CN107057000A - 一种防水用硅丙乳液涂料及其制备方法 - Google Patents

一种防水用硅丙乳液涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防水用硅丙乳液涂料及其制备方法，其技术方案要点是：由A中间体和B水性硅丙乳液混合而成，所述A中间体和B水性硅丙乳液分别由以下质量百分比的组分组成：A中间体：水74.0～80.0％，八甲基环四硅氧烷(D4)14.0～18.0％，乙烯基三乙基硅烷(A‑151)1.8～2.1％，十二烷基苯磺酸(ABS)1.9～2.2％，六甲基硅氧烷0.1‑0.5％，尿素0.1～0.2％，10％氢氧化钠水溶液2.8‑3.0％；B水性硅丙乳液：水36.0‑48.0％，中间体18.0‑22.0％，丙烯酸(AA)0.2～0.6％，甲基丙烯酸(MAA)0.2～0.6％，甲基丙烯酸甲酯(MMA)16.0～20.0％。成本低经济环保，适合防水作业使用。

Description

一种防水用硅丙乳液涂料及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种防水用硅丙乳液涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。
【背景技术】
在印刷领域，纸张在库存、运输、使用过程中，由于空气湿度的变化以及周边环境温度的变化，会导致纸张含水量出现一定的变化，从而使纸张变形，翘曲，印刷不良。传统的方法是使用主体材料为聚乙烯醇或丙烯酸乳液的涂料在纸张背面涂布一层，达到防水防潮的目的，一般情况下，这种效果会非常有限，很多时候，会在涂料中添加小分子蜡，硅，爽滑剂等疏水物质来提高防水效果，这种物理添加的方法，随着放置时间的加长，后期常常会出现蜡硅析出的现象，导致效果下降，而且通常会带来印刷不良，走纸不顺等问题。
【发明内容】
本发明的一种防水用硅丙乳液涂料，成本低，经济环保，适合防水作业使用。
本发明的另一目的是提供一种防水用硅丙乳液涂料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种防水用硅丙乳液涂料，由A中间体和B水性硅丙乳液混合而成，所述A中间体和B水性硅丙乳液分别由以下质量百分比的组分组成：
A中间体：
B水性硅丙乳液：
优选的，所述的氧化剂为过硫酸铵。
优选的，所述的乳化剂为α-烯丙基烷基酚聚氧乙烯醚。
优选的，所述的还原剂为焦亚硫酸氢钠。
优选的，所述的中和剂为氨水。
一种防水用硅丙乳液涂料的制备方法，包括以下步骤：
合成A中间体
1)、将十二烷基苯磺酸(ABS)和蒸馏水加入到四口烧瓶中；
2)、开启搅拌,升温到85℃，然后滴加八甲基环四硅氧烷,滴加时间为60分钟；
3)、滴加完毕后保温120分钟；
4)、降温到65-68℃，加入乙烯基三乙基硅烷(A-151),搅拌30分钟；
5)、加入六甲基硅氧烷,搅拌15分钟；
6)、加入尿素,搅拌15分钟；
7)、降温45℃以下,用10％氢氧化钠水溶液调整到合适pH值；
8)、得到用于合成防水用硅丙乳液用的中间体。
合成B水性硅丙乳液
1)、将10-15％甲基丙烯酸酯甲酯、12-16％丙烯酸酯丁酯、1.8-2.2％丙烯酸-2-羟乙酯(2-HEA)，1.8-2.2％丙烯酸异辛酯，0.2-0.6％丙烯酸，0.2-0.6％甲基丙烯酸及全部乳化剂混合，添加到部分去离子水(占去离子水总量的46-53％)中，搅拌0.5-1小时，搅拌速度为200-300转/分钟，制得预乳化液A；
2)、将40-50％中间体，3-5％甲基丙烯酸酯甲酯，添加到部分去离子水(占去离子水总量的22-33％)中，制得溶液B；
3)、将氧化剂溶解到去离子水中，制得溶液C；
4)、将还原剂溶解到去离子水中，制得溶液D；
