CN107353757A - 一种低voc释放的丙烯酸酯水性涂料 - Google Patents

一种低voc释放的丙烯酸酯水性涂料 Download PDF

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Abstract

本发明属于环保型水性涂料加工技术领域，具体涉及一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，包含重量配比为2‑3:1的聚合物A、聚合物B两种胶乳聚合物，还包括颜料助剂、复合添加剂。所述复合添加剂由多种不同原料复配，由于原料性质的差异，与聚合物A和聚合物B在反应过程中，增加了交联密度，缓冲了大粒径之间的热应力分散，同时甲基葡萄糖苷烷氧基化合物与绞股蓝纤维粉和其他原料配合作用，能增强涂料的冻融稳定性；所述巯基聚乙烯醇结合相的累积能力强且稳定，能提高水性漆漆膜的硬度和高附着力，且能提高水性漆的储存稳定性，聚合物A和聚合物B具有较好的相容性，共混后得到水性漆具有较好的通透性和光泽度，检测涂料无VOC释放。

Description

一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料
技术领域
本发明属于环保型水性涂料加工技术领域，具体涉及一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料。
背景技术
近年来，我国频繁发生大规模持续雾霾天气，大气污染防治工作形势十分严重，环境中的PM2.5主要来自两方面：一是直接排放，二是二次颗粒物，VOC作为重要的二次颗粒物，对雾霾的形成和区域分布具有重大影响，涂料行业VOC排放是形成PM2.5的重要来源，加大涂料中VOC的控制力度，对于大气污染防治至关重要，而如何减少涂料中的VOC含量成了急需研究的一些问题，虽然现在已经研究出多种降低VOC排放量的具体措施，虽然墙面涂料中VOC排放量得到了有效控制，通过分析，VOC的主要来源于三个方面：主要成膜物质、成膜助剂和其他助剂就，主要成膜物质是聚合物树脂，聚合物中残留的单体是VOC的主要来源，如何降低残留单体，提高单体转化率是降低主要成膜物质中VOC 的有效途径，目前水性涂料最常用的树脂是丙烯酸酯类，乳液聚合是最常用的方法，可通过控制聚合工艺来降低单体残余量提高单体转化率；而其成膜助剂通过改变为水性化助剂降低涂料中的VOC，但通常具有成膜时间延长或冻融稳定性差的问题，为了在保证降低VOC释放的同时提高涂料的性能成了现在需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，包含重量配比为2-3:1的聚合物A、聚合物B两种胶乳聚合物，还包括颜料助剂、复合添加剂；聚合物A原料包括丙烯酸酯类单体、甜菜碱两性离子单体、侧链型磷脂高分子单体；聚合物B原料包括丙烯酸酯类单体、巯基聚乙烯醇、蒙脱土凝胶；所述复合添加剂包括：Mn含量少于0.006%的煅烧高岭土、硝化纤维素、绞股蓝纤维粉、硫酸铝、甲基葡萄糖苷烷氧基化合物、碳纤维；
其中，所述巯基聚乙烯醇中巯基含量为1.65-1.68%，巯基接枝于PVA的侧链上。
作为对上述方案的进一步改进，所述甜菜碱两性粒子单体为磺胺型甜菜碱两性粒子单体、羧胺型甜菜碱两性粒子单体和磷胺型甜菜碱两性粒子单体中的任意一种。
作为对上述方案的进一步改进，所述侧链型磷脂高分子单体由磷脂酰乙醇胺磷脂高分子单体、类磷脂酰胆碱结构的单体、含有苯环的磷脂酰胆碱单体以重量比1:2:8混合得到。
作为对上述方案的进一步改进，所述巯基聚乙烯醇的制备条件为硫基乙酸和聚乙烯醇的体积配比为1:4，催化剂浓硫酸的用量为巯基乙酸重量的10-12%，反应温度为35-40℃，反应时间为72小时，得到水溶液后用质量浓度为95%的乙醇沉淀，过滤得到沉淀物，再将沉淀物用抽滤器用无水乙醇抽提后得到白色絮状物固体，真空干燥至恒重后即为产物。
作为对上述方案的进一步改进，所述巯基聚乙烯醇在制备完成后，即所述产物溶于去离子水中，由渗析膜作透析袋，除去低分子量巯基聚乙烯醇。
