CN112876607A - 一种生物基低voc水性乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生物基低VOC水性乳液及其制备方法，一种生物基低VOC水性乳液，其组分包括富马酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、氧化柠檬烯；以及制造方法，本申请所制备的产品具有更好附着力、透光性、稳定性，并且是可以有效的减少挥发性有机物VOC的排放。
Description
技术领域
本发明主要涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种生物基低VOC（VolatileOrganic Compounds，即挥发性有机化合物）水性乳液及其制备方法。
背景技术
溶剂型涂料是以有机溶剂为分散介质而制得的涂料，这种类型的涂料影响这我们生活的方方面面，例如油漆、防水涂层、家居表面的涂层等。
随着人们生活水平的日益提高，对环境保护的呼声也随着提高，溶剂型涂料中存在着大量有机溶剂作为分散介质，这些挥发性有机物VOC的排放，不仅危害人体健康，还会污染空气和环境。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的提供了一种生物基低VOC水性乳液及其制备方法，用以解决上述背景技术中存在的现有的溶剂型涂料中存在着大量有机溶剂作为分散介质，这些挥发性有机物VOC的排放，不仅危害人体健康，还会污染空气和环境的技术问题。
技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种生物基低VOC水性乳液，其组分包括富马酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、氧化柠檬烯；所述富马酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、氧化柠檬烯的质量百分比为：富马酸酯5%～23%，丙烯酸丁酯2%～7%，氧化柠檬烯5%～23%，丙烯酸异辛酯2%～7%。
进一步的，所述富马酸酯包括富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸二异丙酯、富马酸二丁酯、富马酸二戊酯、富马酸二己酯、富马酸二庚酯、富马酸二辛酯、富马酸二壬酯、富马酸二癸酯中的至少任意一项。
一种生物基低VOC水性乳液的制备方法，所述方法按权利要求1所述一种生物基低VOC水性乳液进行组分控制，所述方法包括如下步骤；
向容器内加入复合乳化剂、磷酸氢钠、去离子水、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯，在N2（氮气）气氛下，20～40℃、400～600 r/min 乳化1～2h得到第一混合物；
将搅拌速度调到200～300r/min对第一混合物进行搅拌，加热升温至60～80℃，加入预设组分的引发剂；
在0.5h～1.5h内，加入富马酸酯、氧化柠檬烯和剩余的引发剂制配的混合物，得到第二混合物；
将第二混合物升温至60～90℃保温4～10h，然后降温至20℃～50 ℃，加入三异丙醇胺，添加pH缓冲剂调节pH=8～9，搅拌10～30min。
进一步的，所述复合乳化剂用量为总单体的1～15%，所述引发剂用量为总单体的0.01～0.5%，所述pH缓冲剂用量为总单体的0.01～0.5%。
进一步的，所述复合乳化剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、硬质酸钠、歧化松香酸钾中的至少任意一项。
进一步的，所述的pH缓冲剂包括磷酸氢钠、碳酸氢钠、亚硫酸氢钠等中的至少任意一项。
进一步的，所述引发剂包括叔丁基过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化氢对孟烷、过氧化二异丙苯、过氧化异丙苯中的至少任意一项。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明设计合理，基于大宗生物基化学品富马酸的衍生物富马酸酯单体为硬单体，其高度对称的酯基基团及更高的极性，辅以低玻璃化温度的丙烯酸丁酯及丙烯酸异辛酯为软单体，再引入具有稳定环氧官能团的氧化柠檬烯，与溶剂型涂料相比具有以下特点；
