CN108586657A - 水性涂料用的丙烯酸乳液 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种水性涂料用的丙烯酸乳液，包括以下原料：羟基甲基丙烯酸甲酯160～180份、苯乙烯80～100份、丙烯酸铵13～17份、硅溶胶65～95份、丙烯酸异辛酯40～50份、丙烯酸α‑乙基己酯100～110份、功能性单体15～25份、水400～460份、引发剂1.5～2.5份、pH调节剂3～4份与乳化剂2～6份。制备方法：1)核层单体预乳液制备；2)壳层单体预乳液制备；3)引发剂溶液制备；4)种子乳液的制备；5)向步骤4)的种子乳液中滴加余下的引发剂溶液，保温20～30min，再滴加壳层单体预乳液，控制滴加速度，1.5～2.5小时，保温1～2小时，降温出料，即可。该丙烯酸乳液具有安全无毒、低成本、涂布性好、耐热性好、耐刮擦性好、附着力佳等优点。

Description

水性涂料用的丙烯酸乳液

技术领域

本发明属于丙烯酸乳液技术领域，具体涉及一种水性涂料用的丙烯酸乳液。

背景技术

在国民经济快速发展的当今社会，人们的环保意识日益增强，低VOC(挥发性有机物)甚至零VOC的环保型涂料越来越受欢迎。而树脂的水性化是降低VOC的一个有效手段，满足可持续发展需求，因此开发高性能的水性涂料成为人们关注的重点。

有机/无机复合材料兼具有机物和无机物的优点，既可以保持有机高分子透明性、柔韧性、易加工等特点，又具有无机物的耐擦拭、耐溶剂、高硬度等特点，因此具有更广阔的应用前景。

鉴于目前节能减排的大环境，烟草包装行业也在逐步实现包装涂料水性化的目标。其中，丙烯酸酯乳液因其成本低、附着力好、成膜性好、耐候性佳等优点而具有良好的研发前景，但其热粘冷脆、硬度低、耐沾污性差等缺点又限制了其应用范围。上述种种因素制约了烟草包装方面丙烯酸乳液的应用，需要一款环保型的耐温好、低VOC、耐湿擦的水性烟衬直镀用丙烯酸乳液。

纳米颗粒具有较大的比表面积和较高的表面活性，与聚合物混合后，容易产生较强的物理或化学作用，起到增加混合物硬度和强度的作用，同时又弥补了纳米颗粒自身与基质表面粘接力相对弱的缺点。因此，纳米颗粒被广泛应用于聚合物的改性当中。但是，由于聚合物的极性相对差，使得纳米二氧化硅颗粒与聚合物的相容性比较差，纳米颗粒容易团聚而影响了改性效果。如何通过硅溶胶对丙烯酸乳液进行改性，实现乳液性能的提升，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出一种水性涂料用的丙烯酸乳液，该丙烯酸乳液具有安全无毒、低成本、涂布性好、耐热性好、耐刮擦性好、附着力佳等优点，并且能够增强耐盐雾与耐腐蚀性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种水性涂料用的丙烯酸乳液，按照重量份数计算，包括以下原料：

羟基甲基丙烯酸甲酯160～180份、苯乙烯80～100份、丙烯酸铵13～17份、硅溶胶65～95份、丙烯酸异辛酯40～50份、丙烯酸α-乙基己酯100～110份、功能性单体15～25份、水400～460份、引发剂1.5～2.5份、pH调节剂3～4份与乳化剂2～6份。

优选地，所述硅溶胶选自无离子型硅溶胶、碱性硅溶胶或者醇类硅溶胶。

优选地，所述功能性单体选自丙烯酸羟乙酯、丙烯酸与甲基丙烯酸中的一种或者多种。

优选地，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵或者过硫酸钠中的一种或者多种。

优选地，所述乳化剂选自阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的混合物。

优选地，所述阴离子型乳化剂选自甲基丙烯基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠与十二烷基硫酸钠中的一种或者多种，所述非离子型乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚类、烷基酚聚氧乙烯醚类与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯类的一种或者多种。

