CN110128584B - 一种石墨烯改性丙烯酸乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯改性丙烯酸乳液及其制备方法，该石墨烯改性丙烯酸乳液按照质量份包括以下组分：水10‑50份、甲基丙烯酸甲酯20‑40份、苯乙烯10‑30份、丙烯酸丁酯20‑30份、丙烯酸羟乙酯10‑20份、乳化剂1‑10份、引发剂0.1‑5份、氨水0.1‑5份、石墨烯分散液0.1‑5份。本发明通过石墨烯的改性，可以有效解决水性丙烯酸乳液防水性不强，硬度差，防腐、防锈能力差等问题。

Description

一种石墨烯改性丙烯酸乳液及其制备方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体地说，涉及一种石墨烯改性丙烯酸乳液及其制备方法。
背景技术
随着环境污染的日益严重，以油性溶剂最为开发的功能性涂料或者应用，存在巨大的环境污染问题，为此以水作为分散介质的研究越来越引起众多研究者重视。水性丙烯酸乳液是目前水性漆里面最常用的水性树脂，但是由于丙烯酸树脂存在硬度差、防水性差、防腐和防锈能力差等缺点，限制了其进一步的应用。
自石墨烯被发现以来，由于其具有优异的导电性、导热系以及机械强度等性能，在功能性涂料、高分子复合材料、透明电极、锂离子电池、超级电容器、半导体等领域被广泛研究。由于，石墨烯具有较强的疏水性，且石墨烯具有二维的片层结构可以在防腐涂层中形成有效的迷宫效应，从而进一步隔离水和空气、离子等腐蚀因子的渗入，进一步提高涂层的防水、防腐和防锈能力。
石墨烯改性丙烯酸乳液一般采用与乳液直接混合分散的方法，这种方法获得石墨烯改性丙烯酸改性乳液性能差般，石墨烯难以分散开，涂层最终效果不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯改性丙烯酸乳液及其制备方法，本发明制备得到的石墨烯改性丙烯酸乳液可以有效的改善水性丙烯酸乳液的防水性不强，硬度差，防腐、防锈能力差等问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种石墨烯改性丙烯酸乳液，按照质量份包括以下组分：10-50份水、甲基丙烯酸甲酯20-40份、苯乙烯10-30份、丙烯酸丁酯20-30份、丙烯酸羟乙酯10-20份、乳化剂1-10份、引发剂0.1-5份、氨水0.1-5份、石墨烯分散液0.1-5份。
可选地，所述的乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠的混合物，质量比为1-5：1。
可选地，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的一种或几种。
可选地，所述的石墨烯分散液是氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯微片或石墨烯量子点分散液中的一种或几种。
可选地，所述的石墨烯分散液是质量浓度为0.01-5％。
本发明还公开了一种石墨烯改性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称量：按照质量份称量以下组分：10-50份水、甲基丙烯酸甲酯20-40份、苯乙烯10-30份、丙烯酸丁酯20-30份、丙烯酸羟乙酯10-20份、乳化剂1-10份、引发剂0.1-5份、氨水0.1-5份、石墨烯分散液0.1-5份；
步骤2、在常温下，将称量好的水和乳化剂在反应釜中搅拌均匀，然后依次加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯，搅拌处理；
步骤3、然后缓慢滴加引发剂和石墨烯分散液，让石墨烯均匀地均匀地分散在乳胶粒子内，形成稳定、均匀的石墨烯改性丙烯酸乳液；
步骤4、加入氨水，调节PH值，然后过滤，即获得石墨烯改性丙烯酸乳液。
可选地，所述步骤2中的搅拌速度为50-300rpm，加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯后的搅拌时间为10-60min，搅拌速度为100-300rpm，反应釜反应温度为70-100℃。
可选地，所述步骤3中的滴加时间为3-5h。
可选地，所述步骤4中的调节PH值为7-8之间，过滤的筛目数为100-300目。
可选地，所述的乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠的混合物，质量比为1-5：1；所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的一种或几种；所述的石墨烯分散液是氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯微片或石墨烯量子点分散液中的一种或几种；所述的石墨烯分散液的质量浓度为0.01-5％。
与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：
