剂
将过硫酸铵1-5份溶于30-50份的水中，搅拌后得引发剂溶液、待用；
(3)合成
向第二反应釜中加入300-400份的水、2-8份含有可聚合磷酸酯的乳化剂，搅拌并升温至初始温度；取4％-8％的步骤(1)所制得的单体乳液并加入该反应釜中，保温4-8分钟，之后加入5％-10％的引发剂溶液，并保温0.5-1小时；
之后，同时滴加剩余量的单体乳液和引发剂溶液，在2.5-3.5个小时内滴加完毕，之后保温0.5-1.5小时；再降温，用氨水调节pH至7-8，加入消泡剂及杀菌剂，过滤后得到防腐水性丙烯酸乳液。
所述的含有可聚合磷酸酯的乳化剂为可聚合磷酸酯乳化剂、可聚合磷酸酯与阴离子复配或可聚合磷酸酯与非离子乳化剂复配而成。
其中，所述初始温度为80-90℃，基于此，步骤(3)中，同时滴加剩余量的单体乳液和引发剂溶液的操作以下述方式进行：在单体乳液和引发剂溶液从10％滴加到90％的过程中，调节反应温度从初始温度的80-90℃降至60-70℃，待温度稳定后继续滴加余量的单体乳液和引发剂溶液。
如果，所述初始温度为60-70℃，基于此，步骤(3)中，同时滴加剩余量的单体乳液和引发剂溶液的操作以下述方式进行：在单体乳液和引发剂溶液从10％滴加到90％的过程中，调节反应温度从初始温度的60-70℃升至80-90℃，待温度稳定后继续滴加余量的单体乳液和引发剂溶液。
进一步地，步骤(3)中所述的搅拌并升温至初始温度后，取5％的步骤(1)所制得的核层乳液并加入该反应釜中，保温5分钟，之后加入10％的引发剂溶液，并保温0.5小时。
优选地，步骤(1)中，在第一乳化液反应釜中依次加入的水、含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯腈的份数分别为：120份、4份、100份、30份、100份、60份、6份、30份。
优选地，步骤(1)中，在第一乳化液反应釜中依次加入的水、含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯腈的份数分别为：125份、6份、120份、20份、150份、80份、8份、10份。
本发明的有益效果在于：1、采用可聚合磷酸盐乳化剂。利用磷酸盐独特的耐腐蚀性和对干、湿附着力的提高，增强和基材及颜填料的相互作用，另一方面乳化剂本身带有双键，极大程度上降低了乳化剂的迁移，提高了乳液膜及漆膜的共同耐水性。2、采用变温聚合的合成工艺，使聚合过程分为两个部分。高温的聚合过程，可以增大支化反应并减小分子量，在成膜过程中链段运动很快，提高整体的成膜效率，同时对基材有着很好的附着力；而低温的聚合过程，可以减少支化程度并增大分子量，赋予漆膜良好的致密度和抗性。这两个部分可以理解为另一种意义上的核壳结构，核壳采用不同的聚合温度，比如核采用80-90度的聚合温度，和壳层采用60-70度的聚合温度，或者两者互换造成梯度聚合的变温工艺。核层所占的比例可以从10％-90％不等。3、在后序制备漆的过程中，加入了独特的填料硅酸镁铝PT138，除了有触变性的流变效果之外，还会在成膜过程中和乳液相互作用，形成网络互穿结构，提高漆膜致密度的同时，有效的阻碍了其他物质对于漆膜的破坏作用，极大程度上提高了耐盐雾耐酸耐碱等性能。4、本发明制备的乳液不含APEO，且低甲醛，无苯系物和其他的污染排放，粒径分布很窄，同时具有良好的分子量分布情况，产品稳定性很好。在关键的性能上，和国内外主要的竞争对手的相比，具有优异的对金属基材的附着力和耐盐雾等性能。最终的产品性能优异并且绿色环保。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
首先，按如下各个实施例方式取料、备料，预制单体乳液。
实施例1
100份的水、3份的含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯60份、丙烯酸正丁酯40份、丙烯酸异辛酯200份、甲基丙烯酸甲酯80份、甲基丙烯酸5份、丙烯腈20份。
实施例2
120份的水、4份的含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯80份、丙烯酸正丁酯20份、丙烯酸异辛酯100份、甲基丙烯酸甲酯60份、甲基丙烯酸8份、丙烯腈30份。
