CN111087548A - 一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括原料：甲基丙烯酸甲酯50‑70份，丙烯酸异辛酯30‑40份，甲基丙烯酸2‑5份，甲基丙烯酸缩水甘油酯2‑5份，功能单体2‑5份，固体碱溶性丙烯酸树脂20‑30份，乳化剂4‑8份，过硫酸盐0.4‑0.6份，氧化剂0.1‑0.5份，还原剂0.1‑0.5份，氨水4‑10份，烧碱2‑5份，水70‑90份。本发明采用共聚聚合工艺，整个反应过程在40‑90℃温度下进行，反应环境稳定，加工工序简单，加工成本降低，并且解决了固体碱溶性丙烯酸酯树脂在水性乳液中的聚合难题。由本发明方法制得的丙烯酸乳液，具有优异的光泽、快干特性、高固低粘及优异耐水白特性。

Description

一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液及其制备方法，属于木器涂料领域。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的不断提高，对家居环境的要求明显提高，室内装修讲究环保、健康、卫生、无毒、无害，而水性涂料正好满足了这种需要，具有非常大的市场前景。随着我国加入WTO，与世界的贸易更为频繁，欧美国家对涂料中有害物限量控制很严，国外大量进口我国的家具、工艺品等，要求有害物质含量严格控制在标准范围之内，因此只有有效的控制涂料中有害物质含量，才能使之生产的出口产品达标。另外当代科学技术的发展日新月异，产品更新换代周期越来越短，必须重视技术开发的投入，也顺应了涂料节能环保健康的发展方向。

丙烯酸酯乳液因具有优异的保光保色性、耐候性以及良好的力学性能而被广泛应用于水性木器乳液中，但常规水性木器乳液干燥速度慢，光泽偏低，耐水白性能与漆膜硬度差，并且在生产细粒径乳液时操作难度大，从而导致高固低粘乳液研究进展缓慢。因此，市面上经常需将水性木器乳液固含设定比较低，粒径在0.1-0.2um，从而获取其优异的耐水白性。但是在实际配漆及应用中因其固含低、干燥速度慢，影响漆膜耐水白及其光泽，从而导致在施工过程中受天气影响很大，并且乳液粒径偏大导致漆膜对木器的渗透性较差，不能很好的保证产品耐用性能。因此，寻求一种高光、快干、高固低粘的丙烯酸酯乳液，是木器丙烯酸酯乳液行业亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯50-70份，丙烯酸异辛酯30-40份，甲基丙烯酸2-5份，甲基丙烯酸缩水甘油酯2-5份，功能单体2-5份，固体碱溶性丙烯酸树脂20-30份，乳化剂4-8份，过硫酸盐0.4-0.6份，氧化剂0.1-0.5份，还原剂0.1-0.5份，氨水4-10份，烧碱2-5份，水70-90份。

所述功能单体采用乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸烯丙酯中至少一种。

所述乳化剂为丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸半酯二钠盐中至少一种。

所述过硫酸盐采用过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中至少一种。

所述氧化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。

所述还原剂采用亚硫酸氢钠、L-抗坏血酸中至少一种。

所述固体碱溶性丙烯酸树脂为JONCRYL678。

另外，本发明还提供一种所述高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)常温常压下，在乳化缸中加入1-3份乳化剂，20-30份水，用分散机搅拌5-10min混合均匀，依次加入配方量的甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸，以及2-5份甲基丙烯酸缩水甘油酯，2-5份功能单体，0.3-0.55份过硫酸盐，用分散机搅拌10-30min混合均匀，即制成预乳化液A；

2)在反应釜中加入3-5份乳化剂，35-45份水，20-30份固体碱溶性丙烯酸树脂，4-10份氨水，2-5份烧碱，升温至75-90℃，搅拌15-30min，使反应釜中固体碱溶性丙烯酸树脂完全溶解，即制成底料液B；

3)将预乳化液A总量的5％及用5份水溶解的配方量中剩余的过硫酸盐加入底料液B中，保温15-30min，然后再滴加入剩余的预乳化液A，反应温度为75-90℃，滴加时间为3-5h，滴加过程中持续搅拌，滴加结束后，将反应釜内温度调为80-90℃，保温1-3h；

