CN108129600A - 一种硬核软壳型丙烯酸乳液及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬核软壳型丙烯酸乳液及其制备方法和应用，该硬核软壳型丙烯酸乳液由以下质量份的原料制备而成：硬单体：50～120份；软单体：60～150份；功能单体：1～15份；乳化剂：1～5份；碳酸氢钠：0.5～4份；引发剂：0.5～4份；氨水：4～7份；水：100～200份。本发明的硬核软壳型丙烯酸乳液制备工艺简单，合理调节乳液聚合过程中所添加的软硬单体的比例即可。本发明的硬核软壳型丙烯酸乳液可用于水性阻尼涂料，由其制备得到的水性阻尼涂料阻尼温域宽，且能够很好地解决涂料高温阻尼性能与抗冲击性能、柔韧性之间的矛盾。

Description

一种硬核软壳型丙烯酸乳液及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种硬核软壳型丙烯酸乳液及其制备方法和应用。
背景技术
水性阻尼涂料是由聚合物乳液、填料、助剂共混得到的一种具有减振降噪功能的水性涂料，具有绿色环保、施工安全、对于待处理表面适应性强等优点，在减振降噪领域有着极其广阔的应用前景。聚合物乳液作为水性阻尼涂料的重要组成部分，在涂料的减振降噪中发挥着极其重要的作用。
目前，已有较多关于水性阻尼涂料用乳液的研究被报道，研究的内容主要针对如何拓宽水性阻尼涂料的有效温域。根据TB/T 2932-1998铁路机车车辆阻尼涂料供货技术条件要求，铁路机车车辆用阻尼涂料不仅要具有60℃或以上的有效阻尼温域(ηc≥0.05)，还需要具备良好的抗冲击性能和柔韧性。为了保证涂膜的耐冲击性能和柔韧性，往往需要适当地增加共混配方中聚合物乳液的用量，但由于聚合物高温阻尼性能较差，聚合物含量的增加会明显降低涂膜高温区阻尼性能。而提高聚合物乳液的玻璃化转变温度有利于改善高温区阻尼性能，但玻璃化转变温度提高又会导致成膜性能、耐冲击性能和柔韧性下降。
因此，有必要开发一种性能更加优异的水性阻尼涂料用丙烯酸乳液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬核软壳型丙烯酸乳液及其制备方法和应用。
本发明所采取的技术方案是：
一种硬核软壳型丙烯酸乳液，由以下质量份的原料制备而成：
硬单体：50～120份；
软单体：60～150份；
功能单体：1～15份；
乳化剂：1～5份；
碳酸氢钠：0.5～4份；
引发剂：0.5～4份；
氨水：4～7份；
水：100～200份。
所述的硬单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸乙酯、甲酯丙烯酸叔丁酯、丙烯腈、苯乙烯中的至少一种。
所述的软单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯中的至少一种。
所述的功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、季戊四醇三烯丙基醚中的至少一种。
所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠、对苯乙烯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、辛基酚聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。
所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。
上述硬核软壳型丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
1)将0.5～3份引发剂溶解到30～40份水中，得到引发剂溶液；
2)将0.5～1份乳化剂和40～50份水混合均匀，再加入30～70份硬单体、20～50份软单体和1～3份功能单体，混合均匀，得到预乳化单体A；
3)将1～2份乳化剂和30～40份水混合均匀，再加入10～50份硬单体、40～100份软单体和1～8份功能单体，混合均匀，得到预乳化单体B；
4)将0.5～2份乳化剂、20～70份水和0.5～4份碳酸氢钠混合均匀，升温至80～85℃，再加入10～20份预乳化单体A和7～12份引发剂溶液，充分反应，调节温度至80～90℃，再同时滴加剩余的预乳化单体A和7～12份引发剂溶液，滴加完后恒温反应0.1～0.5h，再同时滴加预乳化单体B和15～20份引发剂溶液，滴加完后恒温反应0.5～1.5h，降温，加入氨水调节pH值至7～8，得到硬核软壳型丙烯酸乳液。
步骤4)中引发剂溶液的滴加速率为0.15～0.30份/min，预乳化单体A的滴加速率为1.3～3.0份/min，预乳化单体B的滴加速率为2.0～3.0份/min。
本发明的有益效果是：本发明的硬核软壳型丙烯酸乳液制备工艺简单，可用于水性阻尼涂料，由其制备得到的水性阻尼涂料阻尼温域宽，且能够很好地解决涂料高温阻尼性能与抗冲击性能、柔韧性之间的矛盾。
