CN111574657A - 一种苯丙乳液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及乳液涂料的技术领域，具体涉及一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体85～105份、苯乙烯单体55～75份、丙烯酸丁酯1～5份、耐候材料4～10份、碳酸氢纳1～8份、硅烷偶联剂1～4份、乳化剂2～3份、引发剂1～3份以及去离子水150～300份；所述耐水材料按重量份包括以下组分：脂肪醇聚乙烯磺酸钠15～30份、二氧化硅粉10～20份、硅酮酰胺5～15份、己二胺2～10份以及三乙烯四胺2～5份。本发明的配方制备的苯丙乳液具有良好的耐候性，应用于涂料行业使得涂层同样具备良好的耐候性。

Description

一种苯丙乳液
技术领域
本发明涉及乳液涂料的技术领域，尤其是涉及一种苯丙乳液。
背景技术
苯丙乳液(苯乙烯-丙烯酸酯乳液)是由苯乙烯和丙烯酸酯单体经乳液共聚而得。苯丙乳液是乳液聚合中研究较多的体系，也是当今世界有重要工业应用价值的十大非交联型乳液之一。苯丙乳液作为一类重要的中间化工产品,有着非常广泛的用途，现主要用作建筑涂料、金属表面乳胶涂料、地面涂料、纸张粘合剂、胶粘剂等。
现有的苯丙乳液的配方主要包括苯乙烯单体、丙烯酸酯单体、乳化剂以及引发剂四部分组成，由该配方制备出的苯丙乳液虽具有良好的耐油、耐热、耐老化性能，但是使用苯丙乳液为主料制备出的苯丙乳液涂料的附着性能、耐水性能较差，在长期接触外部环境时容易从基材表面脱落，影响了苯丙乳液涂料的耐候性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种苯丙乳液，其具有良好的耐候性。
为实现上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体85～105份、苯乙烯单体55～75份、丙烯酸丁酯1～5份、耐候材料4～10份、碳酸氢纳1～8份、硅烷偶联剂1～4份、乳化剂2～3份、引发剂1～3份以及去离子水150～300份；
所述耐候材料按重量份包括以下组分：脂肪醇聚乙烯磺酸钠15～30份、二氧化硅粉10～20份、硅酮酰胺5～15份、己二胺2～10份以及三乙烯四胺2～5份。
通过采用上述技术方案，脂肪醇聚乙烯磺酸钠具有较高的表面活性，可降低苯丙乳液的表面张力，并在苯丙乳液液膜表面形成双电子层排列结构，从而包围空气在双电子层之间形成大量的微小气泡，这些微小气泡如同滚珠减少了组分颗粒之间的摩擦阻力，提高了苯丙乳液的流动性；大量封闭的微小气泡的存在，堵塞或隔断了苯丙乳液中毛细管渗水通道，改变了苯丙乳液的内孔结构，因此大大提高苯丙乳液的耐水性；气泡有较大的弹性变形能力，对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用，因此苯丙乳液的抗冻性得到提高，耐候性随之提高；
由于涂覆基材多为混凝土材料，二氧化硅分子中的硅元素具有良好的渗透性，极易穿过混凝土基材的表层渗透至其内部，有利于提高以苯丙乳液为基料制备的涂料与混凝土基材之间的层间吸附性能，从而提高涂料的耐候性；二氧化硅还具有提高各成分之间悬浮稳定性的作用，从而防止成分下沉而影响成分之间的交联固化效率；
硅酮酰胺分散性强，能使苯丙乳液中的固体微粒均匀分散、悬浮，具有显著改善气孔结构、减少串孔的作用，从而提高苯丙乳液的强度，以此降低苯丙乳液涂料在各种气候下开裂、剥落的可能性，以此提高其耐候性；
三乙烯四胺与己二胺固化后耐水性强，通过提高苯丙乳液的耐水性，耐水性的提高有利于降低苯丙乳液在各种气候性下的浸湿性，以进一步提高其耐候性；
耐候材料之间的互相协同配合，作用于苯丙乳液体系中，以实现提高苯丙乳液耐候性的效果。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述组分中还包括钛酸酯3～7份以及2-胺乙基亚乙基脲2～6份。
通过采用上述技术方案，混凝土基材中的主要金属元素包括铁，铁元素外围的空轨道较多，且其晶格间的间距、原子反应的活性决定了其与钛酸酯的分子基团具有相互选择性，两者之间形成配位键，以此提高以苯丙乳液为基料制备的涂料在混凝土基材表面的润湿性，使钛酸酯吸附在基材表面甚至渗透至基材内部，以此提高涂料与基材之间的附着力，从而提高苯丙乳液涂料的耐候性；
