CN109880014A - 一种超支化型有机硅-丙烯酸酯乳液的制备及在人造板中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及人造板领域，更具体的说涉及一种超支化有机硅‑丙烯酸酯乳液的制备及在人造板中的应用。首先合成了一种超支化有机硅聚合物，然后和甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯在复合乳化剂十二烷基硫酸钠（SDS）、OP‑10、引发剂（APS）的作用下，从而合成了一种超支化有机硅‑丙烯酸酯乳液。将该超支化有机硅‑丙烯酸酯乳液在人造板成型过程中加入，结果显示具有很好的防水和耐热效果，而且稳定性好，效果持久，合成工艺简便，易工业化，是一种性能优良的人造板防水剂。
Description
技术领域
本发明涉及人造板技术领域，特别涉及一种用于提高人造板耐水性的超支化有机硅-丙烯酸酯乳液，还涉及其制备方法。
背景技术
随着家居装饰市场的发展和人们生活水平的提高，地人造板材料正向多样化发展。人造板以其强度大、耐磨、实用、易清洗等特点用来制造用广告牌招牌、地板、桌椅、标记牌、卫生间装修、运装箱、建筑模板、车辆内部装修、商店门面装饰等。自2004年开始，我国人造板行业进入了一个飞速发展阶段。每年新增的企业数均在500家左右，行业资产规模也逐年扩大，其环比增速均在12%以上，因此对人造板的各项物理力学性能，特别是防水性能的要求也越来越高。众所周知，以植物纤维为原料制成的人造板，其结合点之间仍具有多孔隙的特点，一经吸湿、吸水之后就会引起人造板的变形、膨胀和减弱强度，从而影响其应用范围和使用寿命。为了降低人造板的吸湿、吸水性，提高防水效果，就必须在人造板生产过程中添加疏水性的物质，最有效的防水剂是乳液类防水剂，就防水原理而言，干燥后成一层致密的膜，可以防止木纤维吸水，常用的乳液有聚丙烯酸酯乳液，但是丙烯酸酯分子链中含有极性酯基，所以其耐水性较差，涂膜吸水后容易发白，且其高温下变得粘稠，耐高温性能较差，由此限制了其应用范围。
本发明专利旨在制备一种超支化乳液，使得有更加均匀和致密的膜包覆在每一个木纤维颗粒上，进而提高其防水和耐高温性能。
超支化聚合物具有三维立体网状结构，活性位点多，粘度小，与基体融合性好，具有广阔的应用前景，目前在光电材料、涂料、粘合剂、纳米科技、药物运载等领域都表现出了巨大的应用价值。
发明内容
为了解决人造板防水性不好等问题，本发明提供了一种用于改善人造板防水和耐高温性能的超支化有机硅-丙烯酸酯乳液。
本发明还提供了所述超支化乳液的制备方法。
本发明是通过以下措施实现的：
一种超支化有机硅-丙烯酸酯乳液的制备及其在人造板中的应用，其特征在于所述超支化有机硅-丙烯酸酯乳液含有大量的有机硅。
首先要得到超支化有机硅-丙烯酸酯乳液，就要先制备超支化有机硅。
1.所述的超支化有机硅是通过以下步骤得到的：
(1)AB2单体的合成
叔丁基甲基硅氧烷基乙醛和2倍摩尔量的丙烯酸羟乙酯通过缩醛聚合反应，如下：
(2)端双键有机硅超支化聚合物的合成
AB2单体在karstedt催化剂的作用下发生加成反应，以得到的第一代超支化有机硅聚合物为例，得到如下结构：
。
2.将得到的超支化有机硅用于在丙烯酸酯乳液聚合时的单体，合成超支化有机硅-丙烯酸酯乳液
(1) 合成的超支化有机硅和甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯在复合乳化剂十二烷基硫
酸钠（SDS）、OP-10的作用下，合成超支化有机硅-丙烯酸酯乳液。
所述AB2单体得到的超支化有机硅聚合物，AB2单体的摩尔比为1：2、1：4、1：8、1：16分别得到第一代、第二代、第三代、第四代不同代数的超支化有机硅聚合物。
所述端基是双键的超支化有机硅聚合物和甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、去离子水在SDS、OP-10和引发剂过硫酸铵（APS）的作用下，75℃反应30min，此时去离子水的用量为总用水量1/3。
所述超支化有机硅-丙烯酸酯乳液，将剩余的去离子水加入反应2h。
所述超支化有机硅-丙烯酸酯乳液，其中甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的用量等摩尔。