5)、将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在140-180转/分钟，升温至63-65℃，搅拌0.5-1小时，加入20％的溶液C和30％的溶液D，然后立即开始滴加预乳化液A，同时滴加剩余的C和D，并控制预乳化液A和C的同时滴加完毕，滴加时间2小时，D滴加时间多15分钟，滴加温度65-67℃。滴加60分钟后在乳化液A中加入另外的全部中间体,滴加完毕后，升温至70℃，继续反应90分钟，然后降温至50℃以下,加入0.2-0.6％氨水调整到合适pH值，得到防水用水性硅丙乳液。
优选的，所得防水用硅丙乳液的粘度为14±2秒/25℃。
优选的，所述反应的合成路线为：
优选的，在合成A中间体时，所述步骤2)升温到85℃后，然后滴加八甲基环四硅氧烷,滴加时间为60分钟，所述步骤4)降温到65-68℃后，加入乙烯基三乙基硅烷(A-151),搅拌30分钟，所述步骤5)加入六甲基硅氧烷,搅拌15分钟。
配伍机理：通过比较常用、易得的原材料，经过一步合成路径，两步开环反应，合成抗刮、耐磨、硬度高、耐黄变、、固化快和流平性好的木器面漆用UV树脂。在树脂中加入一定量光引发剂，溶解搅拌，刮涂在木器表面，在UV灯的照射下，光引发剂异裂成自由基，丙烯酸不饱和双键获得自由基，进而发生分子之间的交联反应，形成性能优异的固化膜。
配伍机理：本发明技术方案，通过比较常用、易得的原材料，经过先合成中间体再合成水性硅丙乳液的合成路径，将硅单体八甲基环四硅氧烷进行开环、缩合，并接技在丙烯酸单体上，无须添加任何相关硅蜡助剂，就可以达到极好的防水防潮效果。合成疏水性，防潮性，抗污性，抗粘连性，耐热耐寒性好的防水硅丙乳液，直接加蒸馏水，搅拌均匀，涂布在白卡纸面上，红外干燥，就可形成防水性好，性能优异的漆膜
本发明相对于现有技术，有以下优点：
1.本发明的一种防水用硅丙乳液涂料，采用先合成中间体,以十二烷基苯磺酸(ABS)为催化剂将八甲基环四硅氧烷进行开环反应，在冷却过程缩合，再接枝乙烯基硅氧烷。再将多余的硅醇及活性物质封闭。然后用10％氢氧化钠水溶液中和，生成的十二烷基苯磺酸钠作为下一步的乳化剂备用,然后合成硅丙乳液.利用中间体反应生成的十二烷基苯磺酸钠,和α-烯丙基烷基酚聚氧乙烯醚(10)作为乳化剂，以过硫酸氨和焦亚硫酸钠作为氧化还原剂,以合成中间体这一步接枝的乙烯基硅氧烷，双键发生加成反应.合成硅丙乳液。发明工艺简单、操作条件容易控制,所得硅丙乳液稀释稳定性,贮存稳定性，机械稳定性好.成本低且适合工业化生产；
2.本发明的一种防水用硅丙乳液涂料，直接接技硅烷，无须添加爽滑剂、小分子硅蜡或其它疏水剂，就可以达到疏水，防潮，抗污效果；
3.本发明的一种防水用硅丙乳液涂料的制备方法，合成工艺简单，方便，容易操控，具要较高的可重复性，合成在水中进行，环保，安全，气味极少，合成工艺中将八甲基环四硅氧烷进行开环，缩合，接枝，封闭所选择的物料合适，避免了常见硅乳液聚合工艺中容易出现漂油，出渣的现象。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：
实施例1～5各组分重量组成表1:
实施例1的防水用水性硅丙乳液涂料制备方法：
合成A中间体：
1)、将十二烷基苯磺酸(ABS)和蒸馏水加入到四口烧瓶中；
2)、开启搅拌,升温到85℃，然后滴加八甲基环四硅氧烷,滴加时间为60分钟；
3)、滴加完毕后保温120分钟；
4)、降温到68℃，加入乙烯基三乙基硅烷(A-151),搅拌30分钟；
5)、加入六甲基硅氧烷,搅拌15分钟；
6)、加入尿素,搅拌15分钟；
7)、降温45℃以下,用10％氢氧化钠水溶液调整到合适pH值；
8)、得到用于合成防水用硅丙乳液用的中间体。
合成B水性硅丙乳液:
1)、将12％甲基丙烯酸酯甲酯、12％丙烯酸酯丁酯、1.8％丙烯酸-2-羟乙酯(2-HEA)，1.8％丙烯酸异辛酯，0.2％丙烯酸，0.2％甲基丙烯酸及0.8％乳化剂混合，添加到24％去离子水中，搅拌0.5小时，搅拌速度为200转/分钟，制得预乳化液A；
2)、将18％中间体，4％甲基丙烯酸酯甲酯，添加到16％去离子水中，制得溶液B；
