CN107955101A - 一种氧化交联型水性丙烯酸乳液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧化交联型水性丙烯酸乳液的制备方法，该方法包括以下步骤：a)制备一种高羟值的丙烯酸树脂A，其羟值为120～260mgKOH/g；b)将高羟值的丙烯酸树脂A与气干性植物油脂肪酸在240～250℃下进行酯化反应，直至酸值小于5mgKOH/g为止，得到物料B；c)将物料B与马来酸酐在120～130℃反应4～5小时，然后用助溶剂进行稀释，得到物料C；d)将物料C用浓度为25％的氨水进行中和，调整物料体系的pH值为8～9，得到物料D；e)将物料D用去离子水再进行稀释，然后加入引发剂，开始滴加(甲基)丙烯酯或乙烯基单体，进行自由基聚合反应，得到氧化交联型水性丙烯酸乳液。该乳液制备的水性工业涂料具有快干，较高的光泽，良好的耐水性，良好的附着力和较高的硬度。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧化交联型水性丙烯酸乳液的制备方法，该水性丙烯酸乳液可以用来制备水性工业涂料。
背景技术
水性丙烯酸涂料具有干性快、耐候性好、保光保色性优异、储存稳定性好，且价格较为低廉，在水性工业涂料中使用最为普遍，但是，目前市场上的水性丙烯酸工业涂料还存在如下缺点：1.水性丙烯酸涂料对底材的渗透性差，使得成膜后的涂膜与底材之间的附着力变差；2.水性丙烯酸涂料主要靠物理成膜，涂膜的耐水性和耐溶剂性较差，防锈性能差；3.涂膜光泽度低，丰满度较差；4.涂膜“热粘冷脆”的现象严重。为了克服水性丙烯酸工业涂料的缺点，往往需要对丙烯酸乳液进行交联改性。通过交联改性的方法，经固化形成网络结构后，可以提高分子量，封闭亲水基团，使其耐水性、耐溶剂性能大幅提高，同时降低涂层对温度的敏感性，解决丙烯酸树脂涂层“热粘冷脆”的问题。
气干性植物油脂肪酸是一类重要的可再生资源，广泛应用于涂料工业中。气干性植物油脂肪酸中含有不饱和碳碳双键，可进行氧化交联，提高树脂的性能，是天然的交联剂；同时，长链非极性的脂肪酸链能使涂膜具有良好的疏水作用，而且能赋予涂层良好的柔韧性、耐挠曲性以及耐寒性，能改善涂料的成膜性能和提高光泽。
发明内容
本发明旨在克服目前水性丙烯酸工业涂料的一些缺点，采用气干性植物油脂肪酸对水性丙烯酸乳液进行改性，在水性丙烯酸乳液中引入不饱和碳碳双键，使制备的水性丙烯酸乳液具有自交联性，提高水性丙烯酸乳液的交联密度，从而提高水性丙烯酸乳液的性能，使制备的乳液能满足水性工业涂料的性能要求。
本发明提供一种氧化交联型水性丙烯酸乳液的制备方法，该方法包括以下步骤：
a)制备一种高羟值的丙烯酸树脂A，其羟值为120～260mgKOH/g；
b)在通氮气保护的情况下，将高羟值的丙烯酸树脂A与气干性植物油脂肪酸在240～250℃下进行酯化反应6～7小时，直至酸值小于5mgKOH/g为止，得到物料B；
c)将物料B与马来酸酐在120～130℃反应4～5小时，然后用助溶剂进行稀释，得到物料C；
d)将物料C用浓度为25％的氨水在70～80℃进行中和，搅拌30分钟，调整物料体系的pH值为8～9，然后用去离子水与助溶剂的混合液进行稀释，得到物料D；
e)将物料D用去离子水再进行稀释，并逐渐升温至80℃，然后加入引发剂，开始滴加(甲基)丙烯酯或乙烯基单体，进行自由基聚合反应，2小时内滴加完，并保温反应2小时，得到氧化交联型水性丙烯酸乳液。
本发明步骤a)中所述的高羟值的丙烯酸树脂A，其由50重量％～80重量％的苯乙烯单体和20重量％～50重量％的烯丙醇单体通过自由基聚合反应而得到；将苯乙烯和烯丙醇投入高压釜，并添加总重量的3重量％的过氧化二异丙苯作为引发剂，在135～145℃下于高压釜中进行聚合反应1.5～3小时，得到高羟值的丙烯酸树脂A。
本发明步骤b)中所述的气干性植物油脂肪酸选自亚油酸、豆油酸、亚麻油酸、桐亚油酸、脱水蓖麻油酸、蓖麻油酸、松香酸、妥尔油酸、合成脂肪酸中的一种或几种。
本发明步骤c)和步骤d)中所述的助溶剂选自乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、乙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或几种。
本发明步骤e)中所述的(甲基)丙烯酸酯或乙烯基单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸乙基己酯、甲基丙烯酸正辛酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯基甲苯中的一种或几种。
本发明步骤e)中所述的引发剂为浓度为5重量％的过硫酸铵溶液。