所述第一代、第二代、第三代、第四代超支化有机硅-丙烯酸酯乳液，超支化有机硅聚合物、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的摩尔比分别是1：4：4、1：8：8、1：16：16、1：32：32。
人造板成型中加入超支化有机硅-丙烯酸酯乳液做防水剂，本发明引入含有大量的有机硅的超支化聚合物，使得此类防水剂形成一层更加致密的膜，既可以达到国标要求的防水效果，也可以提高其耐热性能，并且由于超支化聚合物具有三维立体网状结构，支链多，活性点多，引入极性基团能够很好的与脲醛胶结合，非极性基团可以起到疏水作用，从根本上解决其防水的问题。
本发明的有益效果：
本发明用作防水剂的超支化聚合物能够显著改善人造板防水效果不稳定，同时提高人造板的耐热性能，是一种稳定性好，效果持久，合成工艺简单，便于工业化生产的防水剂，具有很好的市场发展前景。
具体实施方式
以下是对本发明具体实施方法更为详尽的陈述，目的在于阐述本发明的构思以及特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
实施方法一
（1）量取69.8ml（0.40mol）叔丁基甲基硅氧烷基乙醛、84.4g（0.80mol）丙烯酸羟乙酯，首先将叔丁基甲基硅氧烷基乙醛加入带有磁力搅拌器的三口烧瓶中，将催化剂TsOH.H2O放入三口瓶内，再将丙烯酸羟乙酯安装在放入叔丁基甲基硅氧烷基乙醛的三口瓶上的滴液漏斗中，边滴加边搅拌，滴加完将温度升至80℃反应10h，反应的产物即为AB2型单体。在上述体系中先加入160 mL甲苯（甲苯为带水剂），得到的AB2型单体发生硅氢加成反应，加入0.500g karstedt作催化剂，然后开始加热，直至沸腾，球形冷凝管中有回流产生，将温度升至40℃反应6h得到超支化有机硅聚合物。
（2）量取63.6ml（0.60mol）甲基丙烯酸甲酯、86.5ml（0.60mol）丙烯酸丁酯、90.898g 超支化有机硅、去离子水在SDS、OP-10和引发剂过硫酸铵（APS）的作用下，75℃反应30min，再加入剩余的水反应2h，降温即得超支化有机硅-丙烯酸酯乳液。
（3）取木纤维、脲醛胶和3~12%的超支化乳液投入反应釜中混合，然后出料在温度为165℃，压力为15MPa下热压10min后成型，得到耐水和耐热性能较好的人造板。
实施方法二
（1）量取69.8ml（0.40mol）叔丁基甲基硅氧烷基乙醛、84.4g（0.80mol）丙烯酸羟乙酯，首先将叔丁基甲基硅氧烷基乙醛加入带有磁力搅拌器的三口烧瓶中，将催化剂TsOH.H2O放入三口瓶内，再将丙烯酸羟乙酯安装在放入叔丁基甲基硅氧烷基乙醛的三口瓶上的滴液漏斗中，边滴加边搅拌，滴加完将温度升至80℃反应10h，反应的产物即为AB2型单体。在上述体系中先加入160 mL甲苯（甲苯为带水剂），得到的AB2型单体发生硅氢加成反应，加入0.500g karstedt作催化剂，然后开始加热，直至沸腾，球形冷凝管中有回流产生，将温度升至40℃反应6h得到超支化有机硅聚合物。
（2）量取63.6ml（0.60mol）甲基丙烯酸甲酯、86.5ml（0.60mol）丙烯酸丁酯、85.567g 超支化有机硅、去离子水在SDS、OP-10和引发剂过硫酸铵（APS）的作用下，75℃反应30min，再加入剩余的水反应2h，降温即得超支化有机硅-丙烯酸酯乳液。
（3）取木纤维、脲醛胶和3~12%的超支化乳液投入反应釜中混合，然后出料在温度为165℃，压力为15MPa下热压10min后成型，得到耐水和耐热性能较好的人造板。
实施方法三
（1）量取69.8ml（0.40mol）叔丁基甲基硅氧烷基乙醛、84.4g（0.80mol）丙烯酸羟乙酯，首先将叔丁基甲基硅氧烷基乙醛加入带有磁力搅拌器的三口烧瓶中，将催化剂TsOH.H2O放入三口瓶内，再将丙烯酸羟乙酯安装在放入叔丁基甲基硅氧烷基乙醛的三口瓶上的滴液漏斗中，边滴加边搅拌，滴加完将温度升至80℃反应10h，反应的产物即为AB2型单体。在上述体系中先加入160 mL甲苯（甲苯为带水剂），得到的AB2型单体发生硅氢加成反应，加入0.500g karstedt作催化剂，然后开始加热，直至沸腾，球形冷凝管中有回流产生，将温度升至40℃反应6h得到超支化有机硅聚合物。
