CN108239220A - 一种水性丙烯酸乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水性丙烯酸乳液及其制备方法，水性丙烯酸乳液包括乙烯基单体110～160份、复合乳化剂1.3～10份、引发剂0.3～1.5份、助剂0.7～3份、去离子水150份，并通过预乳化和聚合反应制得。本发明所述的水性丙烯酸乳液具备低温固化以及抗污性功能，因此由该种水性丙烯酸乳液制备的水性卷材涂料可以在低温烘烤温度下快速成膜，并且形成的卷材漆膜具有较好自清洁性，属于一种绿色环保涂料。

Description

一种水性丙烯酸乳液及其制备方法
技术领域
本发明属于水性涂料的制备技术领域，具体涉及一种水性丙烯酸乳液及其制备方法。
背景技术
卷材涂料是用于涂覆钢板、铝板表面，制成预涂卷材之后使用的一种专业性涂料。卷材涂料按用途可分为底漆、背漆和面漆。卷材涂料的基材有冷轧钢板、热镀锌钢板、电镀钢板、锌铝合金板和铝板等，厚度在0.1～0.5mm之间。一般铝材只需单一涂层，镀锌钢和冷轧钢则需要底漆和面漆。该涂料最早在20世纪30年代投入市场。用于卷材的卷材涂料最重要的性能要求是好的涂膜柔韧性以及优良的耐候性。传统涂料在卷材上的应用通常为溶剂型(油性)卷材涂料。传统的溶剂型涂料中含有较高的挥发性有机物，这些挥发性有机化合物进入大气中容易造成环境的污染。据统计，我国年溶剂型涂料的产量为1000多万吨，其中的排放量在500多万吨左右。在太阳光的作用下会发生许多光化学反应，形成毒性更大的二次污染物，如臭氧、醛类、过氧乙酞硝酸醋等。由这些氮氧化物、烃类化合物及其光化学反应的中间产物等所组成的特殊混合物即为光化学烟雾，臭氧的产生即是光化学烟雾的标志，极大的影响了人体的健康。
水性卷材涂料由于产品中的溶剂以及配套的稀释剂均为去离子水，使得涂料本身没有刺鼻的溶剂味，对生产和施工过程中的操作人员所造成的化学性伤害极小，为绿色环保型产品。由于大部分溶剂为去离子水，涂料在烘烤后VOC含量较低，不需要对废气进行特殊处理，因此，烘箱的抽风系统可以减少抽风力度，一定程度上降低能耗节约成本。在施工膜厚一致的情况下，水性卷材涂料的耐候性比传统溶剂型涂料要好，因为相对于一些高沸点溶剂(沸点在170-200度)来讲，水挥发温度要低很多，在烘烤成膜的过程中水性卷材涂料中的“溶剂”——水比传统涂料的有机溶剂要挥发的更完全，形成的漆膜更为致密，所以耐候性更好。现有技术中已经存在一些水性卷材涂料，但这些涂料在施工过程中的烘烤温度和传统溶剂型(油性)卷材涂料一样(一般烘道温度需在210摄氏度以上，烘烤时间为15-25min)，虽然一定程度上降低了VOC排放，但施工过程的高能耗问题依然没有改善；水性丙烯酸乳液是水性卷材涂料中一种重要的组成原料。
传统的丙烯酸乳液为溶剂型乳液，不适合用于水性卷材涂料中。此外，传统应用于卷材涂料的丙烯酸乳液的固化温度较高，因此，含有该种丙烯酸乳液的涂料需要在较高温度下烘烤，低温下不易成膜，极大地降低涂料涂覆的效率；且传统卷材涂料中的丙烯酸乳液的耐污性较差，因此，含有该种丙烯酸乳液的水性涂料的自清洁的功能差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供水性丙烯酸乳液及其制备方法及含有所述乳液的水性卷材涂料及其制备方法，可以解决现有技术中水性卷材涂料在施工过程中需要的烘烤温度高、能耗大、以及水性卷材涂料的自清洁功能差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案：一种水性丙烯酸乳液，其特征在于：包含以下重量组分的原料：
其中，复合乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合物，所述阴离子乳化剂和非离子乳化剂的重量组分比为0.2～0.3∶1。
优选的，所述乙烯基单体包括丙烯酸单体、苯乙烯中的一种或者多种；所述丙烯酸单体包括(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸羟烷基酯、(甲基)丙烯酸六氟烷基酯以及(甲基)丙烯酸异冰片酯中的一种或者多种。需要说明的是，(甲基)丙烯酸烷基酯中的烷基为C1～C10；(甲基)丙烯酸羟烷基酯为(甲基)丙烯酸羟乙酯或者(甲基)丙烯酸羟丙酯中的一种或两种结合；(甲基)丙烯酸六氟烷基酯为甲基丙烯酸六氟异丙酯或者甲基丙烯酸六氟丁酯中的一种或两种结合。
优选的，所述阴离子乳化剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠中的至少一种；所述非离子乳化剂包括壬基酚聚氧化乙烯醚、乙氧基化烷基酚硫酸铵、壬基酚乙氧基化物、辛基酚乙氧基化物中的至少一种。
