CN110845656B - 一种羟基丙烯酸乳液及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种羟基丙烯酸乳液及其制备方法和用途,以所述乳液干重为基准,由包括以下组分的单体制得:侧链具有7‑10个碳的羟基丙烯酸单体10‑30wt%,酸单体0.5‑10wt%,丙烯酸酯类单体65‑85wt%。该丙烯酸乳液的制备方法如下:首先,向水中滴加羟基丙烯酸单体和酸单体,同时滴加碱性中和剂,聚合制备得到水溶性羟基聚合物,然后向此羟基聚合物的水溶液中滴加丙烯酸酯单体进行乳液聚合制备得到羟基聚合物稳定的丙烯酸乳液。所制备的丙烯酸乳液与水性聚氨酯固化剂搭配制备的漆膜具有快干、高硬度(铅笔硬度至少H)、高抗划伤、高透明度、耐化学品好等特点,可应用于高端水性木器漆双组份漆,取代传统溶剂型双组份聚氨酯涂料。
Description
技术领域
本发明涉及一种羟基丙烯酸乳液及其制备方法和用于木器漆的用途,属于丙烯酸乳液合成领域。
背景技术
随着环保要求越来越高,水性木器涂料取代溶剂型木器涂料势在必行,其中溶剂型双组份聚氨酯涂料占据木器漆市场最大的份额,它具有干燥速度快、高硬度、高丰满度及耐化学品性优异等特点。而目前市场较成熟的水性单组份木器漆涂料在丰满度尤其是硬度上相差甚远。
目前市面上的水性双组份木器涂料的成膜树脂可以分为两大类:一类是羟基丙烯酸乳液,它具有干燥速度快、耐化学品性优异的特点,但硬度和丰满度远不及溶剂型双组份涂料;另一类是羟基丙烯酸分散体,它具有高丰满度和较高的硬度,但干燥速度慢。中国专利公开号108003303A公布了一种木器漆用水性羟基丙烯酸乳液,通过引入交联单体,提高漆膜的硬度,但仍达不到H以上的铅笔硬度;中国专利公开号109456442A公布了一种低溶剂、室温快干的羟基丙烯酸分散体,通过引入α-甲基苯乙烯线性二聚体作为稀释剂和链转移剂,实现低溶剂含量而达到快干性能,但因分散体聚合物分子量低及少量溶剂的存在,仍然无法实现室温快速干燥。中国专利公开号107434842A以低分子量的丙烯酸树脂水溶液合成羟基丙烯酸乳液,一定程度上兼顾了羟基丙烯酸乳液和羟基丙烯酸分散体的优势,但仍不及溶剂型双组份的硬度和耐化学品性,这归因于其交联密度仍不足。
因此,需要开发一种可同时兼顾乳液快干和分散体高丰满高硬度的优势,达到溶剂型双组份聚氨酯涂料的性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,采用新型长碳链羟基丙烯酸单体,即侧链具有7-10个碳的羟基丙烯酸单体,与酸类单体和丙烯酸酯类单体组合,可获得同时兼顾乳液快干和分散体高丰满高硬度的羟基丙烯酸乳液。与普通羟基单体比,长侧链的羟基单体的长侧链非常柔顺易运动,故羟基基团跟固化剂更容易接触发生交联反应,赋予漆膜更快的干燥速度和硬度。
本发明的另一个目的在于提供所述羟基丙烯酸乳液的制备方法。首先,通过水溶液自由基聚合制备水溶性羟基聚合物时,因长链羟基丙烯酸单体较疏水,采用边滴加单体边用碱中和的工艺,保证羟基聚合物的水溶性。然后在此羟基聚合物的水溶液中进行乳液聚合制备得到羟基丙烯酸乳液。
根据第一个方面,提供一种羟基丙烯酸乳液,以所述乳液干重(或所有单体总重量)为基准,由包括以下组分的单体制得:
侧链7-10个碳的羟基丙烯酸单体 10wt%-30wt%,优选15wt%-25wt%;
酸单体 0.5wt%-10wt%,优选1wt%-5wt%;
丙烯酸酯类单体65wt%-85wt%,优选70wt%-80wt%。
优选地,所述侧链7-10个碳的羟基丙烯酸单体选自丙烯酸-7-羟庚酯、丙烯酸-8-羟辛酯、丙烯酸-9-羟壬酯、丙烯酸-10-羟葵酯中的一种或多种,优选丙烯酸-9-羟壬酯。