（2）量取63.6ml（0.60mol）甲基丙烯酸甲酯、86.5ml（0.60mol）丙烯酸丁酯、80.232g 超支化有机硅、去离子水在SDS、OP-10和引发剂过硫酸铵（APS）的作用下，75℃反应30min，再加入剩余的水反应2h，降温即得超支化有机硅-丙烯酸酯乳液。
（3）取木纤维、脲醛胶和3~12%的超支化乳液投入反应釜中混合，然后出料在温度为165℃，压力为15MPa下热压10min后成型，得到耐水和耐热性能较好的人造板。
实施方法四
（1）量取69.8ml（0.40mol）叔丁基甲基硅氧烷基乙醛、84.4g（0.80mol）丙烯酸羟乙酯，首先将叔丁基甲基硅氧烷基乙醛加入带有磁力搅拌器的三口烧瓶中，将催化剂TsOH.H2O放入三口瓶内，再将丙烯酸羟乙酯安装在放入叔丁基甲基硅氧烷基乙醛的三口瓶上的滴液漏斗中，边滴加边搅拌，滴加完将温度升至80℃反应10h，反应的产物即为AB2型单体。在上述体系中先加入160 mL甲苯（甲苯为带水剂），得到的AB2型单体发生硅氢加成反应，加入0.500g karstedt作催化剂，然后开始加热，直至沸腾，球形冷凝管中有回流产生，将温度升至40℃反应6h得到超支化有机硅聚合物。
（2）量取63.6ml（0.60mol）甲基丙烯酸甲酯、86.5ml（0.60mol）丙烯酸丁酯、78.669g 超支化有机硅、去离子水在SDS、OP-10和引发剂过硫酸铵（APS）的作用下，75℃反应30min，再加入剩余的水反应2h，降温即得超支化有机硅-丙烯酸酯乳液。
（3）取木纤维、脲醛胶和3~12%的超支化乳液投入反应釜中混合，然后出料在温度为165℃，压力为15MPa下热压10min后成型，得到耐水和耐热性能较好的人造板。
性能测试
为了说明本发明的实际效果，下面就是将本发明实施方法中得到的加入超支化型改性石蜡而制备成的人造板，根据GB/T 11718-2009《中密度纤维板》，评定超支化型改性石蜡作为防水剂的效果。
在本次测试中，以第一代超支化型石蜡为例进行测试，测试性能分别如下表1。
表1 不同含量的超支化型有机硅—丙烯酸酯乳液对人造板性能影响
| 超支化有机硅-丙烯酸酯乳液的添加量 | 吸水厚度膨胀率/% | 耐热性 |
| 0% | 21.5 | 耐热性能差 |
| 3% | 10.6 | 耐热性能较差 |
| 6% | 8.0 | 耐热性能好 |
| 9% | 8.5 | 耐热性能好 |
| 12% | 10.1 | 耐热性能较好 |
由表1可知，在掺加本发明所制的超支化型有机硅—丙烯酸酯乳液后，制备出的人造板比未添加有机硅—丙烯酸酯乳液的防水性能有所改善；而且当超支化型石蜡的添加量为6%时，人造板的综合性能最佳。
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实施例的限制，其它任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、组合、替代、简化均应为等效替换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种超支化有机硅-丙烯酸酯乳液的制备及在人造板中的应用，其特征在于所述超支化乳液含有大量的硅。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于AB2单体在karstedt催化剂的作用下发生加成反应得到超支化有机硅聚合物。
3.超支化有机硅和甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯摩尔比分别是1：4：4、1：8：8、1：16：16、1：32：32，在复合乳化剂十二烷基硫酸钠（SDS）、OP-10的作用下合成所述第一代、第二代、第三代、第四代超支化有机硅-丙烯酸酯乳液。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于得到的超支化有机硅-丙烯酸酯乳液的结构如下：
。
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