3)、将0.12％氧化剂溶解到4.8％去离子水中，制得溶液C；
4)、将0.08％还原剂溶解到4％去离子水中，制得溶液D；
5)、将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在140转/分钟，升温至63℃，搅拌0.5-1小时，加入20％的溶液C和30％的溶液D，然后立即开始滴加预乳化液A，同时滴加剩余的C和D，并控制预乳化液A和C的同时滴加完毕，滴加时间2小时，D滴加时间多15分钟，滴加温度65℃，滴加60分钟后在乳化液A中加入另外的全部中间体,滴加完毕后，升温至70℃，继续反应90分钟，然后降温至50℃以下,加入0.2％氨水调整到合适pH值，得到防水用水性硅丙乳液。
实施例2的防水用水性硅丙乳液涂料制备方法：
合成A中间体:
1)、将十二烷基苯磺酸(ABS)和蒸馏水加入到四口烧瓶中；
2)、开启搅拌,升温到85℃，然后滴加八甲基环四硅氧烷,滴加时间为60分钟；
3)、滴加完毕后保温120分钟；
4、)降温到67℃，加入乙烯基三乙基硅烷(A-151),搅拌30分钟；
5)、加入六甲基硅氧烷,搅拌15分钟；
6)、加入尿素,搅拌15分钟；
7)、降温45℃以下，用10％氢氧化钠水溶液调整到合适pH值；
8)、得到用于合成防水用硅丙乳液用的中间体。
合成B水性硅丙乳液:
1)、将13％甲基丙烯酸酯甲酯、16％丙烯酸酯丁酯、1.9％丙烯酸-2-羟乙酯(2-HEA)，1.9％丙烯酸异辛酯，0.3％丙烯酸，0.3％甲基丙烯酸及0.9％乳化剂混合，添加到22％去离子水中，搅拌0.6小时，搅拌速度为220转/分钟，制得预乳化液A
2)、将19％中间体，4％甲基丙烯酸酯甲酯，添加到13％去离子水中，制得溶液B；
3)、将0.18％氧化剂溶解到4.1％去离子水中，制得溶液C；
4)、将0.12％还原剂溶解到3％去离子水中，制得溶液D.
5)、将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在150转/分钟，升温至64℃，搅拌0.6小时，加入20％的溶液C和30％的溶液D，然后立即开始滴加预乳化液A，同时滴加剩余的C和D，并控制预乳化液A和C的同时滴加完毕，滴加时间2小时，D滴加时间多15分钟，滴加温度65℃。滴加60分钟后在乳化液A中加入另外的全部中间体,滴加完毕后，升温至70℃，继续反应90分钟，然后降温至50℃以下,加入0.3％氨水调整到合适pH值，得到防水用水性硅丙乳液。
实施例3的防水用水性硅丙乳液涂料制备方法：
合成A中间体:
1)、将十二烷基苯磺酸(ABS)和蒸馏水加入到四口烧瓶中；
2)、开启搅拌,升温到85℃，然后滴加八甲基环四硅氧烷,滴加时间为60分钟；
3)、滴加完毕后保温120分钟；
4)、降温到66℃，加入乙烯基三乙基硅烷(A-151),搅拌30分钟；
5)、加入六甲基硅氧烷,搅拌15分钟；
6)、加入尿素,搅拌15分钟；
7)、降温45℃以下，用10％氢氧化钠水溶液调整到合适pH值；
8)、得到用于合成防水用硅丙乳液用的中间体。
合成B水性硅丙乳液:
1)、将14％甲基丙烯酸酯甲酯、15％丙烯酸酯丁酯、2％丙烯酸-2-羟乙酯(2-HEA)，2％丙烯酸异辛酯，0.4％丙烯酸，0.4％甲基丙烯酸及1％乳化剂混合，添加到21％去离子水中，搅拌0.7小时，搅拌速度为250转/分钟，制得预乳化液A；
2)、将20％中间体，4％甲基丙烯酸酯甲酯，添加到9％去离子水中，制得溶液B；
3)、将0.2％氧化剂溶解到6％去离子水中，制得溶液C；
4)、将0.14％还原剂溶解到4.46％去离子水中，制得溶液D；
5)、将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在160转/分钟，升温至64℃，搅拌0.7小时，加入20％的溶液C和30％的溶液D，然后立即开始滴加预乳化液A，同时滴加剩余的C和D，并控制预乳化液A和C的同时滴加完毕，滴加时间2小时，D滴加时间多15分钟，滴加温度66℃，滴加60分钟后在乳化液A中加入另外的全部中间体,滴加完毕后，升温至70℃，继续反应90分钟，然后降温至50℃以下,加入0.4％氨水调整到合适pH值，得到防水用水性硅丙乳液。