作为对上述方案的进一步改进，所述聚合物A和聚合物B总重与颜料助剂、复合添加剂的重量比为4:0.1-0.3:0.7-0.9；其中聚合物A原料丙烯酸酯类单体、甜菜碱两性离子单体、侧链型磷脂高分子单体重量比为8:2-4:1；聚合物B原料丙烯酸酯类单体、巯基聚乙烯醇、蒙脱土凝胶重量比为10:2-3:2；所述Mn含量少于0.006%的煅烧高岭土、硝化纤维素、绞股蓝纤维粉、硫酸铝、甲基葡萄糖苷烷氧基化合物、碳纤维的重量比为10:1:6:3:3:2。
作为对上述方案的进一步改进，所述聚合物A的乳化温度为75-80℃，乳化时间为35-45分钟，熟化反应温度为40-45℃，熟化时间为2.5-3.5小时；聚合物B的乳化温度为55-65℃，乳化时间为1.5-2小时，熟化反应温度为20-25℃，熟化时间为4.5-5小时。
作为对上述方案的进一步改进，所述丙烯酸酯水性涂料的制备方法，包括将聚合物A和聚合物B混合后在65-70℃的温度下用球磨机球磨6-7小时，完成后降温至35-40℃，加入剩余原料，用球磨机继续球磨1.5-2小时，完成后加入水，在恒温条件下搅拌均匀即得。
本发明相比现有技术具有以下优点：
所述复合添加剂由多种不同原料复配，由于原料性质的差异，与聚合物A和聚合物B在反应过程中，增加了交联密度，缓冲了大粒径之间的热应力分散，同时甲基葡萄糖苷烷氧基化合物与绞股蓝纤维粉和其他原料配合作用，能增强涂料的冻融稳定性；所述巯基聚乙烯醇结合相的累积能力强且稳定，能提高水性漆漆膜的硬度和高附着力，且能提高水性漆的储存稳定性，聚合物A和聚合物B具有较好的相容性，共混后得到水性漆具有较好的通透性和光泽度，检测涂料无VOC释放，环保绿色。
具体实施方式
实施例1
一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，包含重量配比为2:1的聚合物A、聚合物B两种胶乳聚合物，还包括颜料助剂、复合添加剂；聚合物A原料包括丙烯酸酯类单体、甜菜碱两性离子单体、侧链型磷脂高分子单体；聚合物B原料包括丙烯酸酯类单体、巯基聚乙烯醇、蒙脱土凝胶；所述复合添加剂包括：Mn含量少于0.006%的煅烧高岭土、硝化纤维素、绞股蓝纤维粉、硫酸铝、甲基葡萄糖苷烷氧基化合物、碳纤维；
其中，所述巯基聚乙烯醇中巯基含量为1.65-1.68%，巯基接枝于PVA的侧链上；
其中，所述聚合物A和聚合物B总重与颜料助剂、复合添加剂的重量比为4:0.2:0.8；其中聚合物A原料丙烯酸酯类单体、甜菜碱两性离子单体、侧链型磷脂高分子单体重量比为8:3:1；聚合物B原料丙烯酸酯类单体、巯基聚乙烯醇、蒙脱土凝胶重量比为10:3:2；所述Mn含量少于0.006%的煅烧高岭土、硝化纤维素、绞股蓝纤维粉、硫酸铝、甲基葡萄糖苷烷氧基化合物、碳纤维的重量比为10:1:6:3:3:2；
所述聚合物A的乳化温度为78℃，乳化时间为40分钟，熟化反应温度为42℃，熟化时间为3小时；聚合物B的乳化温度为60℃，乳化时间为2小时，熟化反应温度为20℃，熟化时间为4.5小时。
其中，所述丙烯酸酯水性涂料的制备方法，包括将聚合物A和聚合物B混合后在70℃的温度下用球磨机球磨7小时，完成后降温至35℃，加入剩余原料，用球磨机继续球磨1.5小时，完成后加入水，在恒温条件下搅拌均匀即得。
其中，所述甜菜碱两性粒子单体为磺胺型甜菜碱两性粒子单体、羧胺型甜菜碱两性粒子单体和磷胺型甜菜碱两性粒子单体中的任意一种；所述侧链型磷脂高分子单体由磷脂酰乙醇胺磷脂高分子单体、类磷脂酰胆碱结构的单体、含有苯环的磷脂酰胆碱单体以重量比1:2:8混合得到。
其中，所述巯基聚乙烯醇的制备条件为硫基乙酸和聚乙烯醇的体积配比为1:4，催化剂浓硫酸的用量为巯基乙酸重量的10-12%，反应温度为35-40℃，反应时间为72小时，得到水溶液后用质量浓度为95%的乙醇沉淀，过滤得到沉淀物，再将沉淀物用抽滤器用无水乙醇抽提后得到白色絮状物固体，真空干燥至恒重后即为产物；所述巯基聚乙烯醇在制备完成后，即所述产物溶于去离子水中，由渗析膜作透析袋，除去低分子量巯基聚乙烯醇。
实施例2
一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，包含重量配比为3:1的聚合物A、聚合物B两种胶乳聚合物，还包括颜料助剂、复合添加剂；聚合物A原料包括丙烯酸酯类单体、甜菜碱两性离子单体、侧链型磷脂高分子单体；聚合物B原料包括丙烯酸酯类单体、巯基聚乙烯醇、蒙脱土凝胶；所述复合添加剂包括：Mn含量少于0.006%的煅烧高岭土、硝化纤维素、绞股蓝纤维粉、硫酸铝、甲基葡萄糖苷烷氧基化合物、碳纤维；
