CN112142904A - 一种水性高硬度耐水丙烯酸树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水性高硬度耐水丙烯酸树脂及其制备方法,属于化工领域。该树脂包括的原料有甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、叔碳酸缩水甘油酯、引发剂、链转移剂、助溶剂、中和剂和去离子水。与传统溶剂型丙烯酸树脂相比,本发明的水性高硬度耐水丙烯酸树脂具有优异的使用性能,可提升漆膜的致密程度,使漆膜的防渗透能力提升,增强屏蔽作用;硬度和耐摩擦磨损性能提升,储存温度范围大,适用于多种极端环境下储存使用;降低了树脂中VOC含量,降低了有毒有害物质排放,更加安全环保。
Description
技术领域
本发明属于化工领域,具体涉及一种水性高硬度耐水丙烯酸树脂及其制备方法。
背景技术
丙烯酸树脂作为一种具有高光泽、高性能的树脂材料,可广泛应用于车辆防护、设备保护、基础设施建设等领域,具有较高的市场应用价值,但传统有机溶剂型丙烯酸树脂中含有大量的挥发性有机溶剂,在使用过程中会造成严重的环境污染问题;为解决环境污染问题,水性涂料得到了快速发展,水性涂料的广泛应用解决了涂料产品在运输、安全、环保、使用等方面的诸多问题。
丙烯酸树脂在材料防护方面有广泛应用,不仅可以提升产品硬度,还可以更好的提高漆膜保护性能,但丙烯酸涂料的耐水性具有一定的不足。因此,提升丙烯酸树脂产品耐水性可以使丙烯酸涂料的应用更加广泛,具有较好的现实应用价值。
发明内容
本发明所要解决的是现有丙烯酸树脂产品存在耐水性不足,VOC含量高等问题,提供了一种水性高硬度耐水丙烯酸树脂及其制备方法,该水性高硬度耐水丙烯酸树脂在保证耐冲击强度和柔韧性的前提下提高了漆膜硬度,使其保护性能得以提高。
为了实现上述目的,本发明提供的技术方案是一种水性高硬度耐水丙烯酸树脂,包括下列质量份的原料制备而成:甲基丙烯酸甲酯45-70份,丙烯酸丁酯5-9份,甲基丙烯酸月桂酯4-7份,甲基丙烯酸十八烷基酯2-5份,甲基丙烯酸二十二烷基酯1-3份,甲基丙烯酸羟乙酯10-20份,甲基丙烯酸3-7份,叔碳酸缩水甘油酯3-7份,引发剂1.5-4份,链转移剂0.3-0.8份,助溶剂6-17份,中和剂3-6份,去离子水100-110份。
优选的,所述的引发剂包括过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酸叔丁酯,过氧化苯甲酰:叔丁基过氧化氢:过氧化苯甲酸叔丁酯的质量比为0.5:0.5:2。
优选的,所述链转移剂包括叔十二硫醇、2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯,叔十二硫醇:2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯的质量比为1:1。
优选的,所述助溶剂为天津中和盛泰生产的环保型助溶剂PNB-99。
优选的,所述中和剂为DeuAddMA-95醇胺类有机物。
本发明还提供了上述水性高硬度耐水丙烯酸树脂的制备方法,包括以下步骤:
A、反应底物预处理:将全部质量份的助溶剂,30%-50%质量份的叔碳酸缩水甘油酯,10%-30%质量份的链转移剂均匀混合,通氮气保护,升温至120-155℃,在搅拌状态下保温20-35min,得到反应底物,备用;
B、单体混合物制备:将全部质量份的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸,50%-70%质量份的叔碳酸缩水甘油酯,60%-80%质量份的链转移剂,70%-90%质量份的引发剂在磁力搅拌下均匀混合,得到单体混合物,备用;
C、树脂合成:将反应体系温度控制在120-155℃,取步骤B中所制备的单体混合物在2.5-4h内缓慢滴加至反应底物中,滴加完毕后保温1-2h;
D、提高转化率:将剩余质量份的链转移剂、剩余质量份的引发剂缓慢补加至反应体系中,控制反应温度在120-155℃,保温反应2-3h;
E、单体及溶剂抽提:在75-90℃下减压至0.05MPa,蒸馏至不再有单体有机物和助溶剂馏出,将未反应的单体和助溶剂减压蒸馏分离;
F、降温中和分散:将反应体系温度降温至60-70℃,取中和剂加入步骤E中分离有机物后的树脂中,中和度控制在90%-110%之间,快速搅拌15-20min;加入去离子水,在1500-2000r/min的高速搅拌下分散15-20min,得到产品。