本发明制备的氧化交联型水性丙烯酸乳液具有以下优点：(1)乳液中不含有乳化剂，对水不敏感，提高乳液的耐水性；(2)该氧化交联型水性丙烯酸乳液中的脂肪酸酯上保留了大量的不饱和双键，这些不饱和双键在氧气的作用下进行氧化交联，提高乳液涂膜的干性和耐水性；(3)由于含有一定量的气干性植物油脂肪酸，使涂膜具有类似于醇酸涂料的高光泽和高丰满度，同时，使乳液对基材的渗透性能提高，增强了涂膜对基材的附着力；(4)该乳液具有很好的机械稳定性和良好的颜料润湿性，制漆时可用水直接稀释，且可与颜料直接砂磨，减少分散剂的用量，进一步提高涂膜的耐水性。
本发明提供的氧化交联型水性丙烯酸乳液可以用来制备水性工业涂料，制备的水性工业涂料具有的优点是：快干，较高的光泽，良好的耐水性，良好的附着力和较高的硬度。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步具体说明，但实施例决不是对本发明保护范围的限制。
实施例1
制备高羟值的丙烯酸树脂A1～A3，配方见表1。
根据表1中的数据，采用一次性投料的方法，将苯乙烯和烯丙醇投入高压釜，并添加总重量的3％的过氧化二异丙苯作为引发剂，在135～145℃下于高压釜中进行聚合1.5～3小时，得到高羟值的丙烯酸树脂A。
表1制备高羟值的丙烯酸树脂A1～A3的配方单位：重量份
实施例2
制备物料B1～B4，配方见表2。
根据表2中的数据，在通氮气保护的情况下，将高羟值的丙烯酸树脂A与气干性植物油脂肪酸在240～250℃下进行酯化反应6～7小时，直至酸值小于5mgKOH/g为止，得到物料B。
表2制备物料B1～B4的配方单位：重量份
| 原料名称 | 物料B1 | 物料B2 | 物料B3 | 物料B4 |
| 高羟值的丙烯酸树脂A | ||||
| A1 | 1000 | |||
| A2 | 1000 | 1000 | ||
| A3 | 1000 | |||
| 气干性植物油脂肪酸 | ||||
| 亚麻油酸 | 540 | |||
| 妥尔油酸 | 540 | 540 | ||
| 合成脂肪酸 | 540 | |||
| 酸值(mgKOH/g) | 4.5 | 4 | 4.8 | 3.5 |
实施例3
制备物料C1～C4，配方见表3。
根据表3中的数据，将物料B与马来酸酐在120～130℃反应4～5小时，然后用助溶剂进行稀释，得到物料C。
表3制备物料C1～C4的配方单位：重量份
| 原料名称 | 物料C1 | 物料C2 | 物料C3 | 物料C4 |
| 物料B | ||||
| B1 | 1000 | |||
| B2 | 1000 | |||
| B3 | 1000 | |||
| B4 | 1000 | |||
| 马来酸酐 | 98 | 80 | 98 | 80 |
| 助溶剂 | ||||
| 乙二醇丁醚 | 250 | 250 | ||
| 丙二醇丙醚 | 250 | 250 | ||
| 羟值(mgKOH/g) | 10 | 15 | 12 | 10 |
| 酸值(mgKOH/g) | 42 | 45 | 44 | 40 |
实施例4
制备物料D1～D4，配方见表4。
根据表4中的数据，将物料C用浓度为25％的氨水在70～80℃进行中和，搅拌30分钟，调整物料体系的pH值为8～9，然后用去离子水与助溶剂的混合液进行稀释，得到物料D。
表4制备物料D1～D4的配方单位：重量份
| 原料名称 | 物料D1 | 物料D2 | 物料D3 | 物料D4 |
| 物料C | ||||
| C1 | 1000 | |||
| C2 | 1000 | |||
| C3 | 1000 | |||
| C4 | 1000 | |||
| 氨水(25％) | 68 | 68 | 68 | 68 |
| 助溶剂 | ||||
| 乙二醇丁醚 | 157 | 157 | ||
| 丙二醇丙醚 | 157 | 157 | ||
| 去离子水 | 1100 | 1100 | 1100 | 1100 |
实施例5
制备氧化交联型水性丙烯酸乳液E1～E4。
根据表5中的数据，将物料D用去离子水再进行稀释，并逐渐升温至80℃，然后加入浓度为5％的过硫酸铵溶液作为引发剂，开始滴加甲基丙烯酸正丁酯和1,6-己二醇二丙烯酸酯的混合液，2小时内滴加完，并保温反应2小时，得到氧化交联型水性丙烯酸乳液E。
表5制备氧化交联型水性丙烯酸乳液E1～E4的配方单位：重量份
实施例6
表6所列的是以氧化交联型水性丙烯酸乳液E1～E4为基料制备的高光面漆的配方，表7是对应表6的以氧化交联型水性丙烯酸乳液E1～E4为基料制备的高光面漆的性能指标。
表6中以氧化交联型水性丙烯酸乳液E1～E4为基料制备的高光面漆的制备方法如下：
(1)在分散釜中加入配方量的去离子水、BYK-190分散剂和BYK-022消泡剂，在600～800rpm的转速下搅拌15～30分钟，使物料混合均匀；
(2)加入配方量的R-930钛白粉，用砂磨机进行研磨，直至细度小于20微米；
(3)加入配方量的水性丙烯酸乳液E、OXYCOAT-1101催干剂、BYK-345流平剂和WT-202增稠剂，在600～800rpm的转速下搅拌1～1.5小时，使物料混合均匀；