优选地，所述阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的质量比为4～6:1。

本发明的另一个目的是提供一种水性涂料用的丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)核层单体预乳液制备：按照重量份数计算，称取羟基甲基丙烯酸甲酯160～180份、苯乙烯80～100份与丙烯酸铵13～17份进行混合得到单体混合物A，称取80～100份水与乳化剂1～3份混合得到A溶液，向A溶液中缓慢滴加单体混合物A，得到核层单体预乳液；

2)壳层单体预乳液制备：按照重量份数计算，称取丙烯酸异辛酯40～50份、丙烯酸α-乙基己酯100～110份、功能性单体15～25份进行混合得到单体混合物B，称取80～100份水与乳化剂0.5～1份混合得到B溶液，向B溶液中缓慢滴加混合物B，得到壳层单体预乳液；

3)引发剂溶液制备：称取60～80份水与引发剂1.5～2.5份搅拌均匀得到引发剂溶液；

4)种子乳液的制备：称取硅溶胶65～95份、pH调节剂3～4份、余下的水及余下的乳化剂混合搅拌均匀，升温至75℃～85℃，保持恒温，然后滴加30～40wt％的引发剂溶液，再滴加核层单体预乳液，保温40～60min，得到种子乳液；

5)向步骤4)的种子乳液中滴加余下的引发剂溶液，保温20～30min，再滴加壳层单体预乳液，控制滴加速度，1.5～2.5小时，保温1～2小时，降温出料，即可。

本发明的有益效果：

1、本发明的水性涂料用的丙烯酸乳液中选择羟基甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯与丙烯酸铵制备而成的核壳单体，然后与硅溶胶在乳化剂的作用下，不需要传统的硅烷偶联剂或者其他改性剂的辅助作用，就能够提高硅溶胶与聚合物之间的相容性，核壳包覆性好、稳定性佳等特征，使其涂膜具有高透明性、耐水性、硬度高、附着力强等性能，同时具有良好的耐沾污性、耐热性、耐酸碱等性能。

2、本发明的水性涂料用的丙烯酸乳液的pH值为6.5～7.5，固含量为48～52％，粘度(25℃3号转子60转)小于500厘泊，粒径180～200nm。该丙烯酸乳液可以用作醇酸树脂的涂料中，解决由于碱性环境使醇酸树脂主链上的酯键易于水解的问题。

具体实施方式

实施例1

一种水性涂料用的丙烯酸乳液，按照重量份数计算，包括以下原料：

羟基甲基丙烯酸甲酯170份、苯乙烯90份、丙烯酸铵15份、碱性硅溶胶80份、丙烯酸异辛酯46份、丙烯酸α-乙基己酯105份、甲基丙烯酸20份、水430份、过硫酸铵2份、pH调节剂3.4份与乳化剂4份。乳化剂选自阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的混合物，阴离子型乳化剂为甲基丙烯基磺酸钠，非离子型乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类，阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的质量比为5:1。

水性涂料用的丙烯酸乳液的制备方法：

1)核层单体预乳液制备：按照重量份数计算，称取羟基甲基丙烯酸甲酯170份、苯乙烯90份与丙烯酸铵15份进行混合得到单体混合物A，称取80份水与乳化剂1份混合得到A溶液，向A溶液中缓慢滴加单体混合物A，得到核层单体预乳液；

2)壳层单体预乳液制备：按照重量份数计算，称取丙烯酸异辛酯46份、丙烯酸α-乙基己酯105份、甲基丙烯酸20份进行混合得到单体混合物B，称取90份水与乳化剂0.5份混合得到B溶液，向B溶液中缓慢滴加混合物B，得到壳层单体预乳液；

3)引发剂溶液制备：称取70份水与过硫酸铵2份搅拌均匀得到引发剂溶液；

4)种子乳液的制备：称取碱性硅溶胶80份、pH调节剂3.4份、余下的水及余下的乳化剂混合搅拌均匀，升温至80℃，保持恒温，然后滴加35wt％的引发剂溶液，再滴加核层单体预乳液，保温40min，得到种子乳液；