本发明中采用PNB-99作为环保型助溶剂,叔碳酸缩水甘油酯作为反应型助溶剂,不仅提高了溶解能力、降低树脂黏度,还极大降低了树脂的VOC含量;在树脂合成阶段所使用的2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯代替部分叔十二硫醇,由于硫醇类物质气味较重,而2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯无色无味,可以降低树脂气味,且2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯具有一定功能性,可使聚合过程更加温度均匀,提高分子链能,提高漆膜的交联程度,使其更加致密;过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酸叔丁酯按一定质量比引入,可以降低树脂合成过程中所需要的活化能,且三种不同引发剂的引发温度半衰期不同,从而更好的提高引发效率,提升产品转化率;甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯三种长支链甲基丙烯酸酯类单体的使用提高了高分子链的支化程度,促进成膜交联,形成更加致密的网状结构,可有效防止水分子渗入,使得漆膜硬度和耐水性提升;中和阶段使用DeuAddMA-95醇胺类有机物作为中和剂,中和后树脂无刺鼻胺味,同时可满足产品性能要求,降低了树脂气味和对施工人员的危害。
与现有技术相比,本发明具有以下有益技术效果:
1、与传统溶剂型丙烯酸树脂相比,本发明的水性高硬度耐水丙烯酸树脂具有优异的使用性能,通过长支链单体对树脂进行改性,增加高分子链的支化程度,提升漆膜的致密程度,使漆膜的防渗透能力提升,增强屏蔽作用,所制备的漆膜耐水性可达15天以上,耐盐水性可达2个月以上;
2、本发明的水性高硬度耐水丙烯酸树脂在硬度、丰满度、光泽度等方面具有较大提升,由于使用长支链单体进行改性,使漆膜的密度提升,所制备的双组份聚氨酯涂料通过羟基与固化剂中的NCO基团发生反应,进一步增强漆膜的交联程度,使硬度得到较大提升,保护性能提升,耐摩擦磨损性能提升;
3、本发明的水性高硬度耐水丙烯酸树脂中通过甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯三种单体的混合使用,进行均匀聚合,并形成理想结构,使漆膜的性能提升,同时提高涂料产品的储存稳定性,冻融循环10次无异常,热储60d无异常,储存温度范围大,适用于多种极端环境下储存使用;
4、本发明的水性高硬度耐水丙烯酸树脂中,使用水作为主要分散介质,使用叔碳酸缩水甘油酯作为反应型溶剂,和少量环保型高沸点助溶剂,降低了树脂中VOC含量,降低了有毒有害物质排放,更加安全环保,便于运输储存;
5、本发明的水性高硬度耐水丙烯酸树脂使用了无毒无味的DeuAddMA-95醇胺类有机物作为中和剂,可以有效降低树脂气味,没有刺鼻胺味产生,使用新型具有功能性的转移剂2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯替代部分叔十二硫醇,进一步降低树脂气味;
6、本发明的水性高硬度耐水丙烯酸树脂使用了过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、叔丁基过氧化氢多种不同温度半衰期的引发剂进行复合引发,提高引发效率,使得反应效率得到提升,缩短反应时间,所制备的丙烯酸树脂分子量大,且分子量分布均匀;
7、本发明所制备的产品不仅符合国家各项技术要求和行业标准,还具有价格低、性能好、保护性强等特点,适用于工业化生产及推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例1的水性高硬度耐水丙烯酸树脂涂层的摩擦学测试图;
图2是本发明实施例1的水性高硬度耐水丙烯酸树脂涂层的摩擦学测试图;
图3是本发明实施例1的水性高硬度耐水丙烯酸树脂涂层的摩擦学测试图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下通过优选的实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例中所用甲基丙烯酸甲酯,丙烯酸丁酯,甲基丙烯酸羟乙酯,甲基丙烯酸月桂酯,甲基丙烯酸十八烷基酯,甲基丙烯酸二十二烷基酯,甲基丙烯酸,叔碳酸缩水甘油酯,过氧化苯甲酰,过氧化苯甲酸叔丁酯,叔丁基过氧化氢,叔十二硫醇为任意厂家的合格产品;链转移剂2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯为西北永新涂料有限公司生产的YX-301;环保助溶剂为天津中和盛泰生产的环保型助溶剂PNB-99;胺中和剂为上海凯茵化工生产的DeuAddMA-95醇胺类有机物。
实施例1
一种水性高硬度耐水丙烯酸树脂,其原料用量见表1,单位为g。