本发明通过将石墨烯与丙烯酸乳液合成的过程中，对丙烯酸乳液进行原位改性，可以有效解决水性丙烯酸乳液防水性不强，硬度差，防腐、防锈能力差等问题。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
具体实施方式
以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明公开了一种石墨烯改性丙烯酸乳液，按照质量份包括以下组分：水10-50份、甲基丙烯酸甲酯20-40份、苯乙烯10-30份、丙烯酸丁酯20-30份、丙烯酸羟乙酯10-20份、乳化剂1-10份、引发剂0.1-5份、氨水0.1-5份、石墨烯分散液0.1-5份。
其中，乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠的混合物，质量比为1-5：1。
引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的一种或几种。
石墨烯分散液是氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯微片或石墨烯量子点分散液中的一种或几种。
所述的石墨烯分散液的质量浓度为0.01-5％。
本发明还公开了一种石墨烯改性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称量：按照质量份称量以下组分：10-50份水、甲基丙烯酸甲酯20-40份、苯乙烯10-30份、丙烯酸丁酯20-30份、丙烯酸羟乙酯10-20份、乳化剂1-10份、引发剂0.1-5份、氨水0.1-5份、石墨烯分散液0.1-5份；
步骤2、在常温下，将称量好的水和乳化剂在反应釜中搅拌均匀，搅拌速度为50-300rpm，然后依次加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯，搅拌10-60min；
步骤3、控制反应釜反应温度为70-100℃，搅拌速度为100-300rpm，然后缓慢滴加引发剂和石墨烯分散液，滴加时间为3-5h，让石墨烯均匀地均匀地分散在乳胶粒子内，形成稳定、均匀的石墨烯改性丙烯酸乳液；
其中，石墨烯分散液的质量浓度为0.01-5％；
步骤4、加入氨水，调节PH值为7-8之间，然后100-300目过滤，即可获得石墨烯改性丙烯酸乳液。
实施例1
一种石墨烯改性丙烯酸乳液，按照质量份包括以下组分：水30份、甲基丙烯酸甲酯30份、苯乙烯20份、丙烯酸丁酯25份、丙烯酸羟乙酯15份、氧化石墨烯分散液2.5份、乳化剂6份、过硫酸铵2.5份、氨水2.5份。
其中，乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠的混合物，质量比为3：1。
上述的石墨烯改性丙烯酸乳液的制备方法如下：
步骤1、按照上述配比称量各组分；
步骤2、在常温下，将称量好的水和乳化剂在反应釜中搅拌均匀，搅拌速度为180rpm，然后依次加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯，搅拌35min；
步骤3、控制反应釜反应温度为85℃，搅拌速度为200rpm，然后缓慢滴加过硫酸铵和氧化石墨烯分散液，滴加时间为4h，让石墨烯均匀地均匀地分散在乳胶粒子内，形成稳定、均匀的石墨烯改性丙烯酸乳液；
其中，石墨烯分散液的质量浓度为2.5％；
步骤4、加入氨水，调节PH值为7.5，然后200目过滤，即可获得石墨烯改性丙烯酸乳液。
实施例2
一种石墨烯改性丙烯酸乳液，按照质量份包括以下组分：水10份、甲基丙烯酸甲酯40份、苯乙烯10份、丙烯酸丁酯30份、丙烯酸羟乙酯10份、还原氧化石墨烯分散液5份、乳化剂1份、过硫酸钠5份、氨水0.1份。
其中，乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠的混合物，质量比为1：1；
上述的石墨烯改性丙烯酸乳液的制备方法如下：
步骤1、按照上述配比称量各组分；
步骤2、在常温下，将称量好的水和乳化剂在反应釜中搅拌均匀，搅拌速度为50rpm，然后依次加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯，搅拌60min；
步骤3、控制反应釜反应温度为70℃，搅拌速度为300rpm，然后缓慢滴加过硫酸钠和还原氧化石墨烯分散液，滴加时间为3h，让石墨烯均匀地均匀地分散在乳胶粒子内，形成稳定、均匀的石墨烯改性丙烯酸乳液；
其中，还原氧化石墨烯分散液的质量浓度为5％；
步骤4、加入氨水，调节PH值为7，然后300目过滤，即可获得石墨烯改性丙烯酸乳液。
实施例3
一种石墨烯改性丙烯酸乳液，按照质量份包括以下组分：水50份、甲基丙烯酸甲酯20份、苯乙烯30份、丙烯酸丁酯20份、丙烯酸羟乙酯20份、石墨烯微片分散液0.1份、乳化剂10份、过硫酸钾0.1份、氨水5份。
其中，乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠的混合物，质量比为5：1；