4)将反应釜温度降至70-75℃，向反应釜中加入用5份水溶解的0.1-0.5份氧化剂，以及用5份水溶解的0.1-0.5份还原剂，保温20-30min；

5)在搅拌条件下将反应釜内温度降至40-50℃，停止搅拌并出釜过滤，即得。

所述步骤2)至步骤5)的反应均在5-35rpm的转速下进行。

所述的反应釜为四口烧瓶。

其中，本发明采用的部分组分的功效分别为：

固体碱溶性丙烯酸酯树脂具有中等分子量，良好的相容性及反应活性，易于与聚合单体及乳化剂进行聚合反应，制备高固低粘的细粒经乳液；功能单体的分子结构上具有较多的活性基团，在化学反应时容易与固体碱溶性丙烯酸树脂及单体发生聚合加成反应，有利于形成致密的网络互穿结构；固体碱溶性丙烯酸树脂是中等分子量的固体碱溶性丙烯酸树脂，胺类及其他碱性物质可作为中和试剂，在乳液聚合过程中具有较低粘度；乳化剂为阴离子表明活性基，具有以下特点：①用量低，生成小至中等粒径颗粒，②制备高固含量乳液，凝结物少，③机械稳定性优异，耐电解质性能优异，④成膜性能出色，透明度高，耐水性好，遇热时不易黄变；过硫酸盐受热容易分解成自由基，并且自由基可在反应体系中与活泼双键进行自由基接枝、共聚、交联等反应，使乳液在成膜后具有良好的性能；氧化剂自身具有弱碱性，还原剂呈现弱酸性，氧化剂和还原剂的加入，可进一步稳定化学反应体系的酸碱平衡，有利于化学反应的稳定进行。

与现有技术相比，本发明采用共聚聚合工艺制备，整个反应过程在40-90℃温度下进行，所以整个反应体系能在相对温和的环境下进行，保证了反应的稳定性，其加工工序十分简单，大大降低了丙烯酸酯乳液的加工成本；并且本发明通过聚合工艺，解决了固体碱溶性丙烯酸酯树脂在水性乳液中的聚合难题。在乳液聚合前期，加入固体碱溶性丙烯酸酯树脂、氨水及烧碱，使之成为高固含低粘的乳液聚合前期种子，随着预乳化液缓慢滴加入反应釜中，聚合种子与后期共聚分子链上的官能团接枝反应，有效提高其干燥速度、光泽并有效降低粘度，并且通过该种特殊工艺，改变了丙烯酸酯官能团分布情况，改变其粒径，从而有效改善现有耐水白差等难题。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯50份，丙烯酸异辛酯30份，甲基丙烯酸2份，甲基丙烯酸缩水甘油酯2份，功能单体(乙烯基三甲氧基硅烷)2份，固体碱溶性丙烯酸树脂(JONCRYL678)20份，乳化剂(丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠)4份，过硫酸盐(过硫酸铵)0.4份，氧化剂(过氧化苯甲酸叔丁酯)0.1份，还原剂(亚硫酸氢钠)0.1份，氨水4份，烧碱2份，水70份。

所述高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)常温常压下，在乳化缸中加入2份乳化剂，20份水，用分散机搅拌5min混合均匀，依次加入配方量的甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸，以及2份甲基丙烯酸缩水甘油酯，2份功能单体，0.3份过硫酸盐，用分散机搅拌10min混合均匀，即制成预乳化液A；

2)在四口烧瓶中加入2份乳化剂，35份水，20份固体碱溶性丙烯酸树脂，4份氨水，2份烧碱，升温至75℃，搅拌15min，使反应釜中固体碱溶性丙烯酸树脂完全溶解，即制成底料液B；

3)将预乳化液A总量的5％及用5份水溶解的0.1份过硫酸盐加入底料液B中，保温15min，然后再滴加入剩余的预乳化液A，反应温度为75℃，滴加时间为3h，滴加过程中持续搅拌，滴加结束后，将反应釜内温度调为80℃，保温1h；

4)将反应釜温度降至70℃，向反应釜中加入用5份水溶解的0.1份氧化剂，以及用5份水溶解的0.1份还原剂，保温20min；

5)在搅拌条件下将反应釜内温度降至40℃，停止搅拌并出釜过滤，即得。

所述步骤2)至步骤5)的反应均在10rpm的转速下进行。

实施例2

一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯55份，丙烯酸异辛酯33份，甲基丙烯酸4份，甲基丙烯酸缩水甘油酯3份，功能单体(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)5份，固体碱溶性丙烯酸树脂(JONCRYL678)24份，乳化剂(丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠)6份，过硫酸盐(过硫酸钾)0.6份，氧化剂(过氧化苯甲酸叔丁酯)0.25份，还原剂(L-抗坏血酸)0.25份，氨水6份，烧碱3份，水75份。

所述高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)常温常压下，在乳化缸中加入2份乳化剂，25份水，用分散机搅拌5min混合均匀，依次加入配方量的甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸，以及3份甲基丙烯酸缩水甘油酯，5份功能单体，0.4份过硫酸盐，用分散机搅拌20min混合均匀，即制成预乳化液A；

2)在四口烧瓶中加入4份乳化剂，35份水，24份固体碱溶性丙烯酸树脂，6份氨水，3份烧碱，升温至80℃，搅拌18min，使反应釜中固体碱溶性丙烯酸树脂完全溶解，即制成底料液B；

