CN109337617A - 彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂及其制备方法，丙烯酸胶黏剂包括底胶黏剂和面胶黏剂，底胶黏剂的原料配方包括：205～255份丙烯酸软单体、120～150份丙烯酸硬单体、25～55份功能性可聚合单体、2～3份引发剂、0～4份非离子乳化剂、3.5～10份反应型乳化剂、45～65份其他助剂；面胶黏剂的原料配方包括：185～220份丙烯酸软单体、135～155份丙烯酸硬单体、25～55份功能性可聚合单体、2～5份引发剂、5～15份反应型乳化剂、0～10份硅烷偶联剂、40～50份纳米ITO/SiO2浆料、45～65份其他助剂。所述丙烯酸胶黏剂具有优异的隔热、耐水、耐候、耐污性和耐黄变性。

Description

彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑用胶黏剂材料领域，具体地，本发明涉及一种彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂及其制备方法。
背景技术
彩石金属瓦是采用高新技术生产的以防腐性能优异的镀铝锌钢板为基板，以耐候性极强的丙烯酸树脂为黏合剂，以彩色天然沙砾为面层的新型高级屋面材料。因其美观、轻巧、耐用、环保，近年来已经成为国际屋面材料的主流产品，国内高档建筑使用。丙烯酸酯聚合物作为瓦的特殊粘合材料，它使镀铝锌钢板与彩色砂粒进行良好粘结，作用非常大，同时作为表面的保护层，它又起到了防止雨水渗漏，吸收紫外线，保温隔热等作用，能延长砂粒色彩和金属瓦的寿命，保证了居住环境的舒适。
目前市场上所使用的彩石金属瓦用粘合剂在使用中存在一些缺陷，主要有两点：①彩石金属瓦加工过程需要高温烘烤(150～180℃*30min)才能将胶黏剂的性能体现出来，这导致需要浪费更多的能源；②粘接力弱，耐水性差，耐弯折性不好，易黄变，冷热交变适应性差(热粘冷脆)，导致彩石金属瓦的保质期短，不良品过多，造成了资源大量的损失和浪费，产品竞争力下降；③彩石金属瓦是以镀铝锌刚板为基材，其传热导热效果好，在炎热夏季阳光辐照下会导致室内温度很高。因此，研究一种具有优异隔热、耐水、耐候的高性能的彩石金属瓦用水性丙烯酸酯乳液粘合剂已成为急需解决的问题。
发明内容
基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种新的彩石金属瓦用丙烯酸胶黏剂，通过采用核壳结构的合成设计，制备出的彩石金属瓦用丙烯酸胶黏剂具有优异的隔热性、耐水性、耐弯折、耐候性、耐冷热交变性、冻融稳定性及机械稳定性，且还具有优异的耐污性和耐黄变性，此外，所述彩石金属瓦用丙烯酸胶黏剂在100℃以上具有很高的反应活性，从而降低彩石金属瓦生产过程的能耗，从160-180℃*30min降低到100-120℃*30min。
本发明的另一目的在于提供所述彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂的制备方法。
其技术方案如下：
彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂，包括底胶黏剂和面胶黏剂，所述底胶黏剂的原料配方组分包括：205～255份丙烯酸软单体、120～150份丙烯酸硬单体、25～55份功能性可聚合单体、2～3份引发剂、0～4份非离子乳化剂、3.5～10份反应型乳化剂、45～65份其他助剂；
所述面胶黏剂的原料配方组分包括：185～220份丙烯酸软单体、135～155份丙烯酸硬单体、25～55份功能性可聚合单体、2～5份引发剂、5～15份反应型乳化剂、0～10份硅烷偶联剂、40～50份纳米ITO/SiO2浆料、45～65份其他助剂；所述功能性可聚合单体包括丙烯酸、磷酸酯单体、N-羟甲基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸羟基酯。
在其中一个实施例中，所述纳米ITO/SiO2浆料通过如下方法制备得到：
1)S1、将9～11份纳米ITO粉末置于烧杯中，加入80-90份去离子水，磁力搅拌条件下加入3～4份硅烷偶联剂KH-550、1～2份润湿分散剂，搅拌20～30min中，再加入氨水调节pH至7～9，将溶液转至圆底烧瓶中，机械搅拌下1800～2000r/min搅拌1.5～2h，制得纳米ITO浆料；