丙烯酸酯类单体可以是(甲基)丙烯酸(包括丙烯酸和甲基丙烯酸)C1-C18烷基酯或(甲基)丙烯酸C3-C18环烷基酯中的一种或多种;优选地,所述的丙烯酸酯类单体为下列物质中的一种或多种:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸月桂基酯、(甲基)丙烯酸十八酯。
优选地,所述的酸单体为下列物质中的一种或多种:丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、富马酸、马来酸,优选丙烯酸。
根据第二个方面,提供上述羟基丙烯酸乳液的制备方法,包括如下步骤:
(1)将水加入到反应釜中,开启搅拌和加热(通常至75-105℃,优选80-100℃);
(2)开始滴加混合均匀的羟基丙烯酸单体和酸单体及基于引发剂总量10wt%-30wt%的引发剂;
(3)同时滴加碱性中和剂维持反应体系PH不低于7(例如7-9);
(4)继续向水溶液中加入混合均匀的丙烯酸酯单体和剩余的引发剂;
(5)加入结束后保温0.5-3h;
(6)降温(降温至例如50℃以下,尤其45℃以下)后过滤出料。
本发明所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或多种。所述的引发剂总量为羟基丙烯酸乳液干重的0.2-0.7wt%,优选0.3-0.6wt%。
本发明所述的中和剂为胺类如氨水,和/或碱金属氢氧化物如氢氧化钠中的一种或多种。
根据本发明的第三个方面,提供了上述羟基丙烯酸乳液用于木器漆,尤其高硬度木器漆的用途。
根据本发明的第四个方面,提供一种双组份木器漆,其包括:
其包括第一组份:
成膜助剂可以选自二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、三丙二醇丁醚,二乙二醇丁醚和乙二醇己醚中的一种或多种。
润湿剂可以选自Byk-346、Byk-348、Surfgnol-104BC和Surfgnol-104E中的一种或多种。
本发明的积极效果在于:
1.本发明采用新型长碳链羟基丙烯酸单体,即侧链具有7-10个碳的羟基丙烯酸单体,与酸类单体和丙烯酸酯类单体组合可发挥协同效应。与普通羟基单体比,长侧链的羟基单体的长侧链非常柔顺易运动,故羟基基团跟固化剂更容易接触发生交联反应,赋予漆膜更快的干燥速度和硬度。
2.本发明的制备方法,通过水溶液自由基聚合制备得到羟基聚合物,然后在此羟基聚合物的水溶液中进行乳液聚合,工艺制造过程简单安全,没有外加乳化剂,漆膜的耐性得到进一步提升。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步说明,但并不因此而限制本发明。
实施例及对比例中用到的原料及来源见表1。
表1:原料及来源
简称 | 化合物 | 生产厂家 |
MMA | 甲基丙烯酸甲酯 | 赢创特种化学(上海)有限公司 |
BA | 丙烯酸丁酯 | 万华化学集团股份有限公司 |
AA | 丙烯酸 | 万华化学集团股份有限公司 |
MAA | 甲基丙烯酸 | 赢创特种化学(上海)有限公司 |
AM | 丙烯酰胺 | 赢创特种化学(上海)有限公司 |
HPA | 丙烯酸羟丙酯 | 赢创特种化学(上海)有限公司 |
HEA | 丙烯酸羟乙酯 | 赢创特种化学(上海)有限公司 |
M6 | 丙烯酸-6-羟己酯 | 自制 |
M7 | 丙烯酸-7-羟庚酯 | 自制 |
M8 | 丙烯酸-8-羟辛酯 | 自制 |
M9 | 丙烯酸-9-羟壬酯 | 自制 |
M10 | 丙烯酸-10-羟葵酯 | 自制 |
SDS | 十二烷基硫酸钠 | 斯泰潘化学有限公司 |
本发明的新型长碳链羟基丙烯酸单体M6-M10可由丙烯酸、己二醇(或庚二醇或辛二醇或壬二醇或癸二醇)在酯化催化剂和阻聚剂的存在下在80-100℃下酯化反应制备。进一步,本发明的长碳链羟基丙烯酸单体M6-M10可由丙烯酸:二醇按照摩尔比1:2-1:10,催化剂0.01-3wt%,阻聚剂0.01-1wt%,在80-100℃下酯化分离制备。催化剂可以选自对甲苯磺酸、硫酸中的一种或两种,阻聚剂可以选自对苯二酚、对羟基苯甲醚中的一种或两种。