本发明通过核壳乳液聚合技术，制备得到硬核软壳型丙烯酸乳液，由于乳胶膜的力学性能主要由乳液粒子壳层性质决定，硬核软壳的搭配，既能保证乳胶膜的抗冲击性能和柔韧性，又可以提高乳液玻璃化转变温度，提高高温区阻尼性能。
具体实施方式
一种硬核软壳型丙烯酸乳液，由以下质量份的原料制备而成：
硬单体：50～120份；
软单体：60～150份；
功能单体：1～15份；
乳化剂：1～5份；
碳酸氢钠：0.5～4份；
引发剂：0.5～4份；
氨水：4～7份；
水：100～200份。
优选的，所述的硬单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸乙酯、甲酯丙烯酸叔丁酯、丙烯腈、苯乙烯中的至少一种。
优选的，所述的软单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯中的至少一种。
优选的，所述的功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、季戊四醇三烯丙基醚中的至少一种。
优选的，所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠、对苯乙烯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、辛基酚聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。
优选的，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。
上述硬核软壳型丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
1)将0.5～3份引发剂溶解到30～40份水中，得到引发剂溶液；
2)将0.5～1份乳化剂和40～50份水混合均匀，再加入30～70份硬单体、20～50份软单体和1～3份功能单体，混合均匀，得到预乳化单体A；
3)将1～2份乳化剂和30～40份水混合均匀，再加入10～50份硬单体、40～100份软单体和1～8份功能单体，混合均匀，得到预乳化单体B；
4)将0.5～2份乳化剂、20～70份水和0.5～4份碳酸氢钠混合均匀，升温至80～85℃，再加入10～20份预乳化单体A和7～12份引发剂溶液，充分反应，调节温度至80～90℃，再同时滴加剩余的预乳化单体A和7～12份引发剂溶液，滴加完后恒温反应0.1～0.5h，再同时滴加预乳化单体B和15～20份引发剂溶液，滴加完后恒温反应0.5～1.5h，降温，加入氨水调节pH值至7～8，得到硬核软壳型丙烯酸乳液。
优选的，步骤4)中引发剂溶液的滴加速率为0.15～0.30份/min，预乳化单体A的滴加速率为1.3～3.0份/min，预乳化单体B的滴加速率为2.0～3.0份/min。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种硬核软壳型丙烯酸乳液，其制备方法如下：
1)将2份过硫酸铵溶解到30份去离子水中，得到过硫酸铵溶液；
2)将0.9份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐和40份去离子水混合，500rpm搅拌2min，再加入50份苯乙烯、30份丙烯酸正丁酯、1份丙烯酸和1份三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯，800rpm搅拌15min，得到预乳化单体A；
3)将1份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐和40份去离子水混合，500rpm搅拌2min，再加入20份苯乙烯、80份丙烯酸正丁酯、2份二甲基丙烯酸乙二醇酯和2.5份丙烯酸，800rpm搅拌15min，得到预乳化单体B；
4)将0.5份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、30份去离子水和2份碳酸氢钠搅拌混合均匀，升温至80℃，再加入20份预乳化单体A和10份过硫酸铵溶液，反应15min，出现蓝乳光，调节温度至85℃，再用蠕动泵同时滴加剩余的预乳化单体A(滴加速率为2.0份/min)和7份过硫酸铵溶液(滴加速率为0.15份/min)，滴加完后恒温反应10min，再用蠕动泵同时滴加预乳化单体B(滴加速率为2.0份/min)和15份过硫酸铵溶液(滴加速率为0.15份/min)，滴加完后恒温反应0.5h，反应结束后降温，加入4份氨水调节pH值至7～8，80目滤网过滤，得到硬核软壳型丙烯酸乳液。
实施例2：
一种硬核软壳型丙烯酸乳液，其制备方法如下：
1)将1.5份过硫酸铵溶解到35份去离子水中，得到过硫酸铵溶液；
2)将0.5份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐和50份去离子水混合，500rpm搅拌2min，再加入60份苯乙烯、20份丙烯酸正丁酯、2份丙烯酸和1份三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯，800rpm搅拌15min，得到预乳化单体A；
