CN112409531A - 一种水性丙烯酸乳液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子合成技术领域。一种水性丙烯酸乳液，包括以下组分：丙烯酸软单体、丙烯酸硬单体、功能单体、交联单体、引发剂、乳化剂、中和剂、助剂、pH调节剂以及余量的水；其中，所述丙烯酸软单体为2‑丙烯酸‑2‑乙基己酯和丙烯酸异辛酯；所述丙烯酸硬单体为甲基丙烯酸异冰片酯；所述功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯；所述交联单体为甲基丙烯酸四氢糠基酯、双丙酮丙烯酰胺、和己二酸二酰肼。本发明水性丙烯酸乳液具有良好的附着力、耐热稳定和耐抗性能，将其应用于水性涂料中可提高漆膜的硬度、耐水、耐划伤和耐化学品性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子合成技术领域，具体涉及一种水性丙烯酸乳液及其制备方法和应用。
背景技术
以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等单体为主要原料合成的共聚物为并丙烯酸树脂，丙烯酸树脂具有良好的附着力、耐候性，以其作为成膜物质的涂料为丙烯酸树脂涂料，丙烯酸树脂涂料因其具有良好的耐候、耐腐蚀、耐污染性能而被广泛应用。现有的丙烯酸树脂主要是溶剂型，对环境污染大，而水性丙烯酸树脂与溶剂型丙烯酸树脂相比附着力、耐水性、耐盐雾性、耐磨性、硬度、耐冲击性、抗湿性、耐溶剂性能较差，自干成膜后，涂层以颗粒堆积而形成，固化温度高，含有水性丙烯酸树脂的涂料低温下不易成膜，需在高温下烘烤固化，涂料施工性能差。水性丙烯酸乳液的制备多采用离子型乳化剂，虽然乳化效果好，但对离子种类有要求，储存稳定性差，在同类离子环境中容易出现分层现象，外加的离子型乳化剂游离于体系之外，易迁移，成膜后耐水性和耐盐雾性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水性丙烯酸乳液，该水性丙烯酸乳液具有良好的附着力、耐热稳定和耐抗性能，将其应用于水性涂料中可提高漆膜的硬度、耐水、耐划伤和耐化学品性能。
本发明的技术方案如下：
一种水性丙烯酸乳液，包括以下按质量百分比计算的组分：丙烯酸软单体15-20％、丙烯酸硬单体30-45％、功能单体10-15％、交联单体10-15％、引发剂0.1-2％、乳化剂0.1-5％、中和剂0.1-5％、助剂0.1-2％、pH调节剂0.1-5％以及余量的水；
其中，所述丙烯酸软单体为2-丙烯酸-2-乙基己酯和丙烯酸异辛酯；所述丙烯酸硬单体为甲基丙烯酸异冰片酯；所述功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯；所述交联单体为甲基丙烯酸四氢糠基酯、双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼。
进一步的，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钠。
进一步的，所述乳化剂为质量比为1-3:1的非离子型乳化剂和阴离子型表面活性剂。
进一步的，所述非离子型乳化剂为异构醇聚氧乙烯醚和十二烷基酚聚氧乙烯醚，可提高乳液的附着力和润湿性；所述阴离子表面活性剂为1-烯丙氧基-3-(4-壬基苯酚)-2-丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵，可乳化形成粒径小且分布均匀的乳液，反应过程中气泡生成量少，可有效提高乳液固化膜的附着力和机械性能。
进一步的，所述助剂为十二硫醇、十六烷醇、聚丙烯酸钠中的至少一种。
进一步的，所述中和剂为质量比2-3:2-3:1的氨水、氢氧化钠和2-氨基-2-甲基-1-丙醇。氨水和2-氨基-2-甲基-1-丙醇具有良好的挥发性能，可提高乳液的固化速度和成膜性能，提高固化膜的平整度和光泽度；氢氧化钠作为一种强碱可提高功能单体的水溶性，提高乳化反应效率，乳液固化后残留在膜中影响涂膜性能。
