CN107805291B - 一种水性羟基丙烯酸分散体及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水性羟基丙烯酸分散体及其制备方法。所述分散体包括如下重量份的组分：多元醇35‑45份，含羟基的(甲基)丙烯酸酯60‑70份，不含羟基的(甲基)丙烯酸酯210‑230份，乙烯基类单体20‑30份，(甲基)丙烯酸7‑10份，引发剂A1‑3份，引发剂B 0.5‑1份，成盐剂8‑10份，去离子水430‑450份，消泡剂0.1‑0.3份。本发明利用多元醇提供的羟基与异氰酸酯固化剂配合使用，交联固化后的漆膜具有附着力好、光泽度高、耐候性好、硬度高、耐水性好、耐化学性能好等优点。

Description

一种水性羟基丙烯酸分散体及制备方法
技术领域
本发明涉及一种水性羟基丙烯酸分散体及制备方法，属于工业涂料技术领域。
背景技术
水性羟基丙烯酸二级分散体近年来得到了较大的发展，在工业涂料领域的地位越来越重要。由于水性羟基丙烯酸分散体中的羟基和异氰酸酯固化剂能够交联固化，其配成的水性双组份涂料在成膜后具有光泽度高、硬度高、耐候性好、抗刮性好、耐酸碱性好等优点，因此广泛应用于木器漆、金属漆、塑料漆、玻璃漆等行业。
目前市面上的水性羟基丙烯酸二级分散体大部分是通过溶液聚合得到丙烯酸树脂，然后在亲水基团和成盐反应的作用下分散于水中。在做溶液聚合时，或多或少会添加100#溶剂油、丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯等有机溶剂，这些有机溶剂会在涂料施工的时候挥发于空气中，对环境造成一定的污染。有鉴于此，本发明特提出一种不含有有机溶剂的水性羟基丙烯酸分散体的制备方法。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提供一种水性羟基丙烯酸分散体及其制备方法，利用多元醇提供的羟基与异氰酸酯固化剂配合使用，交联固化后的漆膜具有附着力好、光泽度高、耐候性好、硬度高、耐水性好、耐化学性能好等优点。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种水性羟基丙烯酸分散体，包括如下重量份的组分：多元醇35-45份，含羟基的(甲基)丙烯酸酯60-70份，不含羟基的(甲基)丙烯酸酯220-230份，乙烯基类单体20-30份，(甲基)丙烯酸7-10份，引发剂A 1-3份，引发剂B 0.5-1份，成盐剂8-10份，去离子水430-450份，消泡剂0.1-0.3份。
优选地，所述水性羟基丙烯酸分散体包括如下重量份的组分：多元醇35-45份，含羟基的(甲基)丙烯酸酯60-70份，不含羟基的(甲基)丙烯酸酯220-230份，乙烯基类单体20-25份，(甲基)丙烯酸8-10份，引发剂A2-3份，引发剂B 0.7-1份，成盐剂8-10份，去离子水430-450份，消泡剂0.2-0.3份。
所述多元醇选自聚丙二醇和/或聚碳酸亚丙酯二元醇；其中，所述聚丙二醇的数均分子量为500-2000，如500；所述聚碳酸亚丙酯二元醇的数均分子量为1000-2000，如1000。
所述含羟基的(甲基)丙烯酸酯选自甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种的混合物。
所述不含羟基的(甲基)丙烯酸酯选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸环己酯、丙烯酸-2-乙基己酯或(甲基)丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种混合物。
所述乙烯基类单体选自苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈或氯乙烯中的一种或几种混合物。
所述(甲基)丙烯酸选自丙烯酸和/或甲基丙烯酸。
