一种具有持久香味的内墙涂料及其制备方法
技术领域
本发明公开了具有持久香味作用的内墙涂料及其制备方法,所述内墙涂料使用了一种零添加低气味的包含丙烯酸乙酯单体的聚合物胶乳。配方中无需添加成膜助剂和抗冻剂,该香味涂料尤其适合用作卧室中的助眠和空气净化涂料,安全无刺激。
背景技术
长时间以来,人们主要关注乳胶漆的健康环保性,而对乳胶漆的功能性关注较少,这是因为目前的乳胶漆大多存在VOC和SVOC等含量高的情况,这对人体的健康产生很大的影响。在可以制备健康、环保和低气味的乳胶漆的前提下,功能漆势必会得到消费者更多的重视和使用,以满足人们日益增高的生活品质需求。
目前市面上的带有香味的乳胶漆大多是由于乳胶漆本身具有令人不悦的气味,需要加入较多的香料来遮盖原本的气味。这就导致了消费者更加倾向选择净味的乳胶漆。制备具有持久留香效果的乳胶漆的核心难点:(1)在添加香料前的乳胶漆安全、环保无气味。以保证添加香料后的乳胶漆气味纯正和温和。而乳胶漆中的气味主要来源于残留单体、成膜助剂和抗冻剂。(2)减少乳胶漆对香料吸收的同时又可以缓慢释放香料,从而达到长时间的留香效果。
专利CN 108610700 A公开了一种玫瑰花香型水性涂料的配方,该专利通过微囊将香精包裹,形成缓释型香精,用来遮盖涂料的味道。专利CN 107779011 A公开了一种沉香安神环保乳胶漆及其制备方法:以沉香为壁芯的双壁微胶囊,能够缓慢稳定的释放沉香的气味,其香味可以有效改善睡眠质量,还能调节人体内气的运行。但是,以上专利的缺点在于涂料气味较大、涂料香味不纯正并且香味的持久性差目前尚未有通过合成净味丙烯酸聚合物胶乳来控制香料的缓慢释放的报道。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种具有持久香味的内墙涂料,该内墙涂料使用零添加低气味聚合物胶乳合成,该胶乳中使用的聚合性非离子乳化剂的EO数在10-40之间,可以有效的结合亲水性香料,形成强的氢键,使制备得到的香味涂料可以缓慢释放香料,实现长时间留香。并且,水溶性香料在水中更具可溶性,因而比常见的香料成分更能用于吸收气味。使用的水溶性香料可以有不同的用途,除了空气清新、改善睡眠,还可以制备儿童墙局部用的不同气味的涂料。
本发明还提供了所述具有持久香味的内墙涂料的制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明首先提供一种零添加低气味聚合物胶乳,其组成包括:
(a)45-55wt%重量的乙烯基共聚物,
(b)0.01~3wt%的可聚合型非离子乳化剂,优选地,所述乳化剂EO数为10~40,
(c)0.01~3wt%的非聚合型非离子乳化剂,优选地,所述乳化剂EO数为10~40,其中,(b)和(c)含量之和为1~3wt%,(b)和(c)含量基于聚合物胶乳重量计;
(d)阴离子乳化剂,非离子乳化剂有效重量与阴离子乳化剂有效重量比为1-6:1,优选3-5:1;
其中,基于乙烯基共聚物的重量,乙烯基共聚物的原料包含组分(a1)、(a2)、(a3)和(a4):
(a1)70-90wt%丙烯酸乙酯,
(a2)0.1~15wt%、优选0.1~10wt%的具有至少一个乙酰乙酸酯官能团的烯属不饱和单体,
(a3)5~28wt%,优选8~25wt%硬单体,
(a4)0.2~2.5wt%,优选0.5~2wt%亲水单体。
所述(a2)具有至少一个乙酰乙酸酯官能团的烯属不饱和单体选自乙酰乙酸烯丙酯、乙酰乙酰氧基丙烯酸酯、乙酰乙酰氧基甲基丙烯酸酯、2,3-二(乙酰乙酰氧基)丙基甲基丙烯酸酯中的至少一种,优选乙酰乙酰氧基甲基丙烯酸乙酯(AAEM)。
优选的,所述聚合物胶乳,其原料还包含具有至少一个乙酰乙酸酯或乙酰乙酰胺官能团的非聚合化合物(e),且单体(a2)和化合物(e)的含量范围之和为0.1~15wt%,基于乙烯基共聚物重量计。更优选的,(e)组分与(a2)组分重量比为0-0.4:1,优选0.1-0.3:1。
所述(e)具有至少一个乙酰乙酸酯或乙酰乙酸胺官能团的非聚合化合物选自乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酰胺、N-乙酰乙酰苯胺、N-(乙酰乙酰基)磺胺酸钾、双乙酰乙酰-2,5-二甲基对苯二胺、双乙酰乙酰对苯二胺、乙酰乙酸2-甲氧基乙酯中的至少一种。