(4)检测pH值，加入适量的中和剂，调整pH值为7.5～8.5；
(5)用120目的滤网过滤，包装。
表6中，R-930钛白粉为日本石原公司产品；BYK-022消泡剂、BYK-190分散剂和BYK-345流平剂是德国毕克公司产品；OXYCOAT-1101催干剂是美国OMG公司产品；WT-202增稠剂是德谦公司产品。
表6氧化交联型水性丙烯酸乳液E1～E4面漆的配方单位：重量份
| 原料名称 | E1面漆 | E2面漆 | E3面漆 | E4面漆 |
| 研磨色浆，细度至20微米 | ||||
| R-930钛白粉 | 24 | 24 | 24 | 24 |
| BYK-022消泡剂 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| BYK-190分散剂 | 2.4 | 2.4 | 2.4 | 2.4 |
| 去离子水 | 6.5 | 6.5 | 6.5 | 6.5 |
| 调漆 | ||||
| 水性丙烯酸乳液E | ||||
| E1 | 66 | |||
| E2 | 66 | |||
| E3 | 66 | |||
| E4 | 66 | |||
| OXYCOAT-1101催干剂 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| BYK-345流平剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| WT-202增稠剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 合计 | 100 | 100 | 100 | 100 |
表7氧化交联型水性丙烯酸乳液E1～E4面漆性能指标
Claims (6)
1.一种氧化交联型水性丙烯酸乳液的制备方法，该方法包括以下步骤：
a)制备一种高羟值的丙烯酸树脂A，其羟值为120～260mgKOH/g；
b)在通氮气保护的情况下，将高羟值的丙烯酸树脂A与气干性植物油脂肪酸在240～250℃下进行酯化反应6～7小时，直至酸值小于5mgKOH/g为止，得到物料B；
c)将物料B与马来酸酐在120～130℃反应4～5小时，然后用助溶剂进行稀释，得到物料C；
d)将物料C用浓度为25％的氨水在70～80℃进行中和，搅拌30分钟，调整物料体系的pH值为8～9，然后用去离子水与助溶剂的混合液进行稀释，得到物料D；
e)将物料D用去离子水再进行稀释，并逐渐升温至80℃，然后加入引发剂，开始滴加(甲基)丙烯酯或乙烯基单体，进行自由基聚合反应，2小时内滴加完，并保温反应2小时，得到氧化交联型水性丙烯酸乳液。
2.根据权利要求1所述的一种氧化交联型水性丙烯酸乳液的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述的高羟值的丙烯酸树脂A，其由50重量％～80重量％的苯乙烯单体和20重量％～50重量％的烯丙醇单体通过自由基聚合反应而得到；将苯乙烯和烯丙醇投入高压釜，并添加总重量的3重量％的过氧化二异丙苯作为引发剂，在135～145℃下于高压釜中进行聚合反应1.5～3小时，得到高羟值的丙烯酸树脂A。
3.根据权利要求1所述的一种氧化交联型水性丙烯酸乳液的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述的气干性植物油脂肪酸选自亚油酸、豆油酸、亚麻油酸、桐亚油酸、脱水蓖麻油酸、蓖麻油酸、松香酸、妥尔油酸、合成脂肪酸中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种氧化交联型水性丙烯酸乳液的制备方法，其特征在于，步骤c)和步骤d)中所述的助溶剂选自乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、乙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种氧化交联型水性丙烯酸乳液的制备方法，其特征在于，步骤e)中所述的(甲基)丙烯酸酯或乙烯基单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸乙基己酯、甲基丙烯酸正辛酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯基甲苯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种氧化交联型水性丙烯酸乳液的制备方法，其特征在于，步骤e)中所述的引发剂为浓度为5重量％的过硫酸铵溶液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180424 |