3)将预乳化液A总量的5％及用5份水溶解的0.2份过硫酸盐加入底料液B中，保温18min，然后再滴加入剩余的预乳化液A，反应温度为80℃，滴加时间为4h，滴加过程中持续搅拌，滴加结束后，将反应釜内温度调为84℃，保温1.5h；

4)将反应釜温度降至72℃，向反应釜中加入用5份水溶解的0.25份氧化剂，以及用5份水溶解的0.25份还原剂，保温25min；

5)在搅拌条件下将反应釜内温度降至40℃，停止搅拌并出釜过滤，即得。

所述步骤2)至步骤5)的反应均在15rpm的转速下进行。

实施例3

一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯60份，丙烯酸异辛酯35份，甲基丙烯酸3份，甲基丙烯酸缩水甘油酯4份，功能单体(甲基丙烯酸烯丙酯)3份，固体碱溶性丙烯酸树脂(JONCRYL678)26份，乳化剂(丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠)7份，过硫酸盐(过硫酸钠)0.5份，氧化剂(过氧化苯甲酸叔丁酯)0.35份，还原剂(亚硫酸氢钠、L-抗坏血酸按照1:1比例混合)0.35份，氨水8份，烧碱4份，水85份。

所述高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)常温常压下，在乳化缸中加入2.5份乳化剂，25份水，用分散机搅拌8min混合均匀，依次加入配方量的甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸，以及4份甲基丙烯酸缩水甘油酯，3份功能单体，0.4份过硫酸盐，用分散机搅拌20min混合均匀，即制成预乳化液A；

2)在四口烧瓶中加入4.5份乳化剂，45份水，26份固体碱溶性丙烯酸树脂，8份氨水，4份烧碱，升温至84℃，搅拌20min，使反应釜中固体碱溶性丙烯酸树脂完全溶解，即制成底料液B；

3)将预乳化液A总量的5％及用5份水溶解的0.1份过硫酸盐加入底料液B中，保温25min，然后再滴加入剩余的预乳化液A，反应温度为84℃，滴加时间为4.5h，滴加过程中持续搅拌，滴加结束后，将反应釜内温度调为86℃，保温2h；

4)将反应釜温度降至73℃，向反应釜中加入用5份水溶解的0.35份氧化剂，以及用5份水溶解的0.35份还原剂，保温30min；

5)在搅拌条件下将反应釜内温度降至40℃，停止搅拌并出釜过滤，即得。

所述步骤2)至步骤5)的反应均在20rpm的转速下进行。

实施例4

一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯65份，丙烯酸异辛酯38份，甲基丙烯酸4份，甲基丙烯酸缩水甘油酯5份，功能单体(乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷按照3:1比例混合)5份，固体碱溶性丙烯酸树脂(JONCRYL678)28份，乳化剂(丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠)8份，过硫酸盐(过硫酸铵、过硫酸钾按照1:3比例混合)0.6份，氧化剂(过氧化苯甲酸叔丁酯)0.45份，还原剂(亚硫酸氢钠、L-抗坏血酸按照1:3比例混合)0.45份，氨水10份，烧碱5份，水85份。

所述高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)常温常压下，在乳化缸中加入3份乳化剂，25份水，用分散机搅拌5min混合均匀，依次加入配方量的甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸，以及5份甲基丙烯酸缩水甘油酯，5份功能单体，0.4份过硫酸盐，用分散机搅拌20min混合均匀，即制成预乳化液A；

2)在四口烧瓶中加入5份乳化剂，45份水，28份固体碱溶性丙烯酸树脂，10份氨水，5份烧碱，升温至86℃，搅拌30min，使反应釜中固体碱溶性丙烯酸树脂完全溶解，即制成底料液B；

3)将预乳化液A总量的5％及用5份水溶解的0.2份过硫酸盐加入底料液B中，保温30min，然后再滴加入剩余的预乳化液A，反应温度为86℃，滴加时间为5h，滴加过程中持续搅拌，滴加结束后，将反应釜内温度调为88℃，保温1h；

4)将反应釜温度降至74℃，向反应釜中加入用5份水溶解的0.45份氧化剂，以及用5份水溶解的0.45份还原剂，保温30min；

5)在搅拌条件下将反应釜内温度降至40℃，停止搅拌并出釜过滤，即得。

所述步骤2)至步骤5)的反应均在30rpm的转速下进行。

实施例5

一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯70份，丙烯酸异辛酯40份，甲基丙烯酸5份，甲基丙烯酸缩水甘油酯5份，功能单体(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸烯丙酯按照2:3比例混合)5份，固体碱溶性丙烯酸树脂(JONCRYL678)30份，乳化剂(脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸半酯二钠盐)8份，过硫酸盐(硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠按照2:1:2比例混合)0.6份，氧化剂(过氧化苯甲酸叔丁酯)0.5份，还原剂(亚硫酸氢钠、L-抗坏血酸按照2:3混合)0.5份，氨水10份，烧碱5份，水90份。