由于混凝土基材多为硅酸盐系无机材料，2-胺乙基亚乙基脲与硅酸盐类无机材料具有良好的吸附性能，从而提高苯丙乳液涂料与基材之间的附着强度，以此降低苯丙乳液涂料在各种气候下开裂、剥落的可能性，从而提高其耐候性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述组分中还包括羟乙基甲基纤维素1～5份。
通过采用上述技术方案，羟乙基甲基纤维素的分子结构中含有大量的羟基，羟基与基材表面的氧原子以及氢氧基团反应键合，从而提高苯丙乳液涂料与基材之间的层间吸附力，以此提高两者之间的连接强度，从而提高苯丙乳液涂料的耐候性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述组分中还包括氨基改性聚二甲基硅氧烷1～5份。
通过采用上述技术方案，氨基改性聚二甲基硅氧烷分子结构中含有硅氧基，硅氧基可与混凝土基材内部的金属材料表面的氧化物反应形成配位键，从而提高苯丙乳液涂料与基材之间的层间吸附力，以此提高两者之间的连接强度，从而提高苯丙乳液涂料的耐候性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述组分中还包括增强填料2～10份，所述增强填料包括硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉。
通过采用上述技术方案，硅藻土具有细腻、松散、质轻、多孔、吸水性和渗透性强的性质，而且分散在体系中还具有良好的粘性和一定的增强作用；二氧化钛本身具有良好的耐受性以及粘性；鳞片石墨与二氧化钛粉插层至硅藻土的分子结构中，三者协同配合，以提高苯丙乳液的强度；
选用鳞片状的石墨是因为特殊的鳞片状结构具有切断苯丙乳液薄膜中的毛细孔、屏蔽腐蚀因子透过的作用；平行交叠的鳞片在苯丙乳液中起到迷宫效应，延长了腐蚀因子进入苯丙乳液的途径，从而提高了苯丙乳液涂料的防腐蚀能力，以此提高以苯丙乳液为基料制备的苯丙乳液涂料的耐候性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉的质量比为(2～3.5)：1：(1～2)。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述乳化剂为聚乙烯醇。
通过采用上述技术方案，聚乙烯醇为非离子型乳化剂，在水中不发生电离，不会影响其他组分之间的混聚，且聚乙烯醇价廉易得，因此选用聚乙烯醇作为本方案的乳化剂使用。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述引发剂为过硫酸铵。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1、脂肪醇聚乙烯磺酸钠、二氧化硅粉、硅酮酰胺、己二胺以及三乙烯四胺之间的互相协同配合，作用于苯丙乳液体系中，以实现提高苯丙乳液耐候性的效果；
2、钛酸酯与2-胺乙基亚乙基脲添加均是从提高苯丙乳液涂料与基材之间的附着强度，从而降低苯丙乳液涂料在各种气候下开裂、剥落的可能性的角度去提高苯丙乳液耐候性的；
3、羟乙基甲基纤维素的分子结构中含有大量的羟基，羟基与基材表面的氧原子以及氢氧基团反应键合，从而提高苯丙乳液涂料与基材之间的层间吸附力，以此提高两者之间的连接强度，从而提高苯丙乳液涂料的耐候性。
具体实施方式
实施例1，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体95份、苯乙烯单体65份、丙烯酸丁酯3份、羟乙基甲基纤维素3份、氨基改性聚二甲基硅氧烷3份、耐候材料7份、质量比为2.75：1：1.5的硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉6份、碳酸氢纳4.5份、钛酸酯5份、2-胺乙基亚乙基脲4份、硅烷偶联剂2.5份、聚乙烯醇2.5份、过硫酸铵2份以及去离子水225份；
耐候材料按重量份包括以下组分：脂肪醇聚乙烯磺酸钠22.5份、二氧化硅粉15份、硅酮酰胺10份、己二胺6份以及三乙烯四胺3.5份。