所述(e)含乙酰乙酸酯或乙酰乙酸胺官能团的非聚合化合物可作为添加剂协同(b)组分发挥除醛效果。
所述硬单体包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯中的一种或多种。
所述亲水单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种。
所述(b)可聚合型非离子乳化剂为烯丙基型聚氧乙烯醚、烯丙基型壬基酚聚氧乙烯醚、烯丙氧基型聚氧乙烯醚、丙烯酰胺型聚氧乙烯醚、苯乙烯型聚氧乙烯醚、(甲基)丙烯酸型聚氧乙烯醚、马来酸酯型聚氧乙烯醚中的至少一种,优选烯丙基型壬基酚聚氧乙烯醚和/或苯乙烯型聚氧乙烯醚。
所述(c)非聚合型非离子乳化剂为聚氧乙烯羧酸酯、聚氧乙烯多元醇羧酸酯、C9-C16脂肪醇聚氧乙烯醚、1~3个苯环的芳烷基聚氧乙烯醚的至少一种,优选C9-C16烷基聚氧乙烯醚和1~3个苯环的芳烷基聚氧乙烯醚中的至少一种。
所述阴离子乳化剂选自非聚合型和可聚合型阴离子乳化剂,其中非聚合型阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、醇醚磺基琥珀酸盐、烷基醇醚硫酸盐、烷基醇醚磷酸盐中的一种或多种,可聚合阴离子乳化剂为对苯乙烯磺酸钠、3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐、乙烯基磺酸钠中的一种或多种。
优选地,所述阴离子乳化剂同时包括非聚合型和可聚合型阴离子乳化剂,其中非聚合型阴离子乳化剂与可聚合型阴离子乳化剂有效重量比为1~8:1,优选2~6:1。
所述一种零添加低气味的聚合物胶乳,其原料组成还包括引发剂、pH调节剂及后处理剂,其中后处理剂包括氧化剂及还原剂。
所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾及过硫酸铵中的一种或多种。用量为乙烯基共聚物重量的0.1~0.8%,优选0.2~0.6%。
所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙胺、乙醇胺、二甲基乙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺中的一种或多种。
所述氧化剂为叔丁基过氧化氢、双氧水、过硫酸钠、过硫酸钾及过硫酸胺中的一种或多种。所述还原剂为亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、维生素C中的一种或多种。氧化剂和还原剂的用量分别为乙烯基共聚物重量的0.1-0.4%。
所述零添加低气味聚合物胶乳的制备方法,包括以下步骤:
1)将非聚合型阴离子乳化剂的90-98wt%、全部可聚合阴离子乳化剂、全部可聚合非离子乳化剂、去离子水的25-35%、全部丙烯酸乙酯、全部含乙酰乙酸酯官能团的烯属不饱和单体、全部硬单体和亲水单体加入预乳化釜,充分搅拌10-20分钟,制备预乳化液;
2)将30-50%引发剂总量的引发剂加入1-6%去离子水总量的去离子水中溶解得到滴加引发剂;
3)将剩余的引发剂加入1-6%去离子水总量的去离子水中溶解得到釜底引发剂溶液;
4)将剩余的非聚合型阴离子乳化剂、剩余的去离子水加入到反应釜内,充分搅拌溶解,升温至80~90℃,向反应釜内加入1~8%步骤1)的预乳化液,待搅拌均匀后加入步骤3)釜底引发剂溶液,反应10~20分钟,制得种子乳液;
5)待步骤4)反应完成后,控制反应温度为80~90℃,同时滴加在步骤1)中制得的剩余预乳化液及步骤2)的滴加引发剂,滴加时间为3~4h,滴完结束后,保温20~60min;
6)将反应釜降温至70~80℃,加入pH调节剂,调节体系pH为7-9。向反应釜内滴加后处理剂,滴加时间为20~60min,滴加结束后保温30~60min;
7)降温至45℃以下,加入非聚合型非离子乳化剂和含乙酰乙酸酯或乙酰乙酸胺官能团的非聚合化合物;
8)任选地,将聚合物胶乳进行汽提处理,汽提结束后过滤出料。