所述引发剂A选自偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二叔戊基或过氧化二叔丁基中的一种或几种混合物。
所述引发剂B选自过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或几种混合物。
所述成盐剂选自二甲基乙醇胺、三乙胺、三乙醇胺、AMP-95或氨水中的一种或几种混合物。
所述消泡剂选自有机硅消泡剂，优选道康宁DC65有机硅消泡剂。
本发明还提供一种水性羟基丙烯酸分散体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将(甲基)丙烯酸、1/5含羟基的(甲基)丙烯酸酯、1/5不含羟基的(甲基)丙烯酸酯、引发剂A搅拌混合，得到混合液I；
(2)将剩余的含羟基的(甲基)丙烯酸酯、不含羟基的(甲基)丙烯酸酯、乙烯基类单体搅拌混合，得到混合液II；
(3)将多元醇恒温油浴至120-125℃时，向其中滴加混合液I，控制料温在130-135℃，滴加完毕后保温，得混合液III；
(4)待混合液III降温至95-100℃时加入成盐剂，中和搅拌，加入3/4的去离子水，分散搅拌，降至室温，得混合液IV；
(5)向混合液IV中滴加混合液II、1/4的去离子水和引发剂B的混合液，边搅拌边升温，于80-85℃保温反应，反应结束后加入消泡剂，搅拌，过滤出料，得到所述的水性羟基丙烯酸分散体。
其中，步骤(3)中，所述油浴温度为130-135℃。
本方案取得的技术效果如下：
本发明所述水性羟丙分散体不添加任何有机溶剂和乳化剂，绿色环保，VOC为0。本发明使用的多元醇提供了功能基团-羟基，无论是和氨基树脂做成高温烤漆，或是和异氰酸酯固化剂制成常温自干或低温烤漆，都能发生交联反应，交联固化后的漆膜具有附着力好、光泽度高、耐候性好、硬度高、耐水性好、耐化学性能好等优点。且相对于一级分散体，本发明不添加乳化剂，固化后漆膜的耐水性、光泽度、丰满度都有明显的提高，可以与溶剂型双组份聚氨酯相媲美。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种水性羟基丙烯酸分散体，配方如下：多元醇35g，含羟基的(甲基)丙烯酸酯60g，不含羟基的(甲基)丙烯酸酯220g，乙烯基类单体25g，(甲基)丙烯酸8g，引发剂A 2g，引发剂B 0.7g，成盐剂8g，去离子水430g，消泡剂0.2g。
实施例2
本实施例提供实施例1所述水性羟基丙烯酸分散体的制备方法，步骤如下：
1)预先将丙烯酸8g、丙烯酸丁酯20g、甲基丙烯酸甲酯24g、甲基丙烯酸羟乙酯12g、过氧化二异丙苯2g，搅拌混合20min左右，得到混合液I；
2)预先将丙烯酸丁酯35g、甲基丙烯酸甲酯40g、苯乙烯25g、丙烯酸-2-乙基己酯13g、甲基丙烯酸丁酯63g、甲基丙烯酸环己酯25g、甲基丙烯酸羟乙酯48g，搅拌混合20min左右，得到混合液II；
3)在四口烧瓶中加入聚丙二醇(数均分子量500)35g，放入恒温油浴中，设置油温为130-135℃；待料温升至120℃时，开始滴加混合液I，1.5-2h滴加完毕，控制料温在130-135℃，滴加完毕后在此温度下保温30min，得混合液III；
4)降温至98℃时加入二甲基乙醇胺8g，中和搅拌10-20min；加入去离子水322.5g，分散搅拌30min左右，此时料温下降至室温，得混合液IV；
5)向混合液IV中滴加混合液II和过硫酸铵0.7g、去离子水107.5g的混合溶液，边搅拌边升温，使其在80-85℃保温反应2h；降温至40℃，加入有机硅消泡剂，搅拌30min，过滤出料，得到无溶剂高性能水性羟基丙烯酸分散体。
经测试，所得水性羟基丙烯酸分散体中树脂固含量45.1-45.9％(120℃*2h)，粘度1200cps(25℃，旋转粘度计)。
实施例3
本实施例提供一种水性羟基丙烯酸分散体，配方如下：多元醇45g，含羟基的(甲基)丙烯酸酯70g，不含羟基的(甲基)丙烯酸酯230g，乙烯基类单体30g，(甲基)丙烯酸7g，引发剂A 1g，引发剂B 0.5g，成盐剂10g，去离子水450g，消泡剂0.1g。