S2、将9～11份纳米TiO2粉末置于烧杯中，加入80-90份去离子水，磁力搅拌条件下加入3～4份硅烷偶联剂KH-550、1～2份润湿分散剂，搅拌20～30min中，再加入氨水调节pH至7～9，将溶液转至圆底烧瓶中，机械搅拌下1800～2000r/min搅拌1.5～2h，制得纳米TiO2浆料；
S3、将纳米ITO浆料、TiO2浆料按照质量比8:1～10:1混合，机械搅拌1800～2000r/min搅拌30～60min，即得纳米ITO/SiO2浆料。
在其中一个实施例中，所述丙烯酸软单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯。
在其中一个实施例中，所述丙烯酸硬单体为甲基丙烯酸甲酯和/或丙烯酸甲酯。
在其中一个实施例中，所述非离子乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯酯、油酸聚氧乙烯酯中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述反应型乳化剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸钠盐、2-丙烯酸胺基-2-甲基-丙基磺酸铵盐中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述磷酸酯单体为PM-1、PM-2、PAM-200、COPS-3中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述(甲基)丙烯酸羟基酯为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙脂、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙脂中的一种或者多种。
在其中一个实施例中，所述其他助剂为多功能助剂、消泡剂、防霉剂、增稠剂和固化剂。
在其中一个实施例中，所述固化剂为氨基树脂，更具体地，所述固化剂为氰特325。
在其中一个实施例中，所述引发剂为过硫酸盐类引发剂。具体地，所述引发剂可以为过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述底胶黏剂的原料配方组分包括：
C组分(引发剂溶液)：过硫酸铵 2-3份；
水 90-110份；
在其中一个实施例中，所述面胶黏剂的原料配方组分包括：
H组分(引发剂溶液)：过硫酸铵 2-5份；
水 90-110份；
I组分(乳化剂溶液)：2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸 3-6份；
水 250-350份；
K组分 ITO/SiO2浆料 40～50份。
彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备底胶黏剂：
1)准备工序：配制A组分、B组分、C组分、D组分；
2)核混合单体、壳混合单体预乳化工序：将A组分、B组分各自预乳化20-60min；
3)种子乳液聚合工序：将D组分加入反应釜中搅拌均匀，然后加入15-25％的A组分，搅拌均匀，升温至60-70℃时加入40-60％的C组分，观察乳液有明显蓝光出现开始计时，控制温度78-82℃保温反应20-60min；
4)聚合工序：开始滴加剩下的A组分和5％-15％的C组分，温度控制在78-82℃之间，滴料时间为1.5-2小时，滴完后保温20-60min，再继续滴加B组分和余下的C组分，温度控制在78-82℃，滴料时间为2-2.5小时，滴完后升温到85-88℃，保温30-90min；
5)复配工序：降温到45-55℃，加入E组分，搅拌均匀即制得底胶黏剂；
(2)制备面胶黏剂：
1)准备工序：配制F组分、G组分、H组分、I组分、K组分；
2)核混合单体、壳混合单体预乳化工序：将F组分、G组分各自预乳化20-60min；
3)种子乳液聚合工序：将I组分加入反应釜中搅拌均匀，然后加入15-25％的F组分，搅拌均匀，升温至60-70℃时加入40-60％的H组分，观察乳液有明显蓝光出现开始计时，控制温度78-82℃保温反应20-60min；
4)聚合工序：开始滴加剩下的F组分和5％-15％的H组分，温度控制在78-82℃之间，滴料时间为1.5-2小时，滴完后保温20-60min，再继续滴加G组分和余下的H组分，温度控制在80-88℃，滴料时间为2.5-3小时，滴完后降温到55-60℃，加入40-60％的K组分，保温30-60min；