实施例2，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体85份、苯乙烯单体55份、丙烯酸丁酯1份、羟乙基甲基纤维素1份、氨基改性聚二甲基硅氧烷1份、耐候材料4份、质量比为2.75：1：1.5的硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉2份、碳酸氢纳1份、钛酸酯3份、2-胺乙基亚乙基脲2份、硅烷偶联剂1份、聚乙烯醇2份、过硫酸铵1份以及去离子水150份；
耐候材料组分同实施例1。
实施例3，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体105份、苯乙烯单体75份、丙烯酸丁酯5份、羟乙基甲基纤维素5份、氨基改性聚二甲基硅氧烷5份、耐候材料10份、质量比为2.75：1：1.5的硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉10份、碳酸氢纳8份、钛酸酯7份、2-胺乙基亚乙基脲6份、硅烷偶联剂4份、聚乙烯醇3份、过硫酸铵3份以及去离子水300份；
耐候材料组分同实施例1。
实施例4，为本发明公开的一种苯丙乳液，与实施例1的不同之处在于：
硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉的质量比为2：1：1。
实施例5，为本发明公开的一种苯丙乳液，与实施例1的不同之处在于：
硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉的质量比为3.5：1：2。
实施例6，为本发明公开的一种苯丙乳液，与实施例1的不同之处在于：
硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉的质量比为2：1：2。
实施例7，为本发明公开的一种苯丙乳液，与实施例1的不同之处在于：
硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉的质量比为3.5：1：1。
实施例8，为本发明公开的一种苯丙乳液，其组分及重量份同实施例1；
耐候材料按重量份包括以下组分：脂肪醇聚乙烯磺酸钠15份、二氧化硅粉10份、硅酮酰胺5份、己二胺2份以及三乙烯四胺2份。
实施例9，为本发明公开的一种苯丙乳液，其组分及重量份同实施例1；
耐候材料按重量份包括以下组分：脂肪醇聚乙烯磺酸钠30份、二氧化硅粉20份、硅酮酰胺15份、己二胺10份以及三乙烯四胺5份。
实施例10，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体95份、苯乙烯单体65份、丙烯酸丁酯3份、羟乙基甲基纤维素3份、氨基改性聚二甲基硅氧烷3份、质量比为2.75：1：1.5的硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉6份、碳酸氢纳4.5份、钛酸酯5份、2-胺乙基亚乙基脲4份、硅烷偶联剂2.5份、聚乙烯醇2.5份、过硫酸铵2份以及去离子水225份。
实施例11，为本发明公开的一种苯丙乳液，其组分及重量份同实施例1；
耐候材料按重量份包括以下组分：二氧化硅粉15份、硅酮酰胺10份、己二胺6份以及三乙烯四胺3.5份。
实施例12，为本发明公开的一种苯丙乳液，其组分及重量份同实施例1；
耐候材料按重量份包括以下组分：脂肪醇聚乙烯磺酸钠22.5份、二氧化硅粉15份、己二胺6份以及三乙烯四胺3.5份。
实施例13，为本发明公开的一种苯丙乳液，其组分及重量份同实施例1；
耐候材料按重量份包括以下组分：脂肪醇聚乙烯磺酸钠22.5份、硅酮酰胺10份、己二胺6份以及三乙烯四胺3.5份。
实施例14，为本发明公开的一种苯丙乳液，其组分及重量份同实施例1；
耐候材料按重量份包括以下组分：脂肪醇聚乙烯磺酸钠22.5份、二氧化硅粉15份以及硅酮酰胺10份。
实施例15，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体95份、苯乙烯单体65份、丙烯酸丁酯3份、羟乙基甲基纤维素3份、氨基改性聚二甲基硅氧烷3份、耐候材料7份、质量比为2.75：1：1.5的硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉6份、碳酸氢纳4.5份、硅烷偶联剂2.5份、聚乙烯醇2.5份、过硫酸铵2份以及去离子水225份；