5)向步骤4)的种子乳液中滴加余下的引发剂溶液，保温20min，再滴加壳层单体预乳液，控制滴加速度，1.5小时，保温1小时，降温出料，即可。

实施例2

一种水性涂料用的丙烯酸乳液，按照重量份数计算，包括以下原料：

羟基甲基丙烯酸甲酯160份、苯乙烯80份、丙烯酸铵17份、碱性硅溶胶65份、丙烯酸异辛酯50份、丙烯酸α-乙基己酯100份、甲基丙烯酸15份、水400份、过硫酸钾1.5份、pH调节剂3份与乳化剂2份。乳化剂选自阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的混合物，阴离子型乳化剂为十二烷基苯磺酸钠与十二烷基硫酸钠，非离子型乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯类，阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的质量比为4:1。

水性涂料用的丙烯酸乳液的制备方法：

1)核层单体预乳液制备：按照重量份数计算，称取羟基甲基丙烯酸甲酯160份、苯乙烯80份与丙烯酸铵17份进行混合得到单体混合物A，称取100份水与乳化剂1份混合得到A溶液，向A溶液中缓慢滴加单体混合物A，得到核层单体预乳液；

2)壳层单体预乳液制备：按照重量份数计算，称取丙烯酸异辛酯50份、丙烯酸α-乙基己酯100份、甲基丙烯酸15份进行混合得到单体混合物B，称取80份水与乳化剂0.5份混合得到B溶液，向B溶液中缓慢滴加混合物B，得到壳层单体预乳液；

3)引发剂溶液制备：称取80份水与过硫酸钾1.5份搅拌均匀得到引发剂溶液；

4)种子乳液的制备：称取硅溶胶65份、pH调节剂3份、余下的水及余下的乳化剂混合搅拌均匀，升温至75℃，保持恒温，然后滴加30wt％的引发剂溶液，再滴加核层单体预乳液，保温60min，得到种子乳液；

5)向步骤4)的种子乳液中滴加余下的引发剂溶液，保温30min，再滴加壳层单体预乳液，控制滴加速度，2.5小时，保温2小时，降温出料，即可。

实施例3

一种水性涂料用的丙烯酸乳液，按照重量份数计算，包括以下原料：

羟基甲基丙烯酸甲酯180份、苯乙烯100份、丙烯酸铵13份、无离子型硅溶胶95份、丙烯酸异辛酯40份、丙烯酸α-乙基己酯110份、丙烯酸羟乙酯25份、水460份、过硫酸铵2.5份、pH调节剂4份与乳化剂6份。乳化剂选自阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的混合物，阴离子型乳化剂为甲基丙烯基磺酸钠与十二烷基苯磺酸钠，非离子型乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类、烷基酚聚氧乙烯醚类与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯类，阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的质量比为6:1。

水性涂料用的丙烯酸乳液的制备方法：

1)核层单体预乳液制备：按照重量份数计算，称取羟基甲基丙烯酸甲酯180份、苯乙烯100份与丙烯酸铵17份进行混合得到单体混合物A，称取90份水与乳化剂1份混合得到A溶液，向A溶液中缓慢滴加单体混合物A，得到核层单体预乳液；

2)壳层单体预乳液制备：按照重量份数计算，称取丙烯酸异辛酯40份、丙烯酸α-乙基己酯110份、丙烯酸羟乙酯25份进行混合得到单体混合物B，称取80份水与乳化剂1份混合得到B溶液，向B溶液中缓慢滴加混合物B，得到壳层单体预乳液；

3)引发剂溶液制备：称取80份水与过硫酸铵2.5份搅拌均匀得到引发剂溶液；

4)种子乳液的制备：称取无离子型硅溶胶95份、pH调节剂4份、余下的水及余下的乳化剂混合搅拌均匀，升温至75℃，保持恒温，然后滴加40wt％的引发剂溶液，再滴加核层单体预乳液，保温60min，得到种子乳液；

