CN107573801B - 一种环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法，乳液由含非离子、反应型乳化剂、助乳化剂组成复合乳化剂，由聚氨酯大单体、含硅单体及丙烯酸类单体组成共聚单体，引入交联剂，利用核壳微乳液聚合制得聚氨酯硅丙微乳液。该硅丙微乳液可用于水包水型多彩涂料用基础漆，具有稳定性好，耐水性强，无开裂、无渗色等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法，特别是由核壳微乳液方法制备成的纳米聚合物乳液，可作为基础漆用乳液应用于建筑涂料用水包水型多彩涂料。
背景技术
天然石材在建筑装饰领域的应用历史悠久，以其高贵、自然、古朴、豪华的风格深得建筑师和用户青睐，也是高端建筑物外在形象的重要标志之一。大理石的开采占用矿山资源，瓷砖的烧制占用土地资源，种种不利因素，制约了大理石和瓷砖材料的广泛应用，限制了此类材料进一步的市场拓展。随着国家经济快速发展和人民生活水平的日益提高，建筑涂料业发展迅速，产量保持着高速增长，建筑涂料转型发展方向是朝着环境友好型、高端型、高功能性转变。水性多彩涂料产业化前景十分广阔，其涂料的性能及特性不但可以应用于各种外墙面，而且可以渗入多个装饰领域，如室内墙面、异型材、铝板、木材、工艺制品、金属制品等多个领域。水包水多彩涂料作为一种多相悬浮体系，包含基础漆、保护胶溶液和连续相。基础漆性能影响着最终成品漆的品质，而基础漆的优劣很大程度上取决于基础漆乳液性能的好坏，特别是如何解决与保护胶相容性差、耐水白性不好、易渗色等问题。
发明内容
本发明通过改进水性胶乳性能，制备出一种环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液，以解决在应用过程中常存在与保护胶相容性差、耐水白性不好、易渗色等问题，扩展水包水多彩涂料的应用与推广。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法，其特征在于：主要含有非离子和反应型乳化剂作为复合乳化剂，通过核壳微乳液聚合方法制备聚氨酯硅丙微乳液，其组分是：聚氨酯大单体1～5份，硬单体10～20份，软单体10～20份，含硅单体1～5份，非离子、反应型乳化剂：1～5份，助乳化剂0～1份，引发剂0.2～0.5份，交联剂0～0.5，去离子水50～70份。
本发明所说的聚氨酯大单体由二异氰酸酯、聚酯多元醇和含羟基和双键的丙烯酸类单体聚合得到，具体为二异氰酸酯单体：甲苯二异氰酸酯TDI，4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯MDI或异佛尔酮二异氰酸酯IPDI等中的一种；聚酯多元醇为聚乙二醇系列如PEG400，聚环氧丙烷二醇系列如PPG400、聚己内酯二元醇等中的一种；含羟基和双键的丙烯酸类单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种。
本发明所说的硬单体为甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸，丙烯酸，醋酸乙烯酯中的一种或几种；软单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸异辛酯中的一种或几种；含硅单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
本发明所说的非离子型乳化剂为Span系列、OP系列或Tween系列中的一种；反应型乳化剂为丙烯酰胺基异丙基磺酸钠、含双键的醇醚磺基琥珀酸酯钠盐、乙烯基磺酸钠、SR-10、SR-1025中的一种或几种；助乳化剂为丁醇、正戊醇、异戊醇中的一种。
本发明所说的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮脒类引发剂，偶氮二异丁脒盐酸盐和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种。
本发明所说的交联剂为环氧硅烷交联剂XR-500、聚碳化二亚胺、二乙烯基苯、二聚酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或几种的混合物。