5)复配工序：降温到45-55℃，加入J组分及余下的K组分，搅拌均匀即制得面胶黏剂。
在其中一个实施例中，所述pH调节剂为二甲基乙醇胺和/或2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
在其中一个实施例中，所述复配工序为：降温到45-55℃，按顺序依次加入多功能助剂、消泡剂、防霉剂、增稠剂、氨基树脂。
本发明中，底胶黏剂和面胶黏剂用于彩石瓦的方法为：
彩石瓦制备：
1)先将基板压制成型，去除油污和灰尘；
2)在基板上喷涂底胶黏剂，再洒上彩色砂砾，放置于100-120℃烘5分钟进行表干；
3)再取出降温到50℃，喷涂面胶黏剂，在放置于100-120℃烘25分钟进行实干，取出，放置冷却至室温，即得到彩石瓦。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用核壳结构的合成工艺设计，制备出的彩石金属瓦用丙烯酸胶黏剂具有优异的柔韧性好，耐脏不沾灰、冷热交变环境下适应性强，易施工、抗流挂性能好，对彩色砂粒的显色性好，光泽高，附着力好，耐水性好；
(2)本发明在面胶的聚合工序阶段加入部分纳米ITO/SiO2浆料，纳米ITO/SiO2在单体完全聚合之前就掺入到面胶中，分散更均匀，纳米ITO/SiO2浆料同时具有ITO的辐射隔热和TiO2的反射隔热功能，两者搭配使用，能够有利于提高面胶黏剂对光的阻隔率，提高隔热效果；
(3)本发明通过在单体中引入磷酸酯等功能性单体和有机硅基团、固化剂，在进一步提高了耐水性和附着力的同时，提高了乳液粘合剂的耐候性、耐污性和耐老化性，特别是耐污性，按照GB/T 9780-2005测试方法进行检测，漆膜完全不粘灰；
(4)本发明采用丙烯酸单体，而不用苯乙烯这类不耐黄变的单体，所以具有很好的耐黄变性能；
(5)本发明使用中温固化剂氨基树脂(氰特325)，搭配pH调节剂使用，加上设计好在复配工序的投料顺序，使其在常温下保持很好的储存稳定性的同时，在100℃以上具有很高的反应活性，从而降低彩石金属瓦生产过程的能耗，从160-180℃*30min降低到100-120℃*30min；
(6)本发明所述的彩石金属瓦用丙烯酸胶黏剂不含VOC，对环境污染小，安全环保；
(7)本发明所述的彩石金属瓦用丙烯酸胶黏剂漆膜清晰透明，对彩石润湿显色性好。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
以下实施例1和实施例2所述的所述纳米ITO/SiO2浆料通过如下方法制备得到：
1)S1、将10份纳米ITO粉末置于烧杯中，加入85份去离子水，磁力搅拌条件下加入3.5份硅烷偶联剂KH-550、1.5份润湿分散剂，搅拌20～30min中，再加入氨水调节pH至7～9，将溶液转至圆底烧瓶中，机械搅拌下1800～2000r/min搅拌1.5～2h，制得纳米ITO浆料；
S2、将10份纳米TiO2粉末置于烧杯中，加入85份去离子水，磁力搅拌条件下加入3.5份硅烷偶联剂KH-550、1.5份润湿分散剂，搅拌20～30min中，再加入氨水调节pH至7～9，将溶液转至圆底烧瓶中，机械搅拌下1800～2000r/min搅拌1.5～2h，制得纳米TiO2浆料；
S3、将纳米ITO浆料、TiO2浆料按照质量比9:1混合，机械搅拌1800～2000r/min搅拌30～60min，即得纳米ITO/SiO2浆料。
实施例1
一种彩石金属瓦用丙烯酸酯乳液粘合剂，包括底胶黏剂和面胶黏剂，所述底胶黏剂的原料配方组分如下：
C组分(引发剂溶液)：过硫酸铵 2.5份；
去离子水 100份；
D组分(乳化剂溶液)：琥珀酸酯 1.5份；
2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸 3份；
去离子水 300份；
所述面胶黏剂的原料配方组分如下：
H组分(引发剂溶液)：过硫酸铵 2.5份；
去离子水 100份；
I组分(乳化剂溶液)：2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸 4.5份；
去离子水 300份；
K组分 ITO/SiO2浆料 50份。
所述彩石金属瓦用丙烯酸胶黏剂的制备方法如下：
(1)制备底胶黏剂：
1)准备工序：配制A组分、B组分、C组分、D组分；
2)核混合单体、壳混合单体预乳化工序：将A组分和B组分各自预乳化0.5小时后备用；