1.减少了挥发性有机物VOC的排放；
2.增加乳液体系的附着能力及乳液体系的稳定性；
3.能够保证良好的透光率。
附图说明
图1为本发明实验结果示意图；
图2为本发明的实验原材变量变化示意图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参照图1-2，一种生物基低VOC水性乳液，其组分包括富马酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、氧化柠檬烯；所述富马酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、氧化柠檬烯的质量百分比为：富马酸酯5%～23%，丙烯酸丁酯2%～7%，氧化柠檬烯5%～23%，丙烯酸异辛酯2%～7%。
进一步的，所述富马酸酯包括富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸二异丙酯、富马酸二丁酯、富马酸二戊酯、富马酸二己酯、富马酸二庚酯、富马酸二辛酯、富马酸二壬酯、富马酸二癸酯中的至少任意一项。
本申请以富马酸酯为硬单体、丙烯酸异辛酯为软单体，采用半连续种子乳液聚合技术合成了较稳定的环氧聚富马酸酯-聚丙烯酸酯水性乳液，具有优良的基材润湿性、附着力及透光性，本申请所描述的百分比均为质量百分比，本申请所描述的总单体表示所有原料的质量总和，在实验过程中我们发现在以下变量的条件下得到的产品较好，因此在此条件下进行实施例举例。
本申请基于大宗生物基化学品富马酸的衍生物富马酸酯单体为硬单体，其高度对称的酯基基团及更高的极性，辅以低玻璃化温度的丙烯酸丁酯及丙烯酸异辛酯为软单体，再引入具有稳定环氧官能团的氧化柠檬烯，增加乳液体系的附着能力及乳液体系的稳定性，同时能够保证良好的透光率
实施例1
一种生物基低VOC水性乳液及其制备方法，包括以下步骤；
向四口烧瓶中加入0.8g复合乳化剂（十二烷基苯磺酸钠：烷基酚聚氧乙烯醚为1:3）、0.2g磷酸氢钠、50g去离子水、10g丙烯酸丁酯、10g丙烯酸异辛酯，然后在N2气氛下，温度设定在30℃，以500 r/min的转速对其乳化1h得到第一混合物；
将搅拌速度调到250r/min对第一混合物进行搅拌，加热升温至75℃，加入0.35g的引发剂过硫酸铵，将包括30g富马酸二乙酯、10g氧化柠檬烯和剩余的0.65g引发剂的混合物通过滴加的方式1h滴加完毕得到第二混合物：
将第二混合物升温至75℃保温6h，然后降温至30 ℃，加入0.15g三异丙醇胺，添加pH缓冲剂调节pH=8，通过搅拌器搅拌20 min，停止搅拌后进行过滤，即得到稳定的生物基水性乳液。
实施例2
一种生物基低VOC水性乳液及其制备方法，包括以下步骤；
向四口烧瓶中加入0.8g复合乳化剂（十二烷基苯磺酸钠：烷基酚聚氧乙烯醚为1:3）、0.2g磷酸氢钠、50g去离子水、10g丙烯酸丁酯、20g丙烯酸异辛酯，然后在N2气氛下，温度设定在30℃，以500 r/min的转速对其乳化1h得到第一混合物；
将搅拌速度调到250r/min对第一混合物进行搅拌，加热升温至75℃，加入0.35g的引发剂过硫酸铵，将包括20g富马酸二乙酯、10g氧化柠檬烯和剩余的0.65g引发剂的混合物通过滴加的方式1h滴加完毕得到第二混合物：
将得到的第二混合物升温至75℃保温6h，然后降温至30 ℃，加入0.15g三异丙醇胺，添加pH缓冲剂调节pH=8，通过搅拌器搅拌20 min，停止搅拌后进行过滤，即得到稳定的生物基水性乳液。
实施例3
一种生物基低VOC水性乳液及其制备方法，包括以下步骤；
向四口烧瓶中加入0.8g复合乳化剂（十二烷基苯磺酸钠：烷基酚聚氧乙烯醚为1:3）、0.2g磷酸氢钠、50g去离子水、10g丙烯酸丁酯、30g丙烯酸异辛酯，然后在N2气氛下，温度设定在30℃，以500 r/min的转速对其乳化1h得到第一混合物；
将搅拌速度调到250r/min对第一混合物进行搅拌，加热升温至75℃，加入0.35g的引发剂过硫酸铵，将包括10g富马酸二乙酯、10g氧化柠檬烯和剩余的0.65g引发剂的混合物通过滴加的方式1h滴加完毕得到第二混合物：
