CN111234316A - 一种易分散的丙烯酸酯包覆硬脂酸锌复合材料及其制备 - Google Patents

一种易分散的丙烯酸酯包覆硬脂酸锌复合材料及其制备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种易分散的丙烯酸酯包覆硬脂酸锌复合材料及其制备，按重量份数，原料组分包括：硬脂酸锌100份；硅烷偶联剂0.05‑0.25份；水性聚丙烯酸酯溶液50‑350份；氢氧化钠溶液50‑200份。制备：将硬脂酸锌、硅烷偶联分散于溶剂中，加入聚丙烯酸酯溶液，分散；恒温匀速滴加氢氧化钠溶液，抽滤，洗涤，超声分散，冻干机干燥，即得。本发明具有操作简单、环境友好、成本低、可大量生产的特点，所得产物稳定性佳，适用性强，易于分散于水性有机聚合物溶液中，具有较好的应用前景。

Description

一种易分散的丙烯酸酯包覆硬脂酸锌复合材料及其制备
技术领域
本发明属于改性硬脂酸锌材料及其制备领域，特别涉及一种易分散的丙烯酸酯包覆硬脂酸锌复合材料及其制备。
背景技术
金属皂兼具金属盐和脂肪酸的双重特性，广泛用作为塑料的稳定剂、润滑剂、卤素吸收剂、纺织品防水剂、油漆平光剂等。硬脂酸锌除具有上述一般金属硬脂酸盐的通性外，还有一些特有的性质：硬脂酸锌是桥式结构的盐，熔点较低，内聚能较小，偶极作用较弱，易在石蜡油中溶解；硬脂酸锌中羧酸根与锌离子之间是螯合型结构，比离子型结构的硬脂酸盐润滑效果好，但同时与有机基体的相容性更差。随着飞速发展的经济和高新技术日新月异地不断进步，塑料、涂料及石油化工等工业的迅速发展，国内市场近年来对硬脂酸锌的需求量逐年增加，但由于硬脂酸锌的憎水性，一定程度上限制了其在水性溶液中的应用，专利申请号为：201811098647.7公开了一种水性硬脂酸锌分散液的制备方法，通过使烷基季铵盐进入蛭石层间结构中对蛭石进行改性，拓宽蛭石层间结构，有利于对硬脂酸锌的吸附，同时加入稀钠皂溶液，制备出具有优异分散性的水性硬脂酸锌分散液；其它方法，诸如将硬脂酸锌制成溶胶的方法赋予其水分散性，但硬脂酸锌溶胶在使用过程中易受到环境温度以及长时间储存时出现沉淀的影响，且在溶胶的制备过程中，往往伴随有大量废液的产生，一定程度制约了其应用。通过在其表面包覆丙烯酸酯，针对性的提高硬脂酸锌在有机聚合物中分散性的改性方法，文献中未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种易分散的丙烯酸酯包覆硬脂酸锌复合材料及其制备，克服现有技术硬脂酸锌溶胶在使用过程中易受到环境温度以及长时间储存时出现沉淀的影响的缺陷，该方法赋予硬脂酸锌一定的水分散性，降低硬脂酸锌与有机聚合物溶液间的界面相容性，使其可以均匀分散于有机聚合物溶液中，性能优良，无毒环保，且可针对性的添加于一定种类的水性溶液中，性能稳定，具有较好的应用潜能与前景。
本发明的一种硬脂酸锌复合材料，按重量份数，原料组分包括：
Figure BDA0002394748740000011
按重量份数，所述原料组分包括：
Figure BDA0002394748740000021
所述水性聚丙烯酸酯溶液的含量为50、100、150或200份。
所述水性聚丙烯酸酯溶液的固含量为34％；氢氧化钠溶液的质量百分浓度为25％。
本发明的一种所述硬脂酸锌复合材料的制备方法，包括：
(1)将硬脂酸锌、硅烷偶联剂均匀分散于溶剂中，磁力搅拌，加入水性聚丙烯酸酯溶液，磁力搅拌，超声分散；
(2)匀速滴加氢氧化钠溶液，恒温搅拌，过滤并收集沉积物，去离子水充分洗涤至中性，滤出物分散于去离子水中，超声分散，低温预冻，干燥，即得。
上述制备方法的优选方式如下：
所述步骤(1)中硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570；溶剂为乙醇。
所述步骤(1)中磁力搅拌时间为5-10min。
所述步骤(1)中超声分散时间为15-20min。
所述步骤(2)中恒温搅拌温度为25℃。
所述步骤(2)氢氧化钠溶液1-5分钟滴加完毕。
所述步骤(2)中超声分散时间为30-40min；低温预冻温度为-80℃以下；干燥为冻干机干燥。本发明提供一种所述硬脂酸锌复合材料的应用。