本发明所说的一种环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法，包括核壳微乳液聚合方法制备步骤：将非离子、反应型乳化剂、助乳化剂分散于水总含量80%以上的去离子水中，搅拌下加入聚氨酯大单体及10-35%混合单体成核，其中混合单体指硬单体、软单体和含硅单体；于50～70 ℃搅拌下20min后升温至75～90℃，最好是80～85℃加入10%～20%引发剂反应，出现蓝光；将剩余单体混合液和和交联剂、引发剂溶液分别滴入装有种子乳液的四口瓶中，保持温度70～90℃，最好是80～85℃，控制滴加速度使其在1.0～3.0 h滴完，最好是1.5h，保温0～2.0h使反应完全，最后降温至60℃，得到半透明的聚氨酯硅丙微乳液。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
本发明特点之一为：采用微乳液聚合法制备出聚氨酯硅丙微乳液，整个过程稳定，凝胶率在0.2 %以下，能够保证整个过程顺利进行，固含量达到30%以上。
本发明特点之二为：采用核壳微乳液聚合法制备出聚氨酯硅丙微乳液，控制粒子尺寸在纳米级；在反应过程中采用反应型乳化剂及交联剂，使漆膜的致密性得到提高，有效较少成膜后的“水通道”，提高耐水性。
本发明特点之三为：采用微乳液聚合法制备出聚氨酯硅丙微乳液，可以与水包水多彩涂料中的保护胶、连续相适配性好；聚氨酯的引入赋予漆膜一定柔性，对于渗色和开裂起到一定的抑制作用。
具体实施方式
实例一：在带有搅拌器、温度计、回流冷凝管的四口瓶中，加入定量的甲苯二异氰酸酯（TDI），40℃缓慢滴加等物质的量的丙烯酸羟乙酯，在氮气保护下反应，用二正丁胺法监测反应进度至接近理论值，缓慢滴加定量PEG400 （TDI与PEG400按等摩尔比），保温反应至—NCO 全部反应完全后减压蒸馏提纯，即得到以双键封端的聚氨酯大单体。将4g OP-10、6g SR-1025、3g 丁醇、溶于400mL的去离子水，搅拌下加入7g聚氨酯大单体、5g丙烯酸、3g甲基丙烯酸甲酯、1g乙烯基三异丙基硅烷、5g丙烯酸乙酯；70 ℃搅拌下20min得到种子乳液；升温至85℃，然后在搅拌下滴加9ml偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（1.5g溶于30ml去离子水），约滴加6分钟，然后滴加10g丙烯酸、55g甲基丙烯酸甲酯、8g乙烯基三异丙基硅烷、95g丙烯酸乙酯组成单体混合液、交联剂4g二乙烯基苯，同时滴加剩余引发剂，控制单体和引发剂滴加速度，使其在2.0 h滴完，保温1.0 h使反应完全，最后降温至60 ℃，得到半透明的聚氨酯硅丙微乳液，粒径分析粒径100nm以下。
实例二：在带有搅拌器、温度计、回流冷凝管的四口瓶中，加入定量的异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），40℃缓慢滴加等物质的量的甲基丙烯酸羟乙酯，在氮气保护下反应，用二正丁胺法监测反应进度至接近理论值，缓慢滴加定量聚环氧丙烷二醇（IPDI与PEG400按等摩尔比），保温反应至—NCO 全部反应完全后减压蒸馏提纯，即得到以双键封端的聚氨酯大单体。将3g Tween20、8g SR-10、2g 正戊醇、溶于360mL的去离子水，搅拌下加入8g聚氨酯大单体、5g丙烯酸、3g甲基丙烯酸甲酯、1g乙烯基三甲氧基硅烷、5g丙烯酸丁酯；60 ℃搅拌下20min得到种子乳液; 升温至80℃，然后在搅拌下滴加6ml过硫酸铵（1.5g溶于30ml去离子水），约滴加6分钟，然后滴加10g丙烯酸、55g甲基丙烯酸甲酯、12g乙烯基三甲氧基硅烷、85g丙烯酸丁酯组成单体混合液；滴加混合单体的同时滴加引发剂及交联剂4g聚碳化二亚胺，控制单体和引发剂滴加速度，使其在1.5 h滴完，保温1.5使反应完全，最后降温至60 ℃，得到半透明的聚氨酯硅丙微乳液，粒径分析粒径100nm以下。
实例三：在带有搅拌器、温度计、回流冷凝管的四口瓶中，加入定量的4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），40℃缓慢滴加等物质的量的丙烯酸羟乙酯，在氮气保护下反应，用二正丁胺法监测反应进度至接近理论值，缓慢滴加定量聚己内酯二醇PCL （PCL与PEG400按等摩尔比），保温反应至—NCO 全部反应完全后减压蒸馏提纯，即得到以双键封端的聚氨酯大单体。将4g span20、6g乙烯基磺酸钠、2g 正戊醇、溶于400mL的去离子水，搅拌下加入8g聚氨酯大单体、5g甲基丙烯酸、3g甲基丙烯酸甲酯、1g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷5g丙烯酸丁酯；50 ℃搅拌下20min得到种子乳液；升温至78℃，然后在搅拌下滴加8ml过硫酸钾（1.5g溶于30ml去离子水），约滴加6分钟，然后滴加12g甲基丙烯酸、58g甲基丙烯酸甲酯、16g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、75g丙烯酸丁酯组成单体混合液；滴加混合单体的同时滴加引发剂及交联剂5g聚碳化二亚胺，控制单体和引发剂滴加速度，使其在2.5 h滴完，保温0.5 h使反应完全，最后降温至60 ℃，得到半透明的聚氨酯硅丙微乳液，粒径分析粒径100nm以下。