实施例3
140份的水、8份的含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯50份、丙烯酸正丁酯10份、丙烯酸异辛酯50份、甲基丙烯酸甲酯100份、甲基丙烯酸10份、丙烯腈50份。
实施例4
130份的水、2份的含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯100份、丙烯酸正丁酯40份、丙烯酸异辛酯180份、甲基丙烯酸甲酯60份、甲基丙烯酸7份、丙烯腈35份。
实施例5
140份的水、6份的含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯150份、丙烯酸正丁酯50份、丙烯酸异辛酯50份、甲基丙烯酸甲酯70份、甲基丙烯酸2份、丙烯腈0份。
实施例6
水、含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯腈的份数分别为：120份、4份、100份、30份、100份、60份、6份、30份。
实施例7
水、含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯腈的份数分别为：125份、6份、120份、20份、150份、80份、8份、10份。
按上述各个实施例向乳化液反应釜I中依次加入水、可聚合磷酸酯乳化剂及上述各单体。充分搅拌1个小时，得到稳定的单体乳液。
其次，引发剂的制备：将过硫酸铵1-5份溶于30-50份的水中，充分搅拌后待用。
最后，具体合成过程：
向反应釜中加入300-400份的水，2-8份烷基聚氧乙烯醚类阴离子乳化剂，搅拌并升温至初始温度，加入5％的预乳液，保温5分钟，之后依次加入10％的引发剂溶液，并保温半个小时。之后开始同时滴加预乳液单体和剩余引发剂，在2.5-3.5小时内滴加完毕，之后保温1个小时。
这里，如果初始温度为80-90℃，基于此，同时滴加剩余量的单体乳液和引发剂溶液的操作以下述方式进行：在单体乳液和引发剂溶液从10％滴加到90％的过程中，调节反应温度从初始温度的80-90℃降至60-70℃，待温度稳定后继续滴加余量的单体乳液和引发剂溶液。
如果，所述初始温度为60-70℃，基于此，同时滴加剩余量的单体乳液和引发剂溶液的操作以下述方式进行：在单体乳液和引发剂溶液从10％滴加到90％的过程中，调节反应温度从初始温度的60-70℃升至80-90℃，待温度稳定后继续滴加余量的单体乳液和引发剂溶液。
之后进行后处理并降温，之后用氨水调节pH至7-8。加入消泡剂及杀菌剂。过滤后得到最终的水性工业漆乳液。
上述乳化剂为可聚合磷酸酯乳化剂，也可以和其他类型的阴离子或者非离子乳化剂相复配使用。
将按照上述工艺制备的丙烯酸水性工业漆乳液，并后添加颜填料，在其中加入独特结构的硅酸铝镁物质，与竞品乳液进行应用性能的测试对比。
漆的配方主要如下：
去离子水 60(质量份，下同)
AMP95 1.5
5027 13.5
TO-8 1
消泡剂 65
铁红 2
磷酸锌 60
乙二醇 0.3
104BC 35
特殊硅酸镁铝PT138 35
硅灰石 55
乳液 600
氨水 2
去离子水 10
消泡剂 5
DPNB 48
Raybo 60 3
2020 4
8w 1.5
主要从耐水、耐盐雾及附着力这三个方面评估，主要结果如下：
1耐水性：将水性乳液制备成水性工业漆清漆，刮膜之后，晾干24h，泡水12h之后，观察板面，对比耐水效果见表1。
表1
耐水结果
自制乳液 无任何变化
竞品乳液 漆膜泛白
从表1可以看出，自制的水性工业漆乳液泡水之后无任何变化，具有非常的耐水性。
2耐盐雾性：将乳液分别制成清漆及红色漆，金属板上刮膜放置1周，然后中间刮痕开裂一道之后置于盐雾箱中，过1000h后取出，观察板面耐盐雾效果。
通过对比看出，不论是清漆还是色漆，自制的乳液腐蚀面积相比较竞品非常小，耐盐雾效果非常好。在涂料中添加硅酸铝镁之后，腐蚀面积大幅缩小，而板面的起泡问题也明显得到抑制。
3附着力：将制备的工业漆涂料在金属基材上刮膜，然后十字划格法测试漆膜的附着力。其对比结果如下表2所示：
表2