上述的石墨烯改性丙烯酸乳液的制备方法如下：
步骤1、按照上述配比称量各组分；
步骤2、在常温下，将称量好的水和乳化剂在反应釜中搅拌均匀，搅拌速度为300rpm，然后依次加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯，搅拌10min；
步骤3、控制反应釜反应温度为100℃，搅拌速度为100rpm，然后缓慢滴加过硫酸钾和石墨烯微片石墨烯分散液，滴加时间为5h，让石墨烯均匀地均匀地分散在乳胶粒子内，形成稳定、均匀的石墨烯改性丙烯酸乳液；
其中，石墨烯微片石墨烯分散液的质量浓度为0.01％；
步骤4、加入氨水，调节PH值为8，然后100目过滤，即可获得石墨烯改性丙烯酸乳液。
下面结合具体的实验数据进行说明：
表1实施例几对比例对水性丙烯酸乳液性能的影响
Figure BDA0002083328320000061
上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种石墨烯改性丙烯酸乳液，其特征在于，按照质量份包括以下组分：10-50份水、甲基丙烯酸甲酯20-40份、苯乙烯10-30份、丙烯酸丁酯20-30份、丙烯酸羟乙酯10-20份、乳化剂1-10份、引发剂0.1-5份、氨水0.1-5份、石墨烯分散液0.1-5份；
所述的乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠的混合物，质量比为1-5：1；
所述的石墨烯分散液是质量浓度为0.01-5%；
所述的石墨烯改性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称量：按照质量份称量以下组分：10-50份水、甲基丙烯酸甲酯20-40份、苯乙烯10-30份、丙烯酸丁酯20-30份、丙烯酸羟乙酯10-20份、乳化剂1-10份、引发剂0.1-5份、氨水0.1-5份、石墨烯分散液0.1-5份；
步骤2、在常温下，将称量好的水和乳化剂在反应釜中搅拌均匀，搅拌速度为50-300rpm，然后依次加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯，搅拌处理10-60min；
步骤3、控制反应釜反应温度为70-100℃，搅拌速度为100-300rpm，然后缓慢滴加引发剂和石墨烯分散液，让石墨烯均匀地分散在乳胶粒子内，形成稳定、均匀的石墨烯改性丙烯酸乳液；
步骤4、加入氨水，调节p H值，然后过滤，即获得石墨烯改性丙烯酸乳液。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸乳液，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸乳液，其特征在于，所述的石墨烯分散液是氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯微片或石墨烯量子点分散液中的一种或几种。
4.一种石墨烯改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、称量：按照质量份称量以下组分：10-50份水、甲基丙烯酸甲酯20-40份、苯乙烯10-30份、丙烯酸丁酯20-30份、丙烯酸羟乙酯10-20份、乳化剂1-10份、引发剂0.1-5份、氨水0.1-5份、石墨烯分散液0.1-5份；
步骤2、在常温下，将称量好的水和乳化剂在反应釜中搅拌均匀，搅拌速度为50-300rpm，然后依次加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯，搅拌处理10-60min；
步骤3、控制反应釜反应温度为70-100℃，搅拌速度为100-300rpm，然后缓慢滴加引发剂和石墨烯分散液，让石墨烯均匀地分散在乳胶粒子内，形成稳定、均匀的石墨烯改性丙烯酸乳液；
步骤4、加入氨水，调节p H值，然后过滤，即获得石墨烯改性丙烯酸乳液；
所述的乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠的混合物，质量比为1-5：1；
所述的石墨烯分散液是质量浓度为0.01-5%。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的滴加时间为3-5h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的调节p H值为7-8之间，过滤的筛目数为100-300目。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的一种或几种；所述的石墨烯分散液是氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯微片或石墨烯量子点分散液中的一种或几种。
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