其中，所述巯基聚乙烯醇中巯基含量为1.65-1.68%，巯基接枝于PVA的侧链上；
其中，所述聚合物A和聚合物B总重与颜料助剂、复合添加剂的重量比为4:0.1:0.9；其中聚合物A原料丙烯酸酯类单体、甜菜碱两性离子单体、侧链型磷脂高分子单体重量比为8:2:1；聚合物B原料丙烯酸酯类单体、巯基聚乙烯醇、蒙脱土凝胶重量比为10:3:2；所述Mn含量少于0.006%的煅烧高岭土、硝化纤维素、绞股蓝纤维粉、硫酸铝、甲基葡萄糖苷烷氧基化合物、碳纤维的重量比为10:1:6:3:3:2；
所述聚合物A的乳化温度为80℃，乳化时间为35分钟，熟化反应温度为45℃，熟化时间为2.5小时；聚合物B的乳化温度为55℃，乳化时间为1.5小时，熟化反应温度为25℃，熟化时间为5小时。
其中，所述丙烯酸酯水性涂料的制备方法，包括将聚合物A和聚合物B混合后在70℃的温度下用球磨机球磨6小时，完成后降温至35℃，加入剩余原料，用球磨机继续球磨2小时，完成后加入水，在恒温条件下搅拌均匀即得。
实施例3
一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，包含重量配比为2:1的聚合物A、聚合物B两种胶乳聚合物，还包括颜料助剂、复合添加剂；聚合物A原料包括丙烯酸酯类单体、甜菜碱两性离子单体、侧链型磷脂高分子单体；聚合物B原料包括丙烯酸酯类单体、巯基聚乙烯醇、蒙脱土凝胶；所述复合添加剂包括：Mn含量少于0.006%的煅烧高岭土、硝化纤维素、绞股蓝纤维粉、硫酸铝、甲基葡萄糖苷烷氧基化合物、碳纤维；
其中，所述巯基聚乙烯醇中巯基含量为1.65-1.68%，巯基接枝于PVA的侧链上；
其中，所述聚合物A和聚合物B总重与颜料助剂、复合添加剂的重量比为4:0.3:0.7；其中聚合物A原料丙烯酸酯类单体、甜菜碱两性离子单体、侧链型磷脂高分子单体重量比为8:4:1；聚合物B原料丙烯酸酯类单体、巯基聚乙烯醇、蒙脱土凝胶重量比为10:3:2；所述Mn含量少于0.006%的煅烧高岭土、硝化纤维素、绞股蓝纤维粉、硫酸铝、甲基葡萄糖苷烷氧基化合物、碳纤维的重量比为10:1:6:3:3:2；
所述聚合物A的乳化温度为75-80℃，乳化时间为35-45分钟，熟化反应温度为40-45℃，熟化时间为2.5-3.5小时；聚合物B的乳化温度为55-65℃，乳化时间为1.5-2小时，熟化反应温度为20-25℃，熟化时间为4.5-5小时。
其中，所述丙烯酸酯水性涂料的制备方法，包括将聚合物A和聚合物B混合后在65-70℃的温度下用球磨机球磨6-7小时，完成后降温至35-40℃，加入剩余原料，用球磨机继续球磨1.5-2小时，完成后加入水，在恒温条件下搅拌均匀即得。
设置对照组1，将实施例1中巯基聚乙烯醇替换为巯基含量小于1.65%的巯基聚乙烯醇，其余内容不变；设置对照组2，将实施例1中聚合物A和聚合物B中原料混合后乳化，得到聚合物C，其余内容与实施例1中相同；设置对照组3，将实施例1复合添加剂中绞股蓝纤维粉替换为等重量的贝壳粉，其余内容不变；设置对照组4，将实施例1复合添加剂中非甲基葡萄糖苷烷氧基化合物的烷氧基化合物，其余内容不变；对各组制备的水性涂料进行性能检测；
其中，储存稳定性的测试方法为在100ml的塑料瓶中加入60g水性涂料，密封放置于50℃的烘箱中，观察水性涂料出现沉淀、分层、凝胶析出现象的时间；硬度按照GB/T 1730-93方法测试；抗回粘性按涂抹抗粘连性方法测试；其余性能按GB/T 9756-2008中性能检测方法进行检测，得到以下结果：
表1
组别 硬度 抗粘连性（级） 储存稳定性（天） 耐冻融稳定性（3循环） 挥发性有机物（VOC）
实施例1 242 4.5 37 通过 未检出
实施例2 239 4.5 36 通过 未检出
实施例3 241 4.5 37 通过 未检出
对照组1 193 3 12 未通过（轻微） 未检出
对照组2 213 3.5 19 未通过（轻微） 未检出
对照组3 227 4 27 未通过 未检出
对照组4 231 4 28 未通过 未检出
通过表1中数据可以看出，本发明中巯基聚乙烯醇对水性漆的硬度、储存稳定性均有较大影响，甲基葡萄糖苷烷氧基化合物与绞股蓝纤维粉对水性漆耐冻融稳定性有较大影响，本发明中水性漆综合性能较好，无VOC释放，绿色环保。