实施例4的防水用水性硅丙乳液涂料制备方法：
合成A中间体:
1)、将十二烷基苯磺酸(ABS)和蒸馏水加入到四口烧瓶中；
2)、开启搅拌,升温到85℃，然后滴加八甲基环四硅氧烷,滴加时间为60分钟；
3)、滴加完毕后保温120分钟；
4)、降温到66℃，加入乙烯基三乙基硅烷(A-151),搅拌30分钟；
5)、加入六甲基硅氧烷,搅拌15分钟；
6)、加入尿素,搅拌15分钟；
7)、降温45℃以下，用10％氢氧化钠水溶液调整到合适pH值；
8)、得到用于合成防水用硅丙乳液用的中间体。
合成B水性硅丙乳液:
1)、将14.5％甲基丙烯酸酯甲酯、14％丙烯酸酯丁酯、2.1％丙烯酸-2-羟乙酯(2-HEA)，2.1％丙烯酸异辛酯，0.5％丙烯酸，0.5％甲基丙烯酸及1.1％乳化剂混合，添加到18％去离子水中，搅拌0.8小时，搅拌速度为240转/分钟，制得预乳化液A；
2)、将21％中间体，4.5％甲基丙烯酸酯甲酯,添加到10％去离子水中，制得溶液B；
3)、将0.22％氧化剂溶解到5％去离子水中，制得溶液C；
4)、将0.16％还原剂溶解到5.82％去离子水中，制得溶液D；
5)、将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在170转/分钟，升温至64℃，搅拌0.9小时，加入20％的溶液C和30％的溶液D，然后立即开始滴加预乳化液A，同时滴加剩余的C和D，并控制预乳化液A和C的同时滴加完毕，滴加时间2小时，D滴加时间多15分钟，滴加温度66℃，滴加60分钟后在乳化液A中加入另外的全部中间体,滴加完毕后，升温至70℃，继续反应90分钟，然后降温至50℃以下,加入0.5％氨水调整到合适pH值，得到防水用水性硅丙乳液。
实施例5的防水用水性硅丙乳液涂料制备方法：
合成A中间体:
1)、将十二烷基苯磺酸(ABS)和蒸馏水加入到四口烧瓶中；
2)、开启搅拌,升温到85℃，然后滴加八甲基环四硅氧烷,滴加时间为60分钟；
3)、滴加完毕后保温120分钟；
4)、降温到65℃，加入乙烯基三乙基硅烷(A-151),搅拌30分钟；
5)、加入六甲基硅氧烷,搅拌15分钟；
6)、加入尿素,搅拌15分钟；
7)、降温45℃以下,用10％氢氧化钠水溶液调整到合适pH值；
8)、得到用于合成防水用硅丙乳液用的中间体。
合成B水性硅丙乳液:
1)、将15％甲基丙烯酸酯甲酯、13％丙烯酸酯丁酯、2.2％丙烯酸-2-羟乙酯(2-HEA)，2.2％丙烯酸异辛酯，0.6％丙烯酸，0.6％甲基丙烯酸及1.2％乳化剂混合，添加到18％去离子水中，搅拌1小时，搅拌速度为300转/分钟，制得预乳化液A；
2)、将22％中间体，5％甲基丙烯酸酯甲酯，添加到9％去离子水中，制得溶液B；
3)、将0.25％氧化剂溶解到5％去离子水中，制得溶液C；
4)、将0.18％还原剂溶解到5.17％去离子水中，制得溶液D；
5)、将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在180转/分钟，升温至65℃，搅拌1小时，加入20％的溶液C和30％的溶液D，然后立即开始滴加预乳化液A，同时滴加剩余的C和D，并控制预乳化液A和C的同时滴加完毕，滴加时间2小时，D滴加时间多15分钟，滴加温度67℃，滴加60分钟后在乳化液A中加入另外的全部中间体,滴加完毕后，升温至70℃，继续反应90分钟，然后降温至50℃以下,加入0.6％氨水调整到合适pH值，得到防水用水性硅丙乳液。
实施例1-5的固化成膜后，测试方法如下，性能测试如表2：
1、水性防水涂料制作过程：分别取防水用硅丙乳液70份，加入体积为150ml的玻璃杯中，而后再加入28份的蒸馏水，加入1份的水性流平剂(聚醚改性有机硅)，1份的水性消泡剂，以350～550转/分钟转速搅拌15-30分钟，直至体系均匀，用250目的过滤网过滤，将滤液倒置于黑色胶罐中，待用。