所述高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)常温常压下，在乳化缸中加入3份乳化剂，30份水，用分散机搅拌10min混合均匀，依次加入配方量的甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸，以及5份甲基丙烯酸缩水甘油酯，5份功能单体，0.55份过硫酸盐，用分散机搅拌30min混合均匀，即制成预乳化液A；

2)在四口烧瓶中加入5份乳化剂，45份水，30份固体碱溶性丙烯酸树脂，10份氨水，5份烧碱，升温至88℃，搅拌30min，使反应釜中固体碱溶性丙烯酸树脂完全溶解，即制成底料液B；

3)将预乳化液A总量的5％及用5份水溶解的0.05份过硫酸盐加入底料液B中，保温30min，然后再滴加入剩余的预乳化液A，反应温度为90℃，滴加时间为4.5h，滴加过程中持续搅拌，滴加结束后，将反应釜内温度调为88℃，保温1.5h；

4)将反应釜温度降至75℃，向反应釜中加入用5份水溶解的0.5份氧化剂，以及用5份水溶解的0.5份还原剂，保温30min；

5)在搅拌条件下将反应釜内温度降至40℃，停止搅拌并出釜过滤，即得。

所述步骤2)至步骤5)的反应均在35rpm的转速下进行。

将本发明实施例1-5制得的丙烯酸酯乳液，按照GB/T-2794-1995、GB/T-20623-2006、GB/T1743-1979测试其光泽及固含，按照HG/T565-2016标准测试耐水白，并采用以下方法进行干燥速度测试：在干燥好的玻璃板上，用150um制模器制模，观察其表干及实干速度，表干速度观察表明是否干燥完成，实干速度采用刮刀用力刮，观察里面是否完全实干。

具体测试结果如下表1所示。

表1实施例1-5制得高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液的性能

由表1可知，本发明制得的丙烯酸酯乳液具有优异的光泽、快干特性、高固低粘及优异耐水白特性。

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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：甲基丙烯酸甲酯50-70份，丙烯酸异辛酯30-40份，甲基丙烯酸2-5份，甲基丙烯酸缩水甘油酯2-5份，功能单体2-5份，固体碱溶性丙烯酸树脂20-30份，乳化剂4-8份，过硫酸盐0.4-0.6份，氧化剂0.1-0.5份，还原剂0.1-0.5份，氨水4-10份，烧碱2-5份，水70-90份。

2.根据权利要求1所述的一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述功能单体采用乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸烯丙酯中至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述乳化剂为丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸半酯二钠盐中至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述过硫酸盐采用过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述氧化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。

6.根据权利要求1所述的一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述还原剂采用亚硫酸氢钠、L-抗坏血酸中至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述固体碱溶性丙烯酸树脂为JONCRYL678。

8.一种权利要求1-7任一项所述高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)常温常压下，在乳化缸中加入1-3份乳化剂，20-30份水，用分散机搅拌5-10min混合均匀，依次加入配方量的甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸，以及2-5份甲基丙烯酸缩水甘油酯，2-5份功能单体，0.3-0.55份过硫酸盐，用分散机搅拌10-30min混合均匀，即制成预乳化液A；

2)在反应釜中加入3-5份乳化剂，35-45份水，20-30份固体碱溶性丙烯酸树脂，4-10份氨水，2-5份烧碱，升温至75-90℃，搅拌15-30min，使反应釜中固体碱溶性丙烯酸树脂完全溶解，即制成底料液B；

3)将预乳化液A总量的5％及用5份水溶解的配方量中剩余的过硫酸盐加入底料液B中，保温15-30min，然后再滴加入剩余的预乳化液A，反应温度为75-90℃，滴加时间为3-5h，滴加过程中持续搅拌，滴加结束后，将反应釜内温度调为80-90℃，保温1-3h；

4)将反应釜温度降至70-75℃，向反应釜中加入用5份水溶解的0.1-0.5份氧化剂，以及用5份水溶解的0.1-0.5份还原剂，保温20-30min；

5)在搅拌条件下将反应釜内温度降至40-50℃，停止搅拌并出釜过滤，即得。

9.根据权利要求8所述高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液的制备方法，其特征在于，所述步骤2)至步骤5)的反应均在5-35rpm的转速下进行。

10.根据权利要求8所述高光快干高固低粘丙烯酸酯乳液的制备方法，其特征在于，所述的反应釜为四口烧瓶。