基础漆配方如下：依次加入水374g、增稠剂5g、pH 调节剂2g、分散剂6g、润湿剂1g、丙二醇10g、消泡剂2g、杀菌剂2g、钛白粉20g、蒙托土120g到分散罐内，高速分散至细度30~50μm；降低转速加入以上实施例所制备的任一种聚氨酯硅丙微乳液360g、成膜助剂20g、分散体40g、消泡剂2g组成环保水包水型多彩涂料用基础漆；用基础漆和水性色浆混合调出色漆。色漆与市售保护胶及连续相按质量比35%:30%:35%组成水包水多彩涂料。检测发现以上三种实施例所制备的基础漆用乳液耐水白性达到5级，与保护胶相容性好、造粒均匀、粒子储存稳定性好、无开裂和渗色。
Claims (5)
1.一种环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法，其特征在于：主要含有非离子和反应型乳化剂作为复合乳化剂，通过核壳微乳液聚合方法制备聚氨酯硅丙微乳液，其组分是：聚氨酯大单体1～5份，硬单体10～20份，软单体10～20份，含硅单体1～5份，非离子、反应型乳化剂：1～5份，助乳化剂0～1份，引发剂0.2～0.5份，交联剂0～0.5，去离子水50～70份；
所述的硬单体为甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸，丙烯酸，醋酸乙烯酯中的一种或几种；软单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸异辛酯中的一种或几种；含硅单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种；
所述环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法，包括核壳微乳液聚合方法制备步骤：将非离子、反应型乳化剂、助乳化剂分散于水总含量80％以上的去离子水中，搅拌下加入聚氨酯大单体及10-35％混合单体成核，其中混合单体指硬单体、软单体和含硅单体；于50～70℃搅拌下20min后升温至75～90℃，加入10％～20％引发剂反应，出现蓝光；将剩余单体混合液和交联剂、引发剂溶液分别滴入装有种子乳液的四口瓶中，保持温度70～90℃，控制滴加速度使其在1.0～3.0h滴完，保温0～2.0h使反应完全，最后降温至60℃，得到半透明的聚氨酯硅丙微乳液。
2.如权利要求1所述的环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯大单体由二异氰酸酯、聚酯多元醇和含羟基和双键的丙烯酸类单体聚合得到，具体为二异氰酸酯单体：甲苯二异氰酸酯TDI、4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯MDI或异佛尔酮二异氰酸酯IPDI中的一种；聚酯多元醇为聚乙二醇系列如PEG400，聚环氧丙烷二醇系列为PPG400、聚己内酯二元醇中的一种；含羟基和双键的丙烯酸类单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种。
3.如权利要求1所述的环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法，其特征在于，所述的非离子型乳化剂为Span系列、OP系列或Tween系列中的一种；反应型乳化剂为丙烯酰胺基异丙基磺酸钠、含双键的醇醚磺基琥珀酸酯钠盐、乙烯基磺酸钠、SR-10、SR-1025中的一种或几种；助乳化剂为丁醇、正戊醇、异戊醇中的一种。
4.如权利要求1所述的环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮脒类引发剂，偶氮二异丁脒盐酸盐或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种。
5.如权利要求1所述的环保水包水型多彩涂料用基础漆乳液的制备方法，其特征在于，所述的交联剂为环氧硅烷交联剂XR-500、聚碳化二亚胺、二乙烯基苯、二聚酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或几种的混合物。
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