自制水性丙烯酸酯乳液制备方法：取10g丙烯酸正丁酯、4.8g苯乙烯、7.3g甲基丙烯酸甲酯、0.7g甲基丙烯酸、0.4g十二烷基硫酸钠、0.06g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、0.4g双丙酮丙烯酰胺和11g去离子水于烧杯中混合均匀，先用高速分散均质机搅拌0.5-1min，再磁力搅拌20min进行预乳化。分别取0.072g过硫酸钾溶于2g去离子水中，0.09g过硫酸钾于5.4g去离子水中，备用；取0.09g碳酸氢钠、9.6g去离子水、0.046g十二烷基硫酸钠和0.07g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10于四口烧瓶内混匀，控温82℃，恒温搅拌15min，转速为350rpm；待乳化剂溶解完全，一次性加入2.8g预乳化液和2.2g过硫酸钾水溶液，恒温搅拌30min；分别同时向四口烧瓶内滴加剩余乳化液和5.5g过硫酸钾溶液，3h内滴完，然后保温1.5h，降温至55℃，用氨水调pH值为8-9；加入1.4g聚有机硅氧烷，充分搅拌30min后停止加热，过滤，出料。
有益效果
(1)本发明采用自制聚丙烯酸酯溶液包覆硬脂酸锌的方法，将水性聚丙烯酸酯通过分子间相互作用力包覆于疏水性、无机粉状硬脂酸锌表面制备了硬脂酸锌复合材料，赋予硬脂酸锌一定的水分散性，降低硬脂酸锌与有机聚合物溶液间的界面相容性，使其可以均匀分散于有机聚合物溶液中，解决了硬脂酸锌憎水性、与水性有机聚合物相容性欠佳无法达到增强作用等问题，具有操作简便、成本低、易于推广、无毒环保、稳定性优异的优点，提高了硬脂酸锌的应用范围。
(2)本发明制备的水性聚丙烯酸酯包覆硬脂酸锌复合材料，具有以下优良特性：
①由复合材料红外图谱可知，除具有硬脂酸锌特征峰外，在1728cm-1处对应酯基-C＝O伸缩振动吸收峰，一定程度上表明聚丙烯酸酯以成功包覆于硬脂酸锌上；
②所制备的复合材料接触角可达94.7°，与未包覆丙烯酸酯的硬脂酸锌相比，其憎水性显著降低。
③室温下将复合材料分散于去离子水中，改性硬脂酸锌具有良好的分散性能，且静置保存两周，复合材料分散性稳定。
附图说明
图1本发明的工艺流程图；
图2是实施案例2产物的接触角，a：硬脂酸锌接触角；b：实施案例2产物接触角
图3是实施案例2产物的红外图谱；
图4是实施案例2产物的分散性图片(去离子水中)，a：改性后硬脂酸锌；b：未改性硬脂酸锌。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明采用光中炭业生产的国标硬脂酸锌(Zn 11.0％-12.5％)。其它单体及乳化剂等添加剂来自国药集团，化学纯。
自制水性丙烯酸酯乳液制备方法：取10g丙烯酸正丁酯、4.8g苯乙烯、7.3g甲基丙烯酸甲酯、0.7g甲基丙烯酸、0.4g十二烷基硫酸钠、0.06g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、0.4g双丙酮丙烯酰胺和11g去离子水于烧杯中混合均匀，先用高速分散均质机搅拌0.5-1min，再磁力搅拌20min进行预乳化。分别取0.072g过硫酸钾溶于2g去离子水中，0.09g过硫酸钾于5.4g去离子水中，备用；取0.09g碳酸氢钠、9.6g去离子水、0.046g十二烷基硫酸钠和0.07g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10于四口烧瓶内混匀，控温82℃，恒温搅拌15min，转速为350rpm；待乳化剂溶解完全，一次性加入2.8g预乳化液和2.2g过硫酸钾水溶液，恒温搅拌30min；分别同时向四口烧瓶内滴加剩余乳化液和5.5g过硫酸钾溶液，3h内滴完，然后保温1.5h，降温至55℃，用氨水调pH值为8-9；加入1.4g聚有机硅氧烷，充分搅拌30min后停止加热，过滤，出料。
实施例1
(1)取5g市售硬脂酸锌、0.008g硅烷偶联剂KH-570和75g乙醇在烧杯中混合均匀，磁力搅拌10min，加入2.5g水性聚丙烯酸酯溶液，磁力搅拌10min，超声分散20min；
(2)取5g质量分数为25％的氢氧化钠溶液加入到混合溶液中，25℃下磁力搅拌15min。
(3)将混合液过滤，收集白色沉淀，去离子水充分洗涤至中性。