实施例4
本实施例提供实施例3所述水性羟基丙烯酸分散体的制备方法，步骤如下：
1)预先将甲基丙烯酸7g、丙烯酸丁酯10g、甲基丙烯酸丁酯36g、丙烯酸羟乙酯14g、过氧化苯甲酰1g，搅拌混合20min左右，得到混合液I；
2)预先将丙烯酸丁酯20g、甲基丙烯酸甲酯54g、丙烯腈30g、丙烯酸-2-乙基己酯10g、甲基丙烯酸丁酯80g、甲基丙烯酸环己酯20g、丙烯酸羟乙酯56g，搅拌混合20min左右，得到混合液II；
3)在四口烧瓶中加入聚碳酸亚丙酯二元醇(数均分子量1000)45g，放入恒温油浴中，设置油温为130-135℃；待料温升至120℃时，开始滴加混合液I，1.5-2h滴加完毕，控制料温在130-135℃，滴加完毕后在此温度下保温30min，得混合液III；
4)降温至100℃时加入AMP-95 10g，中和搅拌10-20min；加入去离子水337.5g，分散搅拌30min左右，此时料温下降至室温，得混合液IV；
5)向混合液IV中滴加混合液II和过硫酸钾0.5g、去离子水112.5g的混合溶液，边搅拌边升温，使其在80-85℃保温反应2h；降温至40℃，加入有机硅消泡剂，搅拌30min，过滤出料，得到无溶剂高性能水性羟基丙烯酸分散体。
经测试，所得水性羟基丙烯酸分散体中树脂固含量45.2-45.6％(120℃*2h)，粘度1500cps(25℃，旋转粘度计)。
实施例5
本实施例提供一种水性羟基丙烯酸分散体，配方如下：多元醇40g，含羟基的(甲基)丙烯酸酯65g，不含羟基的(甲基)丙烯酸酯225g，乙烯基类单体20g，(甲基)丙烯酸10g，引发剂A3g，引发剂B 1g，成盐剂9.5g，去离子水440g，消泡剂0.3g。
实施例6
本实施例提供实施例5所述水性羟基丙烯酸分散体的制备方法，步骤如下：
1)预先将丙烯酸10g、丙烯酸-2-乙基己酯5g、甲基丙烯酸甲酯40g、甲基丙烯酸羟丙酯13g、过氧化二叔戊基3g，搅拌混合20min左右，得到混合液I；
2)预先将丙烯酸丁酯20g、甲基丙烯酸甲酯50g、醋酸乙烯20g、丙烯酸-2-乙基己酯12g、甲基丙烯酸丁酯70g、甲基丙烯酸环己酯28g、甲基丙烯酸羟丙酯52g，搅拌混合20min左右，得到混合液II；
3)在四口烧瓶中加入聚丙二醇(数均分子量1000)、聚碳酸亚丙酯二元醇(数均分子量1000)各20g，放入恒温油浴中，设置油温为130-135℃；待料温升至120℃时，开始滴加混合液I，1.5-2h滴加完毕，控制料温在130-135℃，滴加完毕后在此温度下保温30min，得混合液III；
4)降温至100℃时加入三乙醇胺9.5g，中和搅拌10-20min；加入去离子水330g，分散搅拌30min左右，此时料温下降至室温，得混合液IV；
5)向混合液IV中滴加混合液II和过硫酸钠1g、去离子水110g的混合溶液，边搅拌边升温，使其在80-85℃保温反应2h；降温至40℃，加入有机硅消泡剂，搅拌30min，过滤出料，得到无溶剂高性能水性羟基丙烯酸分散体。
经测试，所得水性羟基丙烯酸分散体中树脂固含量45.0-45.7％(120℃*2h)，粘度1600cps(25℃，旋转粘度计)。
性能测试：
以实施例6制得的所述水性羟基丙烯酸分散体，配合拜耳2655异氰酸酯固化剂按NCO/OH＝1.3:1混合，制得的漆膜在ABS塑胶板上测试性能，结果如下：
(1)光泽度：95(60°角)执行标准：GB/T9754。
(2)硬度：2H(铅笔硬度计)执行标准：GB/T1730。
(3)耐水性：40℃水*15天，不发白、不起泡、附着力好；
90℃水*4h轻微发白、不起泡、附着力好。
(4)耐酒精性：500g力摩擦500次无变化。
(5)耐酸性：8％H2SO4浸泡200h无起泡、无发白、附着力好。
(6)耐碱性：5％NaOH浸泡48h无起泡、无发白、附着力好。