本发明中,所述汽提处理为可以为本发明的常规工艺条件,例如优选地,所述汽提处理的条件为:将聚合物胶乳通过一个单阶段、连续的汽提管道汽提,汽提中空气、蒸汽和分散体系的相对流速为1:0.2-1:8-12。
本发明还提供所述聚合物胶乳在内墙涂料中的应用。
一种具有持久香味的内墙涂料,包括以下重量百分比的组分:
(1)聚合物胶乳20-80.0%,优选30.0-40.0%;
(2)流平助剂0.05~5.0%,优选0.5-2%;
(3)消泡剂0.05~.3.0%,优选0.1-2%;
(4)分散剂0~10%,优选1-5%;
(5)流变助剂0.1~10%,优选0.5-3%;
(6)颜填料0~50%,优选20-40%;
(7)杀菌剂0~1%,优选0.1-0.3%;
(8)香料0.05~10%,优选1-5%;
(9)水0~60%,优选5-30%。
其中,所述聚合物胶乳为本发明前述的聚合物胶乳。
优选地,所述的(2)流平助剂为是疏水性聚氨酯和聚醚改性聚硅氧烷中的一种或者两种。所述疏水性聚氨酯选自DOW的RM-2020NPR和/或万华化学的U300;所述聚醚改性聚硅氧烷选自BYK公司的BYK-341、BYK-345、BYK-348、BYK-307和TEGO公司的Glide 100、410、440、482和ZG400,优选BYK-348;
所述的(3)消泡剂为矿物油类和有机硅表面活性剂,优选有机硅表面活性剂,更优选聚醚改性的聚二甲基硅氧烷。
所述(4)分散剂为选自阴离子型和非离子型的中的一种或者多种,优选非离子型分散剂优选脂肪酸环氧乙烷的加成物R-COO(CH2CH2O)nH、聚乙二醇型多元醇和聚乙烯亚胺衍生物。
所述(5)流变助剂是碱溶胀性增稠剂、聚氨酯缔合型增稠剂和纤维素中的一种或多种。碱溶胀性增稠剂优选法国Coatex(高帝斯)公司生产的丙烯酸增稠剂COATEX RHEO2000、2100、3000、3500、3800;聚氨酯缔合型增稠剂优选选自Akzo Nobel公司的BermodolPUR 2102、2110、2130、2150和万华化学的Vesmody U-505、515、601、604;纤维素醚纤维素选自甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羧甲基纤维素钠和羧甲基羟乙基纤维素钠。
所述(6)颜填料是钛白粉、氧化锌、水性色浆、碳酸钙、硫酸钡和二氧化硅中的一种或多种。
所述(7)杀菌剂选自异噻唑啉酮类、苯并咪唑类、取代芳烃类、苯氧乙醇中的一种或多种,优选甲基异噻唑啉酮和苯氧乙醇中的一种或多种。
所述(8)香料为油溶性或水溶性的香料中的一种或者多种,优选为δ值为21以下的亲水性香料,更优选δ值为20以下。δ值明确说明了两种溶剂之间或溶剂和塑料之间在溶解性参数空间上的分隔程度以预测相容性,δ值在该范围内的亲水性香料可以更好的与聚合物胶乳中的EO基团形成强的氢键作用。δ值是:
δ=[4×(δD-δD水)2+(δP-δP水)2+(δH-δH水)2]1/2
在确定δ值时,采用亲水性香料的Hansen参数,其中δD是分散参数或非极性参数,δP是极性参数,而δH是氢键参数。Chemical Property Estimation:Theory andApplication(化学性质估计:理论和应用),Edward J.Baum,LewisPublishers(1997),题目为“Methodsof estimating aqueous solubility(估计水溶性的方法)”的第7.3节,第77-81页中所讨论,可以用Klopman,G.,Wang,S.等,J.Chem.Sci.32,474-482(1992)的方法来估计水溶性。
所述香料例如可以是芳樟醇(δ=19.4)、二氢月桂烯醇(δ=19.7)和a-松油醇(δ=19.3)。
所述内墙涂料的制备方法是:
(1)将水和分散剂在200-800转/分的速度下搅拌1-10分钟;
(2)向(1)中加入颜填料和60-80wt%消泡剂,转速1000~2000转,分散5-20分钟,加入pH调节剂调至pH为8-8.5,得到弱碱性的浆料;pH调节剂为有机胺,优选醇胺类,更优选三乙醇胺;
(3)将香料与聚合物胶乳预混,在200-800转/分的速度下搅拌1-5分钟,优选400-500转/分搅拌约3分钟;