3)将2份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐和35份去离子水混合，500rpm搅拌2min，再加入20份苯乙烯、60份丙烯酸正丁酯、10份丙烯酸异辛酯、2份二甲基丙烯酸乙二醇酯和2.5份丙烯酸，800rpm搅拌15min，得到预乳化单体B；
4)将1份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、40份去离子水和0.5份碳酸氢钠搅拌混合均匀，升温至82℃，再加入15份预乳化单体A和8份过硫酸铵溶液，反应15min，出现蓝乳光，调节温度至85℃，再用蠕动泵同时滴加剩余的预乳化单体A(滴加速率为3.0份/min)和10份过硫酸铵溶液(滴加速率为0.17份/min)，滴加完后恒温反应10min，再用蠕动泵同时滴加预乳化单体B(滴加速率为2.0份/min)和18.5份过硫酸铵溶液(滴加速率为0.15份/min)，滴加完后恒温反应1h，反应结束后降温，加入5份氨水调节pH值至7～8，80目滤网过滤，得到硬核软壳型丙烯酸乳液。
实施例3：
一种硬核软壳型丙烯酸乳液，其制备方法如下：
1)将2.2份过硫酸钠溶解到35份水中，得到过硫酸钠溶液；
2)将0.5份十二烷基硫酸钠和40份去离子水混合，500rpm搅拌2min，再加入50份甲基丙烯酸甲酯、5份丙烯腈、30份丙烯酸正丁酯、10份丙烯酸甲酯、2份丙烯酸和1份三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯，800rpm搅拌15min，得到预乳化单体A；
3)将1份十二烷基硫酸钠和40份去离子水混合，500rpm搅拌2min，再加入20份甲基丙烯酸甲酯、2份丙烯腈、60份丙烯酸正丁酯、20份丙烯酸甲酯、2份二甲基丙烯酸乙二醇酯、2份丙烯酰胺和2.5份丙烯酸，800rpm搅拌15min，得到预乳化单体B；
4)将0.5份十二烷基硫酸钠、30份去离子水和1份碳酸氢钠搅拌混合均匀，升温至80℃，再加入20份预乳化单体A和10份过硫酸钠溶液，反应15min，出现蓝乳光，调节温度至85℃，再用蠕动泵同时滴加剩余的预乳化单体A(滴加速率为2.0份/min)和10份过硫酸钠溶液(滴加速率为0.15份/min)，滴加完后恒温反应20min，再用蠕动泵同时滴加预乳化单体B(滴加速率为2.0份/min)和17.2份过硫酸钠溶液(滴加速率为0.15份/min)，滴加完后恒温反应1.5h，反应结束后降温，加入4份氨水调节pH值至7～8，80目滤网过滤，得到硬核软壳型丙烯酸乳液。
实施例4：
一种硬核软壳型丙烯酸乳液，其制备方法如下：
1)将2.2份过硫酸钾溶解到30份去离子水中，得到过硫酸钾溶液；
2)将0.9份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐和40份去离子水混合，500rpm搅拌2min，再加入40份甲基丙烯酸甲酯、10份丙烯腈、20份丙烯酸正丁酯、10份丙烯酸异辛酯、2份丙烯酸和1份三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯，800rpm搅拌15min，得到预乳化单体A；
3)将1份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐和40份去离子水混合，500rpm搅拌2min，再加入20份甲基丙烯酸甲酯、50份丙烯酸正丁酯、20份丙烯酸异辛酯、2份三缩四乙二醇二甲基丙烯酸、2份丙烯酸、2.5份丙烯酸，800rpm搅拌15min，得到预乳化单体B；
4)将0.5份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、30份去离子水和1份碳酸氢钠搅拌混合均匀，升温至80℃，再加入20份预乳化单体A和10份过硫酸钾溶液，反应15min，出现蓝乳光，调节温度至85℃，再用蠕动泵同时滴加剩余的预乳化单体A(滴加速率为2.0份/min)和7份过硫酸钾溶液(滴加速率为0.15份/min)，滴加完后恒温反应30min，再用蠕动泵同时滴加预乳化单体B(滴加速率为2.0份/min)和15.2份过硫酸钾溶液(滴加速率为0.15份/min)，滴加完后恒温反应1h，反应结束后降温，加入4份氨水调节pH值至7～8，80目滤网过滤，得到硬核软壳型丙烯酸乳液。
对比例：
一种普通丙烯酸乳液，其制备方法如下：
1)将2份过硫酸铵溶解到30份去离子水中，得到过硫酸铵溶液；
2)将3份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐和40份去离子水混合，500rpm搅拌2min，再加入60份苯乙烯、10份甲基丙烯酸甲酯、80份丙烯酸正丁酯、10份丙烯酸甲酯、2份二甲基丙烯酸乙二醇酯和2.5份丙烯酸，800rpm搅拌15min，得到预乳化单体；