(7)耐候性：人工老化1200h，色差0.3(白色漆)执行标准：GB/T9286-1985。
(8)附着力：0级执行标准：GB/T1720。
其它实施例所得水性羟基丙烯酸分散体具有与上述测试结果相同或相当的结果。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种水性含羟基丙烯酸的二级分散体，其特征在于，由如下重量份的组分聚合而成：多元醇35-45份，含羟基的(甲基)丙烯酸酯60-70份，不含羟基的(甲基)丙烯酸酯220-230份，乙烯基类单体20-30份，(甲基)丙烯酸7-10份，引发剂A 1-3份，引发剂B 0.5-1份，成盐剂8-10份，去离子水430-450份，消泡剂0.1-0.3份。
2.根据权利要求1所述的水性含羟基丙烯酸的二级分散体，其特征在于，所述多元醇选自聚丙二醇和/或聚碳酸亚丙酯二元醇；其中，所述聚丙二醇的数均分子量为500-2000；所述聚碳酸亚丙酯二元醇的数均分子量为1000-2000。
3.根据权利要求1所述的水性含羟基丙烯酸的二级分散体，其特征在于，所述含羟基的(甲基)丙烯酸酯选自甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的水性含羟基丙烯酸的二级分散体，其特征在于，所述不含羟基的(甲基)丙烯酸酯选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸环己酯、丙烯酸-2-乙基己酯或(甲基)丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求1所述的水性含羟基丙烯酸的二级分散体，其特征在于，所述乙烯基类单体选自苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈或氯乙烯中的一种或几种混合物。
6.根据权利要求1所述的水性含羟基丙烯酸的二级分散体，其特征在于，所述(甲基)丙烯酸选自丙烯酸和/或甲基丙烯酸。
7.根据权利要求1所述的水性含羟基丙烯酸的二级分散体，其特征在于，所述引发剂A选自偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二叔戊基或过氧化二叔丁基中的一种或几种混合物。
8.根据权利要求1所述的水性含羟基丙烯酸的二级分散体，其特征在于，所述引发剂B选自过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或几种混合物。
9.根据权利要求1所述的水性含羟基丙烯酸的二级分散体，其特征在于，所述成盐剂选自二甲基乙醇胺、三乙胺、三乙醇胺、AMP-95或氨水中的一种或几种混合物；
所述消泡剂选自有机硅消泡剂。
10.根据权利要求9所述的水性含羟基丙烯酸的二级分散体，其特征在于，所述消泡剂选自道康宁DC65有机硅消泡剂。
11.一种权利要求1-10任一所述水性含羟基丙烯酸的二级分散体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将(甲基)丙烯酸、1/5含羟基的(甲基)丙烯酸酯、1/5不含羟基的(甲基)丙烯酸酯、引发剂A搅拌混合，得到混合液I；
(2)将剩余的含羟基的(甲基)丙烯酸酯、不含羟基的(甲基)丙烯酸酯、乙烯基类单体搅拌混合，得到混合液II；
(3)将多元醇恒温油浴至120-125℃时，向其中滴加混合液I，控制料温在130-135℃，滴加完毕后保温，得混合液III；
(4)待混合液III降温至95-100℃时加入成盐剂，中和搅拌，加入3/4的去离子水，分散搅拌，降至室温，得混合液IV；
(5)向混合液IV中滴加混合液II、1/4的去离子水和引发剂B的混合液，边搅拌边升温，于80-85℃保温反应，反应结束后加入消泡剂，搅拌，过滤出料，得到所述的水性羟基丙烯酸分散体。
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