附着力
自制乳液 漆膜完整，无任何脱落
竞品乳液 漆膜脱落明显，50％已经脱离板面
由表2可以看出，自制的水性工业漆乳液具有优异的附着力。
综上，从整体性能的评估中，制备的水性工业漆乳液及涂料具有优异的综合性能，在耐水、耐盐雾及附着力方面均表现突出。

Claims (7)

1.一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺，其特征在于：本工艺过程包括如下步骤：
(1)预制单体乳液
在第一乳化液反应釜中依次加入100-150份的水、2-8份的含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯50-150份、丙烯酸正丁酯10-50份、丙烯酸异辛酯50-200份、甲基丙烯酸甲酯20-100份、甲基丙烯酸2-10份、丙烯腈0-50份，搅拌1-3小时，得到单体乳液，备用；
(2)预制引发剂
将过硫酸铵1-5份溶于30-50份的水中，搅拌后得引发剂溶液、待用；
(3)合成
向第二反应釜中加入300-400份的水、2-8份含有可聚合磷酸酯的乳化剂，搅拌并升温至初始温度；取4％-8％的步骤(1)所制得的单体乳液并加入该反应釜中，保温4-8分钟，之后加入5％-10％的引发剂溶液，并保温0.5-1小时；
之后，同时滴加剩余量的单体乳液和引发剂溶液，在2.5-3.5个小时内滴加完毕，之后保温0.5-1.5小时；再降温，用氨水调节pH至7-8，加入消泡剂及杀菌剂，过滤后得到防腐水性丙烯酸乳液。
2.根据权利要求1所述的一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺，其特征在于：所述的含有可聚合磷酸酯的乳化剂为可聚合磷酸酯乳化剂、可聚合磷酸酯与阴离子复配或可聚合磷酸酯与非离子乳化剂复配而成。
3.根据权利要求1所述的一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺，其特征在于：所述初始温度为80-90℃，基于此，步骤(3)中，同时滴加剩余量的单体乳液和引发剂溶液的操作以下述方式进行：
在单体乳液和引发剂溶液从10％滴加到90％的过程中，调节反应温度从初始温度的80-90℃降至60-70℃，待温度稳定后继续滴加余量的单体乳液和引发剂溶液。
4.根据权利要求1所述的一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺，其特征在于：所述初始温度为60-70℃，基于此，步骤(3)中，同时滴加剩余量的单体乳液和引发剂溶液的操作以下述方式进行：
在单体乳液和引发剂溶液从10％滴加到90％的过程中，调节反应温度从初始温度的60-70℃升至80-90℃，待温度稳定后继续滴加余量的单体乳液和引发剂溶液。
5.根据权利要求1所述的一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺，其特征在于：步骤(3)中所述的搅拌并升温至初始温度后，取5％的步骤(1)所制得的核层乳液并加入该反应釜中，保温5分钟，之后加入10％的引发剂溶液，并保温0.5小时。
6.根据权利要求1所述的一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中，在第一乳化液反应釜中依次加入的水、含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯腈的份数分别为：120份、4份、100份、30份、100份、60份、6份、30份。
7.根据权利要求1所述的一种防腐水性丙烯酸乳液的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中，在第一乳化液反应釜中依次加入的水、含有可聚合磷酸酯的乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯腈的份数分别为：125份、6份、120份、20份、150份、80份、8份、10份。
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