制备例1
丙烯酸、己二醇按照1:4的摩尔比在相对于丙烯酸和己二醇总质量的0.1wt%甲苯磺酸酯化催化剂的存在下在85℃下反应1小时,然后加入相对于丙烯酸和己二醇总质量的0.1wt%对苯二酚阻聚剂,经红外检测方法检测证实获得丙烯酸6-羟基己酯。
制备例2-5
与制备例1大致相同,只是分别将己二醇改变为庚二醇、辛二醇、壬二醇或癸二醇。
实施例1
(1)将100g水加入到反应釜中,开启搅拌和加热。
(2)待温度升到80℃,开始滴加20g M9和5g丙烯酸的混合物,及0.1g过硫酸铵,滴加时间为2h。
(3)同时滴加4g氨水,滴加时间为2h。
(4)继续滴加37.5g甲基丙烯酸甲酯和37.5g丙烯酸丁酯的混合物,及剩余的0.3g过硫酸铵,滴加时间为2h。
(5)滴加结束保温1h。
(6)降温至45℃以下,过滤出料。
实施例2-10及对比例1-3采用与实施例1相同的方法,但是根据表2所示改变原料的用量及种类。
表2:实施例及对比例原料用量(g)及种类
对比例4(外加乳化剂SDS制备羟基丙烯酸乳液)
(1)将1g SDS、70g水加入到反应釜中,开启搅拌和加热;
(2)将37.5g甲基丙烯酸甲酯、37.5g丙烯酸丁酯、5g丙烯酸、20g M9和30g去离子水分别加入到1L的反应釜中进行预乳化;
(3)取步骤(2)中3g预乳化液作种子加入反应釜,待温度升至80℃,加入0.1g过硫酸铵,反应时间为30min;
(4)待种子反应结束,开始滴加剩余的步骤(2)预乳化液和剩余的0.3g过硫酸铵,滴加时间为3h;
(5)滴加结束保温1h;
(6)降温45℃以下,加入4g氨水中和,过滤出料。
以上实施例1—6及对比例1-6制备的乳液分别配制双组份木器漆,配方(重量份)如表3所示:
表3:双组份木器漆配方
第一组份 | 乳液 | 60 |
成膜助剂(DPM/DPNB/水=3:5:3) | 8 | |
润湿剂BYK346 | 0.5 | |
水 | 23.5 | |
第二组份 | 固化剂268 | 8 |
耐化学品性:黑胡桃木材上喷涂第一道双组分漆,于35℃烘箱干燥30min,打磨后,喷涂第二道双组分漆,于35℃烘箱干燥24h。分别测试水,乙醇,乙酸,10%碳酸钠溶液在漆膜上的耐性,结果如表4所示。
硬度测试:双组分漆用100um的线棒刮涂于玻璃板上,室温养护7天,用三菱铅笔测试硬度,结果如表4所示:
表4实施例1—6及对比例1-6乳液配制的双组分漆的漆膜硬度
由表4可以看出,采用新型长碳链羟基丙烯酸单体制备的羟基乳液的硬度明显高于低碳数羟基单体制备的乳液。采用外加乳化剂的方法制备羟基乳液的耐性和硬度也明显低于本发明的制备方法。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以本发明的优选实施方式进行描述,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换作出的各种变型和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (14)
1.一种高硬度羟基丙烯酸乳液,其特征在于,以所述乳液干重为基准,由包括以下组分的单体制得:
侧链7-10个碳的羟基丙烯酸酯单体 10wt%-30wt%;
酸单体 0.5wt%-10wt%;
丙烯酸酯类单体 65wt%-85wt%,
羟基丙烯酸乳液的制备包括以下步骤:
首先,向水中滴加侧链7-10个碳的羟基丙烯酸酯单体和酸单体,采用边滴加单体边用碱中和的工艺,通过水溶液自由基聚合制备水溶性羟基聚合物,然后在此羟基聚合物的水溶液中添加丙烯酸酯类单体进行乳液聚合制备得到羟基丙烯酸乳液。