(4)在200-800转/分的速度下一边搅拌一边将聚合物胶乳和香料的预混液、流平助剂、流变助剂、20-40wt%消泡剂加入到至(2)中的弱碱性浆料中混合均匀;
(5)在500-1000转/分的速度下一边搅拌一边添加杀菌剂,搅拌5-15分钟。
本发明的有益效果是:
1、本发明内墙涂料使用的零添加低气味聚合物胶乳合成工艺简单,操作简便,安全性高,不含或含有极少量残留单体。
2、本发明内墙涂料使用的零添加低气味聚合物胶乳采用的可聚合单体丙烯酸乙酯聚合后可通过吸水自增塑作用,在保证成膜效果的前提下不需要添加成膜助剂,使得制备的乳胶漆气味极低,不会干扰香料,使气味纯正。
3、本发明内墙涂料使用的零添加低气味聚合物胶乳采用具有大EO数的非离子乳化剂,EO数在10-40之间,可以有效的结合亲水性香料,形成强的氢键作用,使制备得到的香味涂料可以实现长效留香的效果,无需额外添加香料载体,特别适用做儿童房的局部香味涂料和卧室中的助眠涂料。
具体实施方式
为了更好的理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容。但并不因此而限于所举的实施例,还应包括在本发明要求的权利范围内的其他任何公知的改变。
实施例及对比例中使用的原料:
实施例中汽提条件:将聚合物胶乳通过一个单阶段、连续的汽提管道汽提,汽提中空气、蒸汽和分散体系的相对流速为1:0.9:11。
制备例1:聚合物胶乳-1
一种零添加聚合物胶乳-1由以下过程制得:
1)将6.6g十二烷基硫酸钠,5g的ANPEO10,4g的COPS-1,280g去离子水,145g的MMA,800g的EA,40g的AAEM,5g的AA混合得到预乳化液(ME);
2)将2gAPS和45g水混合得到滴加引发剂溶液;
3)将3gAPS和45g水混合得到釜底引发剂溶液;
4)将0.4g的十二烷基硫酸钠和511g的去离子水加入反应釜中充分搅拌溶解并在氮气环境中加热至85℃,当反应釜中温度升温至85℃时,依次加入50g的预乳液(ME)和全部釜底引发剂溶液,保温10min;
5)控制温度为85℃,同时滴加入剩余预乳化液(ME)及全部滴加引发剂溶液,3h滴加完毕后保温20min;
6)降温至75℃,加入MEA使体系中和至pH约为8;50min内向反应釜中滴加入4g的t-BHP(70%)的溶液和4gNaHSO3(溶于40g去离子水中),再保温30min;
7)降温至约40℃,加入40g非聚合型非离子乳化剂3307和10gAAM,将样品放入缓冲釜中预热至55℃,然后将样品通过一个单阶段、连续的汽提管道进行四次汽提,降温至45℃以下,过滤出料。
制备例2:聚合物胶乳-2
一种零添加聚合物胶乳2由以下过程制得:
1)将6.6g十二烷基硫酸钠,4g的COPS-1,280g去离子水,145g的MMA,800g的EA,40g的AAEM,5g的AA混合得到预乳化液(ME);
2)将2gAPS和45g水混合得到滴加引发剂溶液;
3)将3gAPS和45g水混合得到釜底引发剂溶液;
4)将0.4g的十二烷基硫酸钠和513g的去离子水加入反应釜中充分搅拌溶解并在氮气环境中加热至85℃,当反应釜中温度升温至85℃时,依次加入50g的预乳液(ME)和全部釜底引发剂溶液,保温10min;
5)控制温度为85℃,同时滴加入剩余预乳化液(ME)及全部滴加引发剂溶液,3h滴加完毕后保温20min;
6)降温至75℃,加入MEA使体系中和至pH约为8;50min内向反应釜中滴加入4g的t-BHP(70%)的溶液和4gNaHSO3(溶于40g去离子水中),再保温30min;
7)降温至约40℃,加入47g非聚合型非离子乳化剂3307和10gAAM,将样品放入缓冲釜中预热至55℃,然后将样品通过一个单阶段、连续的汽提管道进行四次汽提,降温至45℃以下,过滤出料。
制备例3:聚合物胶乳-3
一种零添加聚合物胶乳3由以下过程制得:
1)将6.6g十二烷基硫酸钠,33g的ANPEO10,4g的COPS-1,280g去离子水,145g的MMA,800g的EA,40g的AAEM,5g的AA混合得到预乳化液(ME);
2)将2gAPS和45g水混合得到滴加引发剂溶液;