优选的，所述引发剂过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或者任意组合。
优选的，所述助剂为十六烷、十六烷醇、1-戊醇、聚丙烯酸钠中的一种或者任意组合。
一种水性丙烯酸乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1称重：按重量组分比称取乙烯基单体、复合乳化剂、引发剂、助剂、以及去离子水；
步骤2预乳化：将部分复合乳化剂以及部分引发剂加入到部分去离子水中，待溶解后再加入乙烯基单体、以及部分助剂，得到预乳化液；
步骤3聚合：将剩余部分的复合乳化剂加入到剩余的去离子水中，再依次添加剩余部分引发剂和剩余部分助剂，待溶解后再向反应容器中通保护气体N210～30min，同时加热溶液使其升温至70～90℃，滴加步骤2中的预乳化液，滴加时间为2～5h，滴加完成后，继续升温5～10℃，反应2～5h，反应结束后再将反应物降温至30～50℃，调节PH至7～8，最后过滤得到丙烯酸乳液。
优选的，步骤2中复合乳化剂的加入量为0.8～5份。
本发明的有益效果：本发明所述的丙烯酸乳液为水性丙烯酸乳液，其具备低温固化以及抗污性功能，采用该种丙烯酸乳液制备的水性卷材涂料可以在低温烘烤温度下快速成膜，并且形成的卷材漆膜具有较好自清洁性以及耐候性，属于一种绿色环保涂料。
附图说明
图1a为含有传统丙烯酸乳液的卷材涂料涂覆的卷材在户外3个星期后拍摄图片；
图1b为含有水性丙烯酸乳液的水性卷材涂料涂覆的卷材在户外3个星期后拍摄图片。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
实施例1～4中水性丙烯酸乳液的原料组分如表1：
实施例1
一种水性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1称重：按照上述重量份称取(甲基)丙烯酸1.7g、(甲基)丙烯酸甲酯38.5g、(甲基)丙烯酸丁酯51.5g、(甲基)丙烯酸叔丁酯9.5g、(甲基)丙烯酸羟乙酯5.8g、(甲基)丙烯酸六氟异丙酯6.5g、苯乙烯26.5g、十二烷基硫酸钠0.8g、壬基酚聚氧化乙烯基醚1.6g、乙氧基化烷基酚硫酸铵1.5g、过硫酸钾0.55g、十六烷醇1.6g、去离子水150g；
步骤2预乳化：将十二烷基硫酸钠0.6g、壬基酚聚氧化乙烯基醚1.1g、乙氧基化烷基酚硫酸铵1.0g以及过硫酸钾0.25g加入到100g去离子水中，待溶解后再加入(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸六氟异丙酯、苯乙烯、以及十六烷醇0.7g，得到预乳化液；
步骤3聚合：在配置有温度计、搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的反应容器中，加入十二烷基硫酸钠0.2g、壬基酚聚氧化乙烯基醚0.5g、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.5g、过硫酸钾0.3g、十六烷醇0.9g、以及50g去离子水，搅拌均匀，待溶解后再向反应容器中通N215min，同时加热溶液使其升温至80℃，滴加步骤2中的预乳化液，滴加时间为3h，滴加完成后，继续升温5℃，反应3h，反应结束后再将反应物降温至40℃，调节PH至7.8，最后过滤得到丙烯酸乳液。本实施例中，丙烯酸乳液固含量为49.1％，烘干后的凝胶量为0.08，粘度为310mPa.s，粒径为296nm。
实施例2
一种水性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1称重：按照上述重量份称取(甲基)丙烯酸1.5g、(甲基)丙烯酸甲酯39.5g、(甲基)丙烯酸丁酯46g、(甲基)丙烯酸叔丁酯12.5g、(甲基)丙烯酸羟乙酯4.0g、(甲基)丙烯酸六氟丁酯7.5g、(甲基)丙烯酸异冰片酯8g、苯乙烯18.5g、十二烷基苯磺酸钠0.9g、壬基酚聚氧化乙烯基醚1.6g、乙氧基化烷基酚硫酸铵1.5g、过氧化苯甲酰0.7g、聚丙烯酸钠2.0g、去离子水150g；
步骤2预乳化：将十二烷基苯磺酸钠0.5g、壬基酚聚氧化乙烯基醚1.0g、乙氧基化烷基酚硫酸铵1.0g以及过氧化苯甲酰0.4g加入到100g去离子水中，待溶解后再加入(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸六氟丁酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、苯乙烯、以及聚丙烯酸钠1.0g，得到预乳化液；