2、固化成膜过程：用2#刮棒，将水性防水涂料分别刮涂在白卡纸的正面上，编号为1、2、3、4、5，≤将烘箱温度设置为100℃，将1、2、3、4、5板分别过放置30秒，固化成膜。
表2：
通过以上测试所得的结果可知：
1)、本发明的防水用水性硅丙乳液涂料，具有优异的疏水，防潮，抗污效果，使白卡纸在湿度环境特别恶劣的情况下，也不会出现翘曲现象。
2)、本发明的防水用水性硅丙乳液涂料，为水分散体系，对人体及环境均无不良影响，符合国家及行业的环保标准要求。

Claims (9)

1.一种防水用硅丙乳液涂料，其特征在于：由A中间体和B水性硅丙乳液混合而成，所述A中间体和B水性硅丙乳液分别由以下质量百分比的组分组成：
A中间体：
B水性硅丙乳液:
2.根据权利要求1所述的防水用硅丙乳液涂料，其特征在于：所述的氧化剂为过硫酸铵。
3.根据权利要求1所述的防水用硅丙乳液涂料，其特征在于：所述的乳化剂为α-烯丙基烷基酚聚氧乙烯醚。
4.根据权利要求1所述的防水用硅丙乳液涂料，其特征在于：所述的还原剂为焦亚硫酸氢钠。
5.根据权利要求1所述的防水用硅丙乳液涂料，其特征在于：所述的中和剂为氨水。
6.一种防水用硅丙乳液涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
合成A中间体
1)、将十二烷基苯磺酸(ABS)和蒸馏水加入到四口烧瓶中；
2)、开启搅拌,升温到85℃，然后滴加八甲基环四硅氧烷,滴加时间为60分钟；
3)、滴加完毕后保温120分钟；
4)、降温到65-68℃，加入乙烯基三乙基硅烷(A-151),搅拌30分钟；
5)、加入六甲基硅氧烷,搅拌15分钟；
6)、加入尿素,搅拌15分钟；
7)、降温45℃以下,用10％氢氧化钠水溶液调整到合适pH值；
8)、得到用于合成防水用硅丙乳液用的中间体；
合成B水性硅丙乳液
1)、将10-15％甲基丙烯酸酯甲酯、12-16％丙烯酸酯丁酯、1.8-2.2％丙烯酸-2-羟乙酯(2-HEA)，1.8-2.2％丙烯酸异辛酯，0.2-0.6％丙烯酸，0.2-0.6％甲基丙烯酸及全部乳化剂混合，添加到部分去离子水(占去离子水总量的46-53％)中，搅拌0.5-1小时，搅拌速度为200-300转/分钟，制得预乳化液A；
2)、将40-50％中间体，3-5％甲基丙烯酸酯甲酯，添加到部分去离子水(占去离子水总量的22-33％)中，制得溶液B；
3)、将氧化剂溶解到去离子水中，制得溶液C；
4)、将还原剂溶解到去离子水中，制得溶液D；
5)、将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在140-180转/分钟，升温至63-65℃，搅拌0.5-1小时，加入20％的溶液C和30％的溶液D，然后立即开始滴加预乳化液A，同时滴加剩余的C和D，并控制预乳化液A和C的同时滴加完毕，滴加时间2小时，D滴加时间多15分钟，滴加温度65-67℃。滴加60分钟后在乳化液A中加入另外的全部中间体,滴加完毕后，升温至70℃，继续反应90分钟，然后降温至50℃以下,加入0.2-0.6％氨水调整到合适pH值，得到防水用水性硅丙乳液。
7.根据权利要求6所述的一种防水用硅丙乳液涂料的制备方法，其特征在于：所述防水用硅丙乳液的粘度为14±2秒/25℃。
8.根据权利要求6所述的一种防水用硅丙乳液涂料的制备方法，其特征在于所述反应的合成路线为：
9.根据权利要求6所述的一种防水用硅丙乳液涂料的制备方法，其特征在于：在合成A中间体时，所述步骤2)升温到85℃后，然后滴加八甲基环四硅氧烷,滴加时间为60分钟，所述步骤4)降温到65-68℃后，加入乙烯基三乙基硅烷(A-151),搅拌30分钟，所述步骤5)加入六甲基硅氧烷,搅拌15分钟。
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