将得到的第二混合物升温至75℃保温6h，然后降温至30 ℃，加入0.15g三异丙醇胺，添加pH缓冲剂调节pH=8，通过搅拌器搅拌20 min，停止搅拌后进行过滤，即得到稳定的生物基水性乳液。
对比例1
一种生物基低VOC水性乳液及其制备方法，包括以下步骤；
向四口烧瓶中加入0.8g复合乳化剂（十二烷基苯磺酸钠：烷基酚聚氧乙烯醚为1:3）、0.2g磷酸氢钠、50g去离子水、10g丙烯酸丁酯、40g丙烯酸异辛酯，然后在N2气氛下，温度设定在30℃，以500 r/min的转速对其乳化1h得到第一混合物；
将搅拌速度调到250r/min对第一混合物进行搅拌，加热升温至75℃，加入0.35g的引发剂过硫酸铵，将包括10g氧化柠檬烯和剩余的0.65g引发剂的混合物通过滴加的方式1h滴加完毕得到第二混合物：
将得到的第二混合物升温至75℃保温6h，然后降温至30 ℃，加入0.15g三异丙醇胺，添加pH缓冲剂调节pH=8，通过搅拌器搅拌20 min，停止搅拌后进行过滤，即得到稳定的生物基水性乳液。
这些结果说明本申请产生的的水性乳液的聚合状况好、性质稳定，同时具有较好的性能，并且本产品由于挥发性有机溶剂大大降低，所以极大的减少了挥发性有机物VOC的排放，同时也表现了单体配比对水性聚丙烯酸酯乳液的润湿性、附着性能具有一定的影响。
以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种生物基低VOC水性乳液，其特征在于：其组分包括富马酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、氧化柠檬烯；所述富马酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、氧化柠檬烯的质量百分比为：富马酸酯5%～23%，丙烯酸丁酯2%～7%，氧化柠檬烯5%～23%，丙烯酸异辛酯2%～7%。
2.根据权利要求1所述的一种生物基低VOC水性乳液，其特征在于：所述富马酸酯包括富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸二异丙酯、富马酸二丁酯、富马酸二戊酯、富马酸二己酯、富马酸二庚酯、富马酸二辛酯、富马酸二壬酯、富马酸二癸酯中的至少任意一项。
3.一种生物基低VOC水性乳液的制备方法，其特征在于：所述方法按权利要求1所述一种生物基低VOC水性乳液进行组分控制，所述方法包括如下步骤；
向容器内加入复合乳化剂、磷酸氢钠、去离子水、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯，在N2气氛下，20～40℃、400～600 r/min 乳化1～2h得到第一混合物；
将搅拌速度调到200～300r/min对第一混合物进行搅拌，加热升温至60～80℃，加入预设组分的引发剂；
在0.5h～1.5h内，加入富马酸酯、氧化柠檬烯和剩余的引发剂制配的混合物，得到第二混合物；
将第二混合物升温至60～90℃保温4～10h，然后降温至20℃～50 ℃，加入三异丙醇胺，添加pH缓冲剂调节pH=8～9，搅拌10～30min。
4.根据权利要求3所述的一种生物基低VOC水性乳液制备方法，其特征在于：所述复合乳化剂用量为总单体的1～15%，所述引发剂用量为总单体的0.01～0.5%，所述pH缓冲剂用量为总单体的0.01～0.5%。
5.根据权利要求3所述的一种生物基低VOC水性乳液及其制备方法，其特征在于：所述复合乳化剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、硬质酸钠、歧化松香酸钾中的至少任意一项。
6.根据权利要求3所述的一种生物基低VOC水性乳液制备方法，其特征在于：所述的pH缓冲剂包括磷酸氢钠、碳酸氢钠、亚硫酸氢钠等中的至少任意一项。
7.根据权利要求3所述的一种生物基低VOC水性乳液制备方法，其特征在于：所述引发剂包括叔丁基过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化氢对孟烷、过氧化二异丙苯、过氧化异丙苯中的至少任意一项。
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