耐候材料组分同实施例1。
实施例16，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体95份、苯乙烯单体65份、丙烯酸丁酯3份、氨基改性聚二甲基硅氧烷3份、耐候材料7份、质量比为2.75：1：1.5的硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉6份、碳酸氢纳4.5份、钛酸酯5份、2-胺乙基亚乙基脲4份、硅烷偶联剂2.5份、聚乙烯醇2.5份、过硫酸铵2份以及去离子水225份；
耐候材料组分同实施例1。
实施例17，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体95份、苯乙烯单体65份、丙烯酸丁酯3份、羟乙基甲基纤维素3份、耐候材料7份、质量比为2.75：1：1.5的硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉6份、碳酸氢纳4.5份、钛酸酯5份、2-胺乙基亚乙基脲4份、硅烷偶联剂2.5份、聚乙烯醇2.5份、过硫酸铵2份以及去离子水225份；
耐候材料组分同实施例1。
实施例18，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体95份、苯乙烯单体65份、丙烯酸丁酯3份、羟乙基甲基纤维素3份、氨基改性聚二甲基硅氧烷3份、耐候材料7份、碳酸氢纳4.5份、钛酸酯5份、2-胺乙基亚乙基脲4份、硅烷偶联剂2.5份、聚乙烯醇2.5份、过硫酸铵2份以及去离子水225份；
耐候材料组分同实施例1。
实施例19，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体95份、苯乙烯单体65份、丙烯酸丁酯3份、羟乙基甲基纤维素3份、氨基改性聚二甲基硅氧烷3份、耐候材料7份、硅藻土6份、碳酸氢纳4.5份、钛酸酯5份、2-胺乙基亚乙基脲4份、硅烷偶联剂2.5份、聚乙烯醇2.5份、过硫酸铵2份以及去离子水225份；
耐候材料组分同实施例1。
实施例20，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体95份、苯乙烯单体65份、丙烯酸丁酯3份、羟乙基甲基纤维素3份、氨基改性聚二甲基硅氧烷3份、耐候材料7份、质量比为2.75：1.5的硅藻土与二氧化钛粉6份、碳酸氢纳4.5份、钛酸酯5份、2-胺乙基亚乙基脲4份、硅烷偶联剂2.5份、聚乙烯醇2.5份、过硫酸铵2份以及去离子水225份；
耐候材料组分同实施例1。
实施例21，为本发明公开的一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体95份、苯乙烯单体65份、丙烯酸丁酯3份、羟乙基甲基纤维素3份、氨基改性聚二甲基硅氧烷3份、耐候材料7份、质量比为2.75：1的硅藻土与鳞片石墨6份、碳酸氢纳4.5份、钛酸酯5份、2-胺乙基亚乙基脲4份、硅烷偶联剂2.5份、聚乙烯醇2.5份、过硫酸铵2份以及去离子水225份；
耐候材料组分同实施例1。
对比例1，一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体95份、苯乙烯单体65份、丙烯酸丁酯3份、碳酸氢纳4.5份、硅烷偶联剂2.5份、聚乙烯醇2.5份、过硫酸铵2份以及去离子水225份。
性能检测试验
对比例1为现有技术对照样，对由实施例1-21以及对比例1中的配方制备出的苯丙乳液进行取样，并使用样品为主料制备苯丙乳液涂料，对涂料涂层的以下性能进行检测。
涂层附着性能检测：涂层附着性能采用ISO-2409划格法进行测试，划格间距1mm；测试结果分为6个等级，记录在表1中；
0级：完全光滑，无任何方格分层；
1级：交叉处有小块的剥离，影响面积为5％；
2级：交叉点沿边缘剥落，影响面积为5～15％；
3级：沿边缘整条剥落，影响面积15～35％；
4级：沿边缘整条剥落，有些格子部分或全部剥落，影响面积35～65％；
5级：任何大于4级的剥落级别。
耐水性检测：通过测量样品的耐水系数表征样品的耐水性能。耐水系数用K来表示，K值越大，表示样品的耐水性越好；反之，则耐水性较差，检测结果记录在表1中。