5)向步骤4)的种子乳液中滴加余下的引发剂溶液，保温20min，再滴加壳层单体预乳液，控制滴加速度，2.5小时，保温2小时，降温出料，即可。

试验例

将水性涂料用的丙烯酸乳液按涂布量要求稀释到23％的固含量，用200目钢辊涂布到PET薄膜上，经温度125℃、时间12s连续烘干，固化成膜，经测试，经测试，耐温100℃，且使用蘸水棉棒擦拭40次便损坏，结果见表1。且水性涂料用的丙烯酸乳液稳定性较好，50℃环境下放置10天也不会凝胶。

表1本发明的水性涂料用的丙烯酸乳液的性能

	耐温/℃	耐湿擦/次	稳定性
				实施例1	126℃	106	50℃10天
实施例2	122℃	100	50℃10天
				实施例3	130℃	112	50℃10天

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水性涂料用的丙烯酸乳液，其特征在于，按照重量份数计算，包括以下原料：

羟基甲基丙烯酸甲酯160～180份、苯乙烯80～100份、丙烯酸铵13～17份、硅溶胶65～95份、丙烯酸异辛酯40～50份、丙烯酸α-乙基己酯100～110份、功能性单体15～25份、水400～460份、引发剂1.5～2.5份、pH调节剂3～4份与乳化剂2～6份。

2.根据权利要求1所述的水性涂料用的丙烯酸乳液，其特征在于，所述硅溶胶选自无离子型硅溶胶、碱性硅溶胶或者醇类硅溶胶。

3.根据权利要求1所述的水性涂料用的丙烯酸乳液，其特征在于，所述功能性单体选自丙烯酸羟乙酯、丙烯酸与甲基丙烯酸中的一种或者多种。

4.根据权利要求1所述的水性涂料用的丙烯酸乳液，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵或者过硫酸钠中的一种或者多种。

5.根据权利要求1所述的水性涂料用的丙烯酸乳液，其特征在于，所述乳化剂选自阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的混合物。

6.根据权利要求5所述的水性涂料用的丙烯酸乳液，其特征在于，所述阴离子型乳化剂选自甲基丙烯基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠与十二烷基硫酸钠中的一种或者多种，所述非离子型乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚类、烷基酚聚氧乙烯醚类与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯类的一种或者多种。

7.根据权利要求5所述的水性涂料用的丙烯酸乳液，其特征在于，所述阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的质量比为4～6:1。

8.如权利要求1所述的水性涂料用的丙烯酸乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)核层单体预乳液制备：按照重量份数计算，称取羟基甲基丙烯酸甲酯160～180份、苯乙烯80～100份与丙烯酸铵13～17份进行混合得到单体混合物A，称取80～100份水与乳化剂1～3份混合得到A溶液，向A溶液中缓慢滴加单体混合物A，得到核层单体预乳液；

2)壳层单体预乳液制备：按照重量份数计算，称取丙烯酸异辛酯40～50份、丙烯酸α-乙基己酯100～110份、功能性单体15～25份进行混合得到单体混合物B，称取80～100份水与乳化剂0.5～1份混合得到B溶液，向B溶液中缓慢滴加混合物B，得到壳层单体预乳液；

3)引发剂溶液制备：称取60～80份水与引发剂1.5～2.5份搅拌均匀得到引发剂溶液；

4)种子乳液的制备：称取硅溶胶65～95份、pH调节剂3～4份、余下的水及余下的乳化剂混合搅拌均匀，升温至75℃～85℃，保持恒温，然后滴加30～40wt％的引发剂溶液，再滴加核层单体预乳液，保温40～60min，得到种子乳液；

5)向步骤4)的种子乳液中滴加余下的引发剂溶液，保温20～30min，再滴加壳层单体预乳液，控制滴加速度，1.5～2.5小时，保温1～2小时，降温出料，即可。