2.根据权利要求1所述的羟基丙烯酸乳液,其特征在于,由包括以下组分的单体制得:
侧链7-10个碳的羟基丙烯酸酯单体 15wt%-25wt%;
酸单体 1wt%-5wt%;
丙烯酸酯类单体 70wt%-80wt%。
3.根据权利要求1所述的羟基丙烯酸乳液,其特征在于,所述侧链7-10个碳的羟基丙烯酸酯单体选自丙烯酸-7-羟庚酯、丙烯酸-8-羟辛酯、丙烯酸-9-羟壬酯、丙烯酸-10-羟癸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的羟基丙烯酸乳液,其特征在于,所述侧链7-10个碳的羟基丙烯酸酯单体选自丙烯酸-9-羟壬酯。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的羟基丙烯酸乳液,其特征在于,所述的丙烯酸酯类单体选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸月桂基酯、(甲基)丙烯酸十八酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1-4的任一项所述的羟基丙烯酸乳液,其特征在于,所述酸单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、富马酸、马来酸中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的羟基丙烯酸乳液,其特征在于,所述酸单体为丙烯酸。
8.一种制备权利要求1-6的任一项所述的羟基丙烯酸乳液的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将水加入到反应釜中,开启搅拌和加热;
(2)开始滴加混合均匀的侧链7-10个碳的羟基丙烯酸酯单体和酸单体及基于引发剂总量10wt%-30wt%的引发剂;
(3)同时滴加碱性中和剂维持反应体系pH不低于7,通过水溶液自由基聚合制备得到羟基聚合物;
(4)继续向水溶液中加入混合均匀的丙烯酸酯单体和剩余的引发剂;
(5)加入结束后保温0.5-3h;
(6)降温后过滤出料。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述的引发剂总量为乳液干重的0.2-0.7wt%,引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或多种。
10.根据权利要求8或9所述的方法,其特征在于,所述的碱性中和剂为胺类、氨水;或碱金属氢氧化物。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,碱金属氢氧化物为氢氧化钠。
12.根据权利要求1-7的任一项所述的羟基丙烯酸乳液或根据权利要求8-11的任一项所述方法制得的羟基丙烯酸乳液用于双组份水性木器漆的用途。
13.一种双组份木器漆,其包括:
第一组份:
权利要求1-7的任一项所述的羟基丙烯酸乳液或根据权利要求8-11的任一项所述方法制得的羟基丙烯酸乳液 50-70重量份;
成膜助剂 5-12重量份;
润湿剂 0.2-1.0重量份;
水 16-28重量份;
第二组份:
固化剂 5-12重量份。
14.根据权利要求13所述的双组份木器漆,其包括:
第一组份:
权利要求1-7的任一项所述的羟基丙烯酸乳液或根据权利要求8-11的任一项所述方法制得的羟基丙烯酸乳液 55-65重量份;
成膜助剂 7-9重量份;
润湿剂 0.4-0.7重量份;
水 20-25重量份;
第二组份:
固化剂 7-9重量份。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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