表1实施例1-3的水性高硬度耐水丙烯酸树脂原料用量表
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
甲基丙烯酸甲酯 | 47.9 | 55.4 | 66.2 |
丙烯酸丁酯 | 8.9 | 7.3 | 5.6 |
甲基丙烯酸月桂酯 | 6.5 | 5.3 | 4.2 |
甲基丙烯酸十八烷基酯 | 4.3 | 3.7 | 2.2 |
甲基丙烯酸二十二烷基酯 | 2.6 | 1.9 | 1.2 |
甲基丙烯酸羟乙酯 | 19.7 | 16.2 | 11.7 |
甲基丙烯酸 | 6.5 | 5.5 | 4.7 |
叔碳酸缩水甘油酯 | 3.6 | 4.7 | 4.2 |
过氧化苯甲酰 | 0.3 | 0.5 | 0.6 |
过氧化苯甲酸叔丁酯 | 0.3 | 0.5 | 0.6 |
叔丁基过氧化氢 | 1.2 | 2 | 2.4 |
2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯 | 0.2 | 0.25 | 0.4 |
叔十二硫醇 | 0.2 | 0.25 | 0.4 |
环保助溶剂PNB-99 | 6.7 | 11.4 | 16.5 |
DeuAddMA-95醇胺类有机物 | 3.6 | 4.8 | 5.6 |
去离子水 | 105.5 | 107.6 | 106.3 |
本实施例提供的水性高硬度耐水丙烯酸树脂的制备方法,包括:
A、反应底物预处理:按质量配比称取各原料后,将全部质量的助溶剂,40%质量的叔碳酸缩水甘油酯,30%质量的链转移剂均匀混合,通氮气保护,升温至125℃,在搅拌状态下保温20min,得到反应底物,备用;
B、单体混合物制备:将全部质量份的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸,60%质量的叔碳酸缩水甘油酯,60%质量的链转移剂,90%质量的引发剂在磁力搅拌下均匀混合,得到单体混合物,备用;
C、树脂合成:将反应体系温度控制在125℃,取步骤B中所制备的单体混合物在3h内缓慢滴加至反应底物中,滴加完毕后保温1h;
D、提高转化率:将剩余的链转移剂、剩余的引发剂缓慢补加至反应体系中,控制反应温度在131℃,保温反应2h;
E、单体及溶剂抽提:在80℃下减压至0.05MPa,蒸馏至不再有单体有机物和助溶剂馏出,将未反应的单体和助溶剂减压蒸馏分离;
F、降温中和分散:将反应体系温度降温至65℃,取中和剂加入步骤E中分离有机物后的树脂中,中和度控制在90%之间,快速搅拌15min;加入去离子水,在1500-2000r/min的高速搅拌下分散15min,得到产品。
实施例2
一种水性高硬度耐水丙烯酸树脂,其原料用量见表2,单位为g。
本实施例提供的水性高硬度耐水丙烯酸树脂的制备方法,包括:
A、反应底物预处理:按质量配比称取各原料后,将全部质量的助溶剂,50%质量的叔碳酸缩水甘油酯,15%质量的链转移剂均匀混合,通氮气保护,升温至133℃,在搅拌状态下保温20min,得到反应底物,备用;
B、单体混合物制备:将全部质量的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸,50%质量的叔碳酸缩水甘油酯,75%质量的链转移剂,85%质量的引发剂在磁力搅拌下均匀混合,得到单体混合物,备用;
C、树脂合成:将反应体系温度控制在133℃,取步骤B中所制备的单体混合物在3.5h内缓慢滴加至反应底物中,滴加完毕后保温1h;
D、提高转化率:将剩余质量的链转移剂、剩余质量的引发剂缓慢补加至反应体系中,控制反应温度在140℃,保温反应1.5h;
E、单体及溶剂抽提:在80℃下减压至0.05MPa,蒸馏至不再有单体有机物和助溶剂馏出,将未反应的单体和助溶剂减压蒸馏分离;
F、降温中和分散:将反应体系温度降温至65℃,取中和剂加入步骤E中分离有机物后的树脂中,中和度控制在100%之间,快速搅拌15min;加入去离子水,在1500-2000r/min的高速搅拌下分散15min,得到产品。
实施例3
一种水性高硬度耐水丙烯酸树脂,其原料用量见表2,单位为g。
本实施例提供的水性高硬度耐水丙烯酸树脂的制备方法,包括:
A、反应底物预处理:按质量配比称取各原料后,将全部质量的助溶剂,60%质量的叔碳酸缩水甘油酯,20%质量的链转移剂均匀混合,通氮气保护,升温至142℃,在搅拌状态下保温20min,得到反应底物,备用;
B、单体混合物制备:将全部质量的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸,40%质量的叔碳酸缩水甘油酯,70%质量的链转移剂,75%质量的引发剂在磁力搅拌下均匀混合,得到单体混合物,备用;