步骤3聚合：在配置有温度计、搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的反应容器中，加入十二烷基苯磺酸钠0.4g、壬基酚聚氧化乙烯基醚0.6g、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.5g、过氧化苯甲酰0.3g、聚丙烯酸钠1.0g、以及50g去离子水，搅拌均匀，待溶解后再向反应容器中通N220min，同时加热溶液使其升温至80℃，滴加步骤2中的预乳化液，滴加时间为3h，滴加完成后，继续升温5℃，反应3h，反应结束后再将反应物降温至40℃，调节PH至7.5，最后过滤得到丙烯酸乳液。丙烯酸乳液固含量为47.8％，烘干后的凝胶量为0.11，粘度为266mPa.s，粒径为312nm。
实施例3
一种水性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1称重：按照上述重量份称取(甲基)丙烯酸2.0g、(甲基)丙烯酸甲酯33.5g、(甲基)丙烯酸丁酯46.5g、(甲基)丙烯酸羟乙酯5.0g、(甲基)丙烯酸六氟异丙酯7.5g、(甲基)丙烯酸异冰片酯22.5g、十二烷基硫酸钠0.8g、壬基酚聚氧化乙烯基醚1.6g、乙氧基化烷基酚硫酸铵1.5g、过硫酸钾1.3g、十六烷醇2.5g、去离子水150g；
步骤2预乳化：将十二烷基硫酸钠0.5g、壬基酚聚氧化乙烯基醚1.0g、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.8g以及过硫酸钾0.7g加入到100g去离子水中，待溶解后再加入(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸六氟异丙酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、以及十六烷醇1.5g，得到预乳化液；
步骤3聚合：在配置有温度计、搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的反应容器中，加入十二烷基硫酸钠0.3g、壬基酚聚氧化乙烯基醚0.6g、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.7g以及过硫酸钾0.6g、十六烷醇1.0g以及50g去离子水，搅拌均匀，待溶解后再向反应容器中通N225min，同时加热溶液使其升温至80℃，滴加步骤2中的预乳化液，滴加时间为3h，滴加完成后，继续升温5℃，反应3h，反应结束后再将反应物降温至40℃，调节PH至8.0，最后过滤得到丙烯酸乳液。丙烯酸乳液固含量为43.8％，烘干后的凝胶量为0.06，粘度为97mPa.s，粒径为263nm。
实施例4
一种水性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1称重：按照上述重量份称取(甲基)丙烯酸1.5g、(甲基)丙烯酸甲酯41.5g、(甲基)丙烯酸丁酯42.5g、(甲基)丙烯酸叔丁酯11.5g、(甲基)丙烯酸羟乙酯4.6g、(甲基)丙烯酸六氟丁酯5.5g、苯乙烯22g、十二烷基苯磺酸钠0.9g、壬基酚聚氧化乙烯基醚1.6g、乙氧基化烷基酚硫酸铵1.5g、过氧化苯甲酰0.9g、聚丙烯酸钠1.0g、去离子水150g；
步骤2预乳化：将十二烷基苯磺酸钠0.5g、壬基酚聚氧化乙烯基醚0.8g、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.7g以及过氧化苯甲酰0.5g加入到100g去离子水中，待溶解后再加入(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸六氟丁酯、苯乙烯、以及聚丙烯酸钠0.5g，得到预乳化液；
步骤3聚合：在配置有温度计、搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的反应容器中，加入十二烷基苯磺酸钠0.4g、壬基酚聚氧化乙烯基醚0.8g、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.8g、过氧化苯甲酰0.4g、聚丙烯酸钠0.5g、以及50g去离子水，搅拌均匀，待溶解后再向反应容器中通N230min，同时加热溶液使其升温至80℃，滴加步骤2中的预乳化液，滴加时间为3h，滴加完成后，继续升温5℃，反应3h，反应结束后再将反应物降温至40℃，调节PH至7.6，最后过滤得到丙烯酸乳液。丙烯酸乳液固含量为46.5％，烘干后的凝胶量为0.15，粘度为179mPa.s，粒径为233nm。