3)将0.5份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、30份去离子水和1份碳酸氢钠搅拌混合均匀，升温至80℃，再加入20份预乳化单体和10份过硫酸铵溶液，反应15min，出现蓝乳光，调节温度至85℃，用蠕动泵同时滴加剩余的预乳化单体(滴加速率为2.0份/min)和剩余的过硫酸铵溶液(滴加速率为0.15份/min)，滴加完后恒温反应1h，反应结束后降温，加入4份氨水调节pH值至7～8，80目滤网过滤，得到普通丙烯酸乳液。
测试例：
分别以实施例1、实施例2和对比例制备的丙烯酸乳液为主要成膜物质，制备得到水性阻尼涂料1、水性阻尼涂料2和水性阻尼涂料3，具体制备步骤如下：
1)将50份丙烯酸乳液、5份成膜助剂、0.5份硅烷偶联剂、10份阻燃剂、0.5份消泡剂和2.5份润湿分散剂加入塑料杯，置于高速分散机中，300～400rpm搅拌分散5min；
2)依次缓慢加入35份石英粉(1250目)、20份云母粉(800目)、5份云母粉(200目)、5份空心玻璃珠和5份钛白粉，并逐步将高速分散机转速提高至600rpm；
3)缓慢加入0.3份增稠剂，继续搅拌10～20min，出料，得到水性阻尼涂料，制备样品，按照TB/T 2932-1998的要求对样品进行性能测试。
水性阻尼涂料1～3的性能测试结果如下表所示：
表1水性阻尼涂料1～3的性能测试结果
由表1可知：本发明的硬核软壳型丙烯酸乳液兼具良好的阻尼性能、抗冲击性能和柔韧性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种硬核软壳型丙烯酸乳液，其特征在于：由以下质量份的原料制备而成：
硬单体：50～120份；
软单体：60～150份；
功能单体：1～15份；
乳化剂：1～5份；
碳酸氢钠：0.5～4份；
引发剂：0.5～4份；
氨水：4～7份；
水：100～200份。
2.根据权利要求1所述的硬核软壳型丙烯酸乳液，其特征在于：所述的硬单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸乙酯、甲酯丙烯酸叔丁酯、丙烯腈、苯乙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的硬核软壳型丙烯酸乳液，其特征在于：所述的软单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的硬核软壳型丙烯酸乳液，其特征在于：所述的功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、季戊四醇三烯丙基醚中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的硬核软壳型丙烯酸乳液，其特征在于：所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠、对苯乙烯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、辛基酚聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的硬核软壳型丙烯酸乳液，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。
7.权利要求1～6中任意一项所述的硬核软壳型丙烯酸乳液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将0.5～3份引发剂溶解到30～40份水中，得到引发剂溶液；
2)将0.5～1份乳化剂和40～50份水混合均匀，再加入30～70份硬单体、20～50份软单体和1～3份功能单体，混合均匀，得到预乳化单体A；
3)将1～2份乳化剂和30～40份水混合均匀，再加入10～50份硬单体、40～100份软单体和1～8份功能单体，混合均匀，得到预乳化单体B；
4)将0.5～2份乳化剂、20～70份水和0.5～4份碳酸氢钠混合均匀，升温至80～85℃，再加入10～20份预乳化单体A和7～12份引发剂溶液，充分反应，调节温度至80～90℃，再同时滴加剩余的预乳化单体A和7～12份引发剂溶液，滴加完后恒温反应0.1～0.5h，再同时滴加预乳化单体B和15～20份引发剂溶液，滴加完后恒温反应0.5～1.5h，降温，加入氨水调节pH值至7～8，得到硬核软壳型丙烯酸乳液。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤4)中引发剂溶液的滴加速率为0.15～0.30份/min，预乳化单体A的滴加速率为1.3～3.0份/min，预乳化单体B的滴加速率为2.0～3.0份/min。
9.权利要求1～6中任意一项所述的硬核软壳型丙烯酸乳液用于制备水性阻尼涂料的应用。
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