进一步的，所述pH调节剂为碳酸氢钠。
一种所述的水性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
a.将引发剂配制成浓度为1.5-2％的引发剂水溶液；
b.将交联单体双丙酮丙烯酰胺和助剂混合，搅拌均匀后制得混合物A；
c.将功能单体与占纯水总质量50-60％的纯水混合，加热至80-85℃，升温过程中加入中和剂，300-500r/min搅拌15-45min，加入丙烯酸软单体、丙烯酸硬单体和乳化剂，通入氮气，保持温度在80-85℃，滴加占引发剂水溶液总质量50-60％的引发剂水溶液，反应30-45min；加入混合物A，滴加余量的引发剂水溶液，保持温度在80-85℃，反应2-3h；冷却至室温，加入pH调节剂调节乳液pH至8-9，加入交联单体己二酸二酰肼、甲基丙烯酸四氢糠基酯和余量的纯水，搅拌15-30min即得水性丙烯酸乳液。
一种含有所述的水性丙烯酸乳液的水性涂料，包括以下按重量份数计算的组分：水性丙烯酸乳液40-50份、色浆30-40份、水性助剂1-10份。
本发明具有如下有益效果：
本发明选用的丙烯酸硬单体可提高乳液的硬度、附着力和耐抗性能；丙烯酸软单体可提高乳液的柔韧性；交联单体可在常温下交联固化，可提高乳液的力学性能和耐化学品性能，甲基丙烯酸四氢糠基酯可降低乳液的表面张力，提高漆膜的附着力和抗刮耐磨性能；功能单体在反应中产生的气泡少，提高了乳液的粘附性、润湿性和耐水性。各组分协同，可形成粒径小且分布均匀的水性丙烯酸乳液，乳液附着力、热稳定性和耐抗性好。本发明水性丙烯酸乳液通过预乳化法制备而成，乳化体系稳定，乳化时间短，反应效率高，过程可控。将本发明水性丙烯酸乳液应用于水性涂料中，乳液在体系中具有良好机械稳定性能和颜料分散性，可提高油墨的防附着力、耐划伤、耐热稳定性和耐水性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
下表为本发明水性丙烯酸乳液3个实施例和3个对比例的配方表(单位：％)：
下表为本发明水性丙烯酸乳液5个对比例的配方表(单位：％)：
一种所述的水性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
a.将引发剂配制成浓度为1.5％的引发剂水溶液；
b.将交联单体双丙酮丙烯酰胺和助剂混合，搅拌均匀后制得混合物A；
c.将功能单体与占纯水总质量50％的纯水混合，加热至80℃，升温过程中加入中和剂，300r/min搅拌30min，加入丙烯酸软单体、丙烯酸硬单体和乳化剂，通入氮气，保持温度在85℃，滴加占引发剂水溶液总质量50％的引发剂水溶液，反应30min；加入混合物A，滴加余量的引发剂水溶液，保持温度在85℃，反应2h；冷却至室温，加入pH调节剂调节乳液pH至8-9，加入交联单体己二酸二酰肼和余量的纯水，搅拌15min即得水性丙烯酸乳液。
测试本发明水性丙烯酸乳液3个实施例和8个对比例的各项性能，测试结果见下表：
| 检测项目 | 粒径/nm | 附着力/级 | 吸水率/％ | 凝胶率 | 耐划伤(HB)/次 |
| 实施例1 | 68.9 | 0 | 13.8 | 无凝胶 | 28 |
| 实施例2 | 71.2 | 0 | 12.5 | 无凝胶 | 30 |
| 实施例3 | 73.8 | 0 | 12.1 | 无凝胶 | 35 |
| 对比例1 | 72.3 | 1 | 14.5 | 无凝胶 | 25 |
| 对比例2 | 73.1 | 1 | 15.3 | 无凝胶 | 23 |
| 对比例3 | 82.5 | 2 | 14.8 | 1.2％ | 15 |
| 对比例4 | 75 | 1 | 14.2 | 0.8％ | 18 |
| 对比例5 | 73.8 | 2 | 15.8 | 1.5％ | 13 |
| 对比例6 | 69.5 | 1 | 14.1 | 无凝胶 | 23 |
| 对比例7 | 96.4 | 1 | 14.3 | 无胶凝 | 20 |