3)将3gAPS和45g水混合得到釜底引发剂溶液;
4)将0.4g的十二烷基硫酸钠和523g的去离子水加入反应釜中充分搅拌溶解并在氮气环境中加热至85℃,当反应釜中温度升温至85℃时,依次加入50g的预乳液(ME)和全部釜底引发剂溶液,保温10min;
5)控制温度为85℃,同时滴加入剩余预乳化液(ME)及全部滴加引发剂溶液,3h滴加完毕后保温20min;
6)降温至75℃,加入MEA使体系中和至pH约为8;50min内向反应釜中滴加入4g的t-BHP(70%)的溶液和4gNaHSO3(溶于40g去离子水中),再保温30min;
7)降温至约40℃,加入10gAAM,将样品放入缓冲釜中预热至55℃,然后将样品通过一个单阶段、连续的汽提管道进行四次汽提,降温至45℃以下,过滤出料。
实施例和对比例
以下实施例1-3和对比例1-5的表中所示的数值为质量,单位为g。其中,实施例1-3和对比例1-3按照表1所示,在室温条件下,将水和分散剂在550转/分的速度下搅拌5分钟后,依次加入颜填料和80wt%消泡剂,约1500转/分,分散约10分钟后加入pH调节剂调至pH为8-8.5,得到弱碱性的浆料;将香料与乳液在500转/分搅拌约3分钟预混后,在500转/分的速度下一边搅拌一边将乳液和香料的预混液、流平助剂、流变助剂、20wt%消泡剂加入到至浆料中混合均匀;在约1000转/分的速度下一边搅拌一边添加杀菌剂,分散约10分钟。
对比例4与其它实施例的涂料制备步骤不同在于:制备浆料时,浆料的PH值调到7。
对比例5与其它实施例的涂料制备步骤不同在于:制备浆料时,浆料的PH值未调到8-8.5,而是调至9。
表1配方
内墙涂料的评测方法:
1.气味的评估:根据嗅觉感受进行气味的评估,选择10人对涂料罐内气味进行评价。评估结果分1~5五个等级,如下所述:
等级 |
不愉快的气味 |
5 |
无 |
4 |
轻微 |
3 |
中等 |
2 |
强 |
1 |
严重 |
2.低温聚结(LTC)评估:在A4的高密度无石棉纤维板上批刮腻子,底材符合JC/T412.1-2006中的NAF(无石棉),待干燥后用砂纸打磨平整,在A4大小的腻子板上用400um制膜器刮膜后,立即放入3℃低温箱中,4小时后观察涂膜表面开裂情况进行对比。裂化的程度以如下所示的级别1至5评级:
1=严重裂化
2=中等裂化
3=一定裂化
4=轻微裂化
5=没有裂化
3.冻融稳定性评估:将涂料试样装入1L的塑料容器内,密封,放入-7℃的低温箱中,18h后取出容器,放置在标准温度为23±2、相对湿度为50%±5%的环境下6h,打开容器,充分搅拌观察有无硬块、凝聚及分离现象,如有则结束实验,记录循环次数。如无则重复进行下一个循环。
4.耐擦洗性能评估:根据GB/T 9266-2009测试漆膜的耐洗刷性能。
5.留香性:(1)将制备的香味涂料刷涂在15cm*7cm无石棉纤维水泥板上,涂布量每道100g/m2±20g/m2,刷涂间隔24h,刷涂后标准状况下养护一年后,放置于密封罐中,24h后收集罐内气体,气相法检测香料的含量。含量越高,评分分值越高。(2)将制备的香味涂料刷涂在15cm*7cm无石棉纤维水泥板上,涂布量每道100g/m2±20g/m2,刷涂间隔24h,刷涂后标准状况下养护一年后,放置于密封罐中,24h后,通过五位受过训练的专家小组测试气味。
6.甲醛净化效率和甲醛净化持久性:参照JC/T 1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》中的方法测试
表2涂料评测结果
评价结果看出:对比例1,2与实施例1对比,证实:大EO数的非离子乳化剂,在不添加抗冻剂的情况下具有优异的冻融稳定性;且聚合型非离子乳化剂和非聚合型非离子乳化剂需要同时存在。对比例(3)和实施例1对比:非离子乳化剂EO数在10-40之间,且香料的δ值为21以下,可以有效的结合亲水性香料。对比例(4)、(5)和实施例1对比,制备涂料时,浆料的pH值需要调至8-8.5才会更好的结合香料和利于涂料的冻融稳定性。
对上述实施例3进行检测,涂料性能满足国标《GB/T 34676-2017儿童房装饰用内墙涂料》中对儿童房涂料需求,具体指标如下:
表3:儿童房测试