Claims (8)

1.一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，其特征在于，包含重量配比为2-3:1的聚合物A、聚合物B两种胶乳聚合物，还包括颜料助剂、复合添加剂；聚合物A原料包括丙烯酸酯类单体、甜菜碱两性离子单体、侧链型磷脂高分子单体；聚合物B原料包括丙烯酸酯类单体、巯基聚乙烯醇、蒙脱土凝胶；所述复合添加剂包括：Mn含量少于0.006%的煅烧高岭土、硝化纤维素、绞股蓝纤维粉、硫酸铝、甲基葡萄糖苷烷氧基化合物、碳纤维；
其中，所述巯基聚乙烯醇中巯基含量为1.65-1.68%，巯基接枝于PVA的侧链上。
2.如权利要求1所述一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，其特征在于，所述甜菜碱两性粒子单体为磺胺型甜菜碱两性粒子单体、羧胺型甜菜碱两性粒子单体和磷胺型甜菜碱两性粒子单体中的任意一种。
3.如权利要求1所述一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，其特征在于，所述侧链型磷脂高分子单体由磷脂酰乙醇胺磷脂高分子单体、类磷脂酰胆碱结构的单体、含有苯环的磷脂酰胆碱单体以重量比1:2:8混合得到。
4.如权利要求1所述一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，其特征在于，所述巯基聚乙烯醇的制备条件为硫基乙酸和聚乙烯醇的体积配比为1:4，催化剂浓硫酸的用量为巯基乙酸重量的10-12%，反应温度为35-40℃，反应时间为72小时，得到水溶液后用质量浓度为95%的乙醇沉淀，过滤得到沉淀物，再将沉淀物用抽滤器用无水乙醇抽提后得到白色絮状物固体，真空干燥至恒重后即为产物。
5.如权利要求4所述一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，其特征在于，所述巯基聚乙烯醇在制备完成后，即所述产物溶于去离子水中，由渗析膜作透析袋，除去低分子量巯基聚乙烯醇。
6.如权利要求1所述一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，其特征在于，所述聚合物A和聚合物B总重与颜料助剂、复合添加剂的重量比为4:0.1-0.3:0.7-0.9；其中聚合物A原料丙烯酸酯类单体、甜菜碱两性离子单体、侧链型磷脂高分子单体重量比为8:2-4:1；聚合物B原料丙烯酸酯类单体、巯基聚乙烯醇、蒙脱土凝胶重量比为10:2-3:2；所述Mn含量少于0.006%的煅烧高岭土、硝化纤维素、绞股蓝纤维粉、硫酸铝、甲基葡萄糖苷烷氧基化合物、碳纤维的重量比为10:1:6:3:3:2。
7.如权利要求6所述一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，其特征在于，所述聚合物A的乳化温度为75-80℃，乳化时间为35-45分钟，熟化反应温度为40-45℃，熟化时间为2.5-3.5小时；聚合物B的乳化温度为55-65℃，乳化时间为1.5-2小时，熟化反应温度为20-25℃，熟化时间为4.5-5小时。
8.如权利要求7所述一种低VOC释放的丙烯酸酯水性涂料，其特征在于，所述丙烯酸酯水性涂料的制备方法，包括将聚合物A和聚合物B混合后在65-70℃的温度下用球磨机球磨6-7小时，完成后降温至35-40℃，加入剩余原料，用球磨机继续球磨1.5-2小时，完成后加入水，在恒温条件下搅拌均匀即得。
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