| 对比例8 | 72.5 | 1 | 15.5 | 无凝胶 | 20 |
可见，本发明水性丙烯酸乳液粒径小且均一，具有良好的附着力和抗划伤性能，吸水率低，耐水性好，无凝胶，稳定性好。
将本发明水性丙烯酸乳液3个实施例和8个对比例应用于水性涂料中，制得样品1-11，所述水性涂料包括以下组分：水性丙烯酸乳液50份、色浆30份、水性流平剂1份。根据GB/T22374-2008、GB/T1771-2007测试涂料的耐水性和耐盐雾性能，测试结果见下表：
可见，将本发明水性丙烯酸乳液可提高漆膜的耐水性和耐盐雾性。
本发明水性丙烯酸乳液具有良好的附着力、耐热稳定和耐抗性能，将其应用于水性涂料中可提高漆膜的硬度、耐水、耐划伤和耐化学品性能。
Claims (9)
1.一种水性丙烯酸乳液，其特征在于，包括以下按质量百分比计算的组分：丙烯酸软单体15-20％、丙烯酸硬单体30-45％、功能单体10-15％、交联单体10-15％、引发剂0.1-2％、乳化剂0.1-5％、中和剂0.1-5％、助剂0.1-2％、pH调节剂0.1-5％以及余量的水；
其中，所述丙烯酸软单体为2-丙烯酸-2-乙基己酯和丙烯酸异辛酯；所述丙烯酸硬单体为甲基丙烯酸异冰片酯；所述功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯；所述交联单体为甲基丙烯酸四氢糠基酯、双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼。
2.根据权利要求1所述的水性丙烯酸乳液，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钠。
3.根据权利要求1所述的水性丙烯酸乳液，其特征在于，所述乳化剂为质量比为1-3:1的非离子型乳化剂和阴离子型表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的水性丙烯酸乳液，其特征在于，所述非离子型乳化剂为异构醇聚氧乙烯醚和十二烷基酚聚氧乙烯醚，所述阴离子表面活性剂为1-烯丙氧基-3-(4-壬基苯酚)-2-丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵。
5.根据权利要求1所述的水性丙烯酸乳液，其特征在于，所述助剂为十二硫醇、十六烷醇、聚丙烯酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的水性丙烯酸乳液，其特征在于，所述中和剂为质量比2-3:2-3:1的氨水、氢氧化钠和2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
7.根据权利要求1所述的水性丙烯酸乳液，其特征在于，所述pH调节剂为碳酸氢钠。
8.一种权利要求1-7任一项所述的水性丙烯酸乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将引发剂配制成浓度为1.5-2％的引发剂水溶液；
b.将交联单体双丙酮丙烯酰胺和助剂混合，搅拌均匀后制得混合物A；
c.将功能单体与占纯水总质量50-60％的纯水混合，加热至80-85℃，升温过程中加入中和剂，300-500r/min搅拌15-45min，加入丙烯酸软单体、丙烯酸硬单体和乳化剂，通入氮气，保持温度在80-85℃，滴加占引发剂水溶液总质量50-60％的引发剂水溶液，反应30-45min；加入混合物A，滴加余量的引发剂水溶液，保持温度在80-85℃，反应2-3h；冷却至室温，加入pH调节剂调节乳液pH至8-9，加入交联单体己二酸二酰肼、甲基丙烯酸四氢糠基酯和余量的纯水，搅拌15-30min即得水性丙烯酸乳液。
9.一种含有权利要求1-7任一项所述的水性丙烯酸乳液的水性涂料，其特征在于，包括以下按重量份数计算的组分：水性丙烯酸乳液40-50份、色浆30-40份、水性助剂1-10份。
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