3)种子乳液聚合工序：将D组分加入反应釜中搅拌均匀，加入20％的A组分，搅拌均匀，搅拌状态下升温到65℃，加入50％的C组分，观察乳液有明显蓝光出现，开始计时，将温度控制在78-82℃之间，保温0.5小时；
4)聚合工序：开始滴加剩下的A组分和10％的C组分，温度控制在78-82℃之间，滴料时间为1.5-2小时，滴完后保温0.5小时，再继续滴加B组分和40％的C组分，温度控制在78-82℃，滴料时间为2-2.5小时，滴完后升温到85-88℃，保温1小时；
5)复配工序：降温到50℃，依次加入AMP-95、A202、MB-16、RHEOLATE 278、氨基树脂，搅拌均匀，测试乳液的粘度、pH值和固含量，合格(粘度8000-10000mPa.s，pH为7～9，固含量40％～45％)后，过滤出料，即制得底胶黏剂。
(2)制备面胶黏剂
1)准备工序：配制F组分、G组分、H组分、I组分、K组分；
2)核混合单体、壳混合单体预乳化工序：将F组分和G组分各自预乳化0.5小时后备用；
3)种子乳液聚合工序：将I组分加入反应釜中搅拌均匀，加入20％的F组分，搅拌均匀，搅拌状态下升温到65℃，加入50％的H组分，观察乳液有明显蓝光出现，开始计时，将温度控制在78-82℃之间，保温0.5小时；
4)聚合工序：开始滴加剩下的F组分和10％的H组分，温度控制在78-82℃之间，滴料时间为1.5-2小时，滴完后保温0.5小时，再继续滴加G组分和40％的H组分，温度控制在80-88℃，滴料时间为2.5-3小时，滴完后降温到55-60℃，加入40-60％的K组分，保温1小时；
5)复配工序：降温到50℃，依次加入J组分中的AMP-95、A202、MB-16、RHEOLATE278、氨基树脂及余下的K组分，搅拌均匀，测试乳液的粘度、pH值和固含量，合格(粘度8000-10000mPa.s，pH为7～9，固含量40～45％)后，过滤出料，即制得面胶黏剂。
按如下方法制备彩石瓦：
1)取镀铝锌钢板为基板，去除油污和灰尘；
2)在基板上喷涂底胶黏剂，再洒上彩色砂砾，放置于100-120℃烘5分钟进行表干；
3)再取出降温到50℃，喷涂面胶黏剂，在放置于100-120℃烘25分钟进行实干，取出，放置冷却至室温，即得到彩石瓦。
其性能测试结果见表1(漆膜均在100～120℃*30，min条件下制备，附着力的测试是在喷涂面胶黏剂之前)。
表1
注*：将喷涂了面胶的彩石瓦与未喷涂面胶的彩石瓦分别置于隔热膜温度测试灯箱LS301的左右壁室，红外灯照射120S后，记录左右隔壁室内的温度，通过差值评判面胶的隔热性。
实施例2
一种彩石金属瓦用丙烯酸酯乳液粘合剂，包括底胶黏剂和面胶黏剂，所述底胶黏剂的原料配方组分如下：
C组分(引发剂溶液)：过硫酸铵 2.5份；
去离子水 100份；
D组分(乳化剂溶液)：月桂酸聚氧乙烯酯 3份；
2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸 1.5份；
去离子水 300份；
所述面胶黏剂的原料配方组分如下：
H组分(引发剂溶液)：过硫酸铵 2.5份；
去离子水 100份；
I组分(乳化剂溶液)：2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸 4.5份；
去离子水 300份；
K组分 ITO/SiO2浆料 45份
本实施例2所述彩石金属瓦用丙烯酸酯乳液粘合剂的制备方法与实施例1基本相同，此处不再赘述。
其性能测试方法与实施例1相同，结果见表2(漆膜均在100～120℃*30，min条件下制备，附着力的测试是在喷涂面胶黏剂之前)。
表2
从表1和表2的性能测试结果可知，本发明制备的彩石金属瓦用丙烯酸胶黏剂具有优异的隔热性能、耐水性、耐弯折、耐候性、耐冷热交变性、冻融稳定性及机械稳定性，且还具有优异的耐污性和耐黄变性，在100-120℃条件下30min即可固化，能耗低，且漆膜清晰透明，对彩石润湿显色性好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂，其特征在于，包括底胶黏剂和面胶黏剂，所述底胶黏剂的原料配方组分包括：205～255份丙烯酸软单体、120～150份丙烯酸硬单体、25～55份功能性可聚合单体、2～3份引发剂、0～4份非离子乳化剂、3.5～10份反应型乳化剂、45～65份其他助剂；