将实施例1～4中的水性丙烯酸乳液作为水性卷材涂料的原料，水性卷材涂料的制备方法如下：
步骤1：称取去离子水5g、乙二醇2g、tego-7550.6g、二乙醇胺1.3g、BYK-0280.1g、金红石型二氧化钛22g、实施例1～4中的丙烯酸乳液55g、纯甲醚化氨基树脂5g、BYK-3800.3g、Acrysol RM2020 3g；
步骤2：将乙二醇、tego-755、二乙醇胺、BYK-028、金红石型二氧化钛加入研磨机，并加入去离子水，进行混合搅拌并研磨，研磨成浆料备用；
步骤3：将步骤2中的浆料倒入反应器，同时在反应器中加入丙烯酸乳液、纯甲醚化氨基树脂、BYK-380，继续搅拌均匀得到半成品；
步骤4：最后在半成品中加入Acrysol RM2020，调节半成品粘度为75mPa.s，得到水性卷材涂料。
实施例1中，采用该水性卷材涂料涂覆卷材时，水性卷材涂料在150℃，7min的烘烤工艺条件下快速成膜；实施例2中，采用该水性卷材涂料涂覆卷材时，水性卷材涂料在130℃，15min的烘烤工艺条件下快速成膜；实施例3中，采用该水性卷材涂料涂覆卷材时，水性卷材涂料在160℃，5min的烘烤工艺条件下快速成膜；实施例4中，采用该水性卷材涂料涂覆卷材时，水性卷材涂料在140℃，10min的烘烤工艺条件下快速成膜。需要说明的是，自清洁性定义为漆膜涂层在没有受到外力能量的作用下，仅通过自然雨水的冲刷即可去除污染物的能力。测试自清洁性能的方式有炭黑实验、水接触角以及户外实验等。选取实施例1中的水性卷材涂料，采用户外实验进行自清洁测试。面漆为含有传统丙烯酸乳液的卷材涂料的卷材以及面漆为含有水性丙烯酸乳液的水性卷材涂料的卷材在户外3个星期后拍摄对比图片如图1a和图1b所示。由图1a和图1b可知，面漆为传统溶剂型涂料涂覆的卷材表面污渍不易清除，而面漆为水性卷材涂料的卷材表面污渍可以直接用手指擦拭。综上所述，水性卷材涂料的自清洁性能佳。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种水性丙烯酸乳液，其特征在于：包含以下重量组分的原料：
其中，复合乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合物，所述阴离子乳化剂和非离子乳化剂的重量组分比为0.2～0.3∶1。
2.根据权利要求1所述水性丙烯酸乳液，其特征在于：所述乙烯基单体包括丙烯酸单体、苯乙烯中的一种或者多种；所述丙烯酸单体包括(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸羟烷基酯、(甲基)丙烯酸六氟烷基酯以及(甲基)丙烯酸异冰片酯中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述水性丙烯酸乳液，其特征在于：所述阴离子乳化剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠中的至少一种；所述非离子乳化剂包括壬基酚聚氧化乙烯醚、乙氧基化烷基酚硫酸铵、壬基酚乙氧基化物、辛基酚乙氧基化物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述水性丙烯酸乳液，其特征在于：所述引发剂过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或者任意组合。
5.根据权利要求1所述水性丙烯酸乳液，其特征在于：所述助剂为十六烷、十六烷醇、1-戊醇、聚丙烯酸钠中的一种或者任意组合。
6.根据权利要求1～5所述任意一种丙烯酸乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1称重：按重量组分比称取乙烯基单体、复合乳化剂、引发剂、助剂、以及去离子水；
步骤2预乳化：将部分复合乳化剂以及部分引发剂加入到部分去离子水中，待溶解后再加入乙烯基单体、以及部分助剂，得到预乳化液；
步骤3聚合：将剩余部分的复合乳化剂加入到剩余的去离子水中，再依次添加剩余部分引发剂和剩余部分助剂，待溶解后再向反应容器中通保护气体N2，同时加热溶液使其升温至70～90℃，滴加步骤2中的预乳化液，滴加时间为2～5h，滴加完成后，继续升温5～10℃，反应2～5h，反应结束后再将反应物降温至30～50℃，调节PH至7～8，最后过滤得到水性丙烯酸乳液。
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