断裂伸长率检测：根据GB/T16777-2008对弹性腻子图层的断裂伸长率进行测试，断裂伸长率越大，说明样品的韧性越强，说明其抵抗裂纹产生的能力越强，测试结果记录于表1。
表1-涂层的各项理化性能检测数据
样品 剥落等级 耐水系数 断裂伸长率/％
实施例1 0 0.89 547
实施例2 0 0.87 532
实施例3 0 0.88 544
实施例4 0 0.88 543
实施例5 0 0.86 546
实施例6 0 0.87 542
实施例7 0 0.89 541
实施例8 0 0.87 540
实施例9 0 0.86 540
实施例10 3 0.74 515
实施例11 2 0.83 535
实施例12 2 0.82 532
实施例13 1 0.82 535
实施例14 2 0.84 538
实施例15 2 0.80 534
实施例16 1 0.81 537
实施例17 1 0.85 532
实施例18 1 0.73 475
实施例19 0 0.76 499
实施例20 1 0.82 506
实施例21 0 0.84 514
对比例1(对照样) 4 0.65 385
由表1中以苯丙乳液为主料制备的苯丙乳液涂料的涂层的各项理化性能数据可知：
1、在合适的范围内改变苯丙乳液各组分的添加量，苯丙乳液涂料的各项理化性能会出现变化，但是对其性能的影响不大；
2、在合适的范围内改变耐候材料中各组分的添加量，苯丙乳液涂料的各项理化性能会出现变化，但是对其性能的影响不大；
3、硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉之间的质量比控制在合适的范围内有利于确保苯丙乳液涂料的各项理化性能，且单独添加硅藻土或添加硅藻土与鳞片石墨或添加硅藻土与二氧化钛粉时也具有提高苯丙乳液韧性的性能，但是提升效果不如同时添加三种组分的提升效果显著，这可能是因为三种组分之间具有协同作用；
4、耐候材料对于提升苯丙乳液涂料的抗剥落性、耐水性具有显著作用，且耐候材料中的各个组分具有协同作用，删除其中一种组分，其提升效果会显著下降；
5、钛酸酯与2-胺乙基亚乙基脲对于提升苯丙乳液涂料的耐候性具有明显的作用；
6、羟乙基甲基纤维素对于提升苯丙乳液涂料的耐候性具有明显的作用；
7、氨基改性聚二甲基硅氧烷对于提升苯丙乳液涂料的耐候性具有明显的作用；
8、采取本方案制备的苯丙乳液应用于制备苯丙乳液涂料时对于涂层耐候性能的提升作用显著。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并非对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种苯丙乳液，按重量份包括以下组分：丙烯酸酯单体85～105份、苯乙烯单体55～75份、丙烯酸丁酯1～5份、耐候材料4～10份、碳酸氢纳1～8份、硅烷偶联剂1～4份、乳化剂2～3份、引发剂1～3份以及去离子水150～300份；
所述耐水材料按重量份包括以下组分：脂肪醇聚乙烯磺酸钠15～30份、二氧化硅粉10～20份、硅酮酰胺5～15份、己二胺2～10份以及三乙烯四胺2～5份。
2.根据权利要求1所述的一种苯丙乳液，其特征在于：所述组分中还包括钛酸酯3～7份以及2-胺乙基亚乙基脲2～6份。
3.根据权利要求1所述的一种苯丙乳液，其特征在于：所述组分中还包括羟乙基甲基纤维素1～5份。
4.根据权利要求1所述的一种苯丙乳液，其特征在于：所述组分中还包括氨基改性聚二甲基硅氧烷1～5份。
5.根据权利要求1所述的一种苯丙乳液，其特征在于：所述组分中还包括增强填料2～10份，所述增强填料包括硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉。
6.根据权利要求5所述的一种苯丙乳液，其特征在于：所述硅藻土、鳞片石墨以及二氧化钛粉的质量比为（2～3.5）：1：（1～2）。
7.根据权利要求1所述的一种苯丙乳液，其特征在于：所述乳化剂为聚乙烯醇。
8.根据权利要求1所述的一种苯丙乳液，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵。
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