C、树脂合成:将反应体系温度控制在142℃,取步骤B中所制备的单体混合物在4h内缓慢滴加至反应底物中,滴加完毕后保温1.5h;
D、提高转化率:将剩余质量的链转移剂、剩余质量的引发剂缓慢补加至反应体系中,控制反应温度在150℃,保温反应1.5h;
E、单体及溶剂抽提:在80℃下减压至0.05MPa,蒸馏至不再有单体有机物和助溶剂馏出,将未反应的单体和助溶剂减压蒸馏分离;
F、降温中和分散:将反应体系温度降温至65℃,取中和剂加入步骤E中分离有机物后的树脂中,中和度控制在110%之间,快速搅拌15min;加入去离子水,在1500-2000r/min的高速搅拌下分散15min,得到产品。
树脂性能测试
对实施例1-3的水性高硬度耐水丙烯酸树脂制作成涂层进行多项性能检测及摩擦学测试,并选择一种现有市售丙烯酸涂料产品作性能检测对比,该市售丙烯酸涂料产品是甲基丙烯酸丁醋与甲基丙烯酸酸胺的共聚树脂及适量的氨基树脂溶于有机溶剂加体质填料,功能性防锈颜料及各种助剂调制而成;检测结果如表2及图1-3所示。
表2涂层质量性能指标及检测结果
由表2及图1-3的测试结果可知,本发明的水性高硬度耐水丙烯酸树脂具有更高的硬度,干燥速度快,光泽度好,耐磨性、耐盐雾性及耐人工气候老化性高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,以上所述仅为本发明的较佳实施例,用以解释本发明的技术方案,本领域技术人员还可以在本发明的精神和原则之内作常规修改、等同替换和改进等。
Claims (6)
1.一种水性高硬度耐水丙烯酸树脂,其特征在于,包括下列质量份的原料制备而成:甲基丙烯酸甲酯45-70份,丙烯酸丁酯5-9份,甲基丙烯酸月桂酯4-7份,甲基丙烯酸十八烷基酯2-5份,甲基丙烯酸二十二烷基酯1-3份,甲基丙烯酸羟乙酯10-20份,甲基丙烯酸3-7份,叔碳酸缩水甘油酯3-7份,引发剂1.5-4份,链转移剂0.3-0.8份,助溶剂6-17份,中和剂3-6份,去离子水100-110份。
2.根据权利要求1所述的水性高硬度耐水丙烯酸树脂,其特征在于:所述的引发剂包括过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酸叔丁酯,过氧化苯甲酰:叔丁基过氧化氢:过氧化苯甲酸叔丁酯的质量比为0.5:0.5:2。
3.根据权利要求1所述的水性高硬度耐水丙烯酸树脂,其特征在于:所述链转移剂包括叔十二硫醇、2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯,叔十二硫醇:2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯的质量比为1:1。
4.根据权利要求1所述的水性高硬度耐水丙烯酸树脂,其特征在于:所述助溶剂为环保型助溶剂PNB-99。
5.根据权利要求1所述的水性高硬度耐水丙烯酸树脂,其特征在于:所述中和剂为DeuAddMA-95醇胺类有机物。
6.一种如权利要求1-5任一项所述水性高硬度耐水丙烯酸树脂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、反应底物预处理:将全部质量份的助溶剂,30%-50%质量份的叔碳酸缩水甘油酯,10%-30%质量份的链转移剂均匀混合,通氮气保护,升温至120-155℃,在搅拌状态下保温20-35min,得到反应底物,备用;
B、单体混合物制备:将全部质量份的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸,50%-70%质量份的叔碳酸缩水甘油酯,60%-80%质量份的链转移剂,70%-90%质量份的引发剂在磁力搅拌下均匀混合,得到单体混合物,备用;
C、树脂合成:将反应体系温度控制在120-155℃,取步骤B中所制备的单体混合物在2.5-4h内缓慢滴加至反应底物中,滴加完毕后保温1-2h;
D、提高转化率:将剩余质量份的链转移剂、剩余质量份的引发剂缓慢补加至反应体系中,控制反应温度在120-155℃,保温反应2-3h;
E、单体及溶剂抽提:在75-90℃下减压至0.05MPa,蒸馏至不再有单体有机物和助溶剂馏出,将未反应的单体和助溶剂减压蒸馏分离;
F、降温中和分散:将反应体系温度降温至60-70℃,取中和剂加入步骤E中分离有机物后的树脂中,中和度控制在90%-110%之间,快速搅拌15-20min;加入去离子水,在1500-2000r/min的高速搅拌下分散15-20min,得到产品。
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