(4)收集产物分散于15g去离子水中，超声分散30min；-80℃下预冻，冻干机干燥，收集产物。
图1为产物工艺流程图。
实施例2
(1)取5g市售硬脂酸锌、0.008g硅烷偶联剂KH-570和75g乙醇在烧杯中混合均匀，磁力搅拌10min，加入5.0g水性聚丙烯酸酯溶液，磁力搅拌10min，超声分散20min；
(2)取5g质量分数为25％的氢氧化钠溶液加入到混合溶液中，25℃下磁力搅拌15min。
(3)将混合液过滤，收集白色沉淀，去离子水充分洗涤至中性。
(4)收集产物分散于15g去离子水中，超声分散30min；-80℃下预冻，冻干机干燥，收集产物。
如图2中，产物接触角降低，表明其具有了一定的憎水性；图3红外谱图中，除具有硬脂酸锌特征峰外，在1728cm-1处出现酯基-C＝O伸缩振动吸收峰，一定程度上表明聚丙烯酸酯已成功包覆于硬脂酸锌上；图4为分散性图片，产物室温分散于去离子水中，静置两周，分散性良好。
实施例3
(1)取5g市售硬脂酸锌、0.008g硅烷偶联剂KH-570和75g乙醇在烧杯中混合均匀，磁力搅拌10min，加入7.5g水性聚丙烯酸酯溶液，磁力搅拌10min，超声分散20min；
(2)取5g质量分数为25％的氢氧化钠溶液加入到混合溶液中，25℃下磁力搅拌15min。
(3)将混合液过滤，收集白色沉淀，去离子水充分洗涤至中性。
(4)收集产物分散于15g去离子水中，超声分散30min；-80℃下预冻，冻干机干燥，收集产物。
对比例1
(1)取5g市售硬脂酸锌、0.008g硅烷偶联剂KH-570和85g乙醇在烧杯中混合均匀，磁力搅拌10min，超声分散20min；
(2)取5g质量分数为25％的氢氧化钠溶液加入到混合溶液中，25℃下磁力搅拌15min。
(3)将混合液过滤，收集白色沉淀，去离子水充分洗涤至中性。
(4)收集产物分散于15g去离子水中，超声分散30min；-80℃下预冻，冻干机干燥，收集产物。
表1为实施案例1-4所制备的复合材料在去离子水中的分散性。
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
丙烯酸酯乳液加入量(％) 50％ 100％ 150％ 0％
去离子水中分散性 不分散 分散 分散，部分沉淀 分散，部分沉淀
由表可知，与对比例相比，实施例2所得产品在去离子水中分散性好。

Claims (10)

1.一种硬脂酸锌复合材料，按重量份数，原料组分包括：
Figure FDA0002394748730000011
2.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，按重量份数，所述原料组分包括：
Figure FDA0002394748730000012
3.根据权利要求2所述复合材料，其特征在于，按重量份数，所述水性聚丙烯酸酯溶液的含量为50、100、150或200份。
4.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述水性聚丙烯酸酯溶液的固含量为34％；氢氧化钠溶液的质量百分浓度为25％。
5.一种权利要求1所述硬脂酸锌复合材料的制备方法，包括：
(1)将硬脂酸锌、硅烷偶联剂均匀分散于溶剂中，磁力搅拌，加入水性聚丙烯酸酯溶液，磁力搅拌，超声分散；
(2)匀速滴加氢氧化钠溶液，恒温搅拌，过滤并收集沉积物，去离子水充分洗涤至中性，滤出物分散于去离子水中，超声分散，低温预冻，干燥，即得。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570；溶剂为乙醇。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中超声分散时间为15-20min。
8.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)氢氧化钠溶液1-5分钟滴加完毕。
9.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中超声分散时间为30-40min；低温预冻温度为-80℃以下。
10.一种权利要求1所述硬脂酸锌复合材料的应用。
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