所述面胶黏剂的原料配方组分包括：185～220份丙烯酸软单体、135～155份丙烯酸硬单体、25～55份功能性可聚合单体、2～5份引发剂、5～15份反应型乳化剂、0～10份硅烷偶联剂、40～50份纳米ITO/SiO2浆料、45～65份其他助剂；所述功能性可聚合单体包括丙烯酸、磷酸酯单体、N-羟甲基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸羟基酯。
2.根据权利要求1所述的彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂，其特征在于，其中，所述纳米ITO/SiO2浆料通过如下方法制备得到：
1)S1、将9～11份纳米ITO粉末置于烧杯中，加入80-90份去离子水，磁力搅拌条件下加入3～4份硅烷偶联剂KH-550、1～2份润湿分散剂，搅拌20～30min中，再加入氨水调节pH至7～9，将溶液转至圆底烧瓶中，机械搅拌下1800～2000r/min搅拌1.5～2h，制得纳米ITO浆料；
S2、将9～11份纳米TiO2粉末置于烧杯中，加入80-90份去离子水，磁力搅拌条件下加入3～4份硅烷偶联剂KH-550、1～2份润湿分散剂，搅拌20～30min中，再加入氨水调节pH至7～9，将溶液转至圆底烧瓶中，机械搅拌下1800～2000r/min搅拌1.5～2h，制得纳米TiO2浆料；
S3、将纳米ITO浆料、TiO2浆料按照质量比8:1～10:1混合，机械搅拌1800～2000r/min搅拌30～60min，即得纳米ITO/SiO2浆料。
3.根据权利要求1所述的彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂，其特征在于，所述其他助剂为多功能助剂、消泡剂、防霉剂、增稠剂和固化剂。
4.根据权利要求1所述的彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂，其特征在于，所述底胶黏剂的原料配方组分包括：
C组分(引发剂溶液)：过硫酸铵 2-3份；
水 90-110份；
5.根据权利要求1所述的彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂，其特征在于，所述面胶黏剂的原料配方组分包括：
H组分(引发剂溶液)：过硫酸铵 2-5份；
水 90-110份；
I组分(乳化剂溶液)：2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸 3-6份；
水 250-350份；
K组分 ITO/SiO2浆料 40～50份。
6.彩石金属瓦用具有隔热性能的丙烯酸胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备底胶黏剂：
1)准备工序：配制A组分、B组分、C组分、D组分；
2)核混合单体、壳混合单体预乳化工序：将A组分、B组分各自预乳化20-60min；
3)种子乳液聚合工序：将D组分加入反应釜中搅拌均匀，然后加入15-25％的A组分，搅拌均匀，升温至60-70℃时加入40-60％的C组分，观察乳液有明显蓝光出现开始计时，控制温度78-82℃保温反应20-60min；
4)聚合工序：开始滴加剩下的A组分和5％-15％的C组分，温度控制在78-82℃之间，滴料时间为1.5-2小时，滴完后保温20-60min，再继续滴加B组分和余下的C组分，温度控制在78-82℃，滴料时间为2-2.5小时，滴完后升温到85-88℃，保温30-90min；
5)复配工序：降温到45-55℃，加入E组分，搅拌均匀即制得底胶黏剂；
(2)制备面胶黏剂：
1)准备工序：配制F组分、G组分、H组分、I组分、K组分；
2)核混合单体、壳混合单体预乳化工序：将F组分、G组分各自预乳化20-60min；
3)种子乳液聚合工序：将I组分加入反应釜中搅拌均匀，然后加入15-25％的F组分，搅拌均匀，升温至60-70℃时加入40-60％的H组分，观察乳液有明显蓝光出现开始计时，控制温度78-82℃保温反应20-60min；
4)聚合工序：开始滴加剩下的F组分和5％-15％的H组分，温度控制在78-82℃之间，滴料时间为1.5-2小时，滴完后保温20-60min，再继续滴加G组分和余下的H组分，温度控制在80-88℃，滴料时间为2.5-3小时，滴完后降温到55-60℃，加入40-60％的K组分，保温30-60min；
5)复配工序：降温到45-55℃，加入J组分及余下的K组分，搅拌均匀即制得面胶黏剂。
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