CN115109199A - 有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液、制备方法及基于其制备的防污高色牢度的水性涂料 - Google Patents

有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液、制备方法及基于其制备的防污高色牢度的水性涂料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液、制备方法及基于其制备的防污高色牢度的水性涂料，所述自乳化乳液在100质量份的三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯中，含有4‑羟基苯乙烯10～20份，含双键的双端酯2～5份，γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷10～40份，甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯60～120份，丙烯酸异辛酯20～80份，乳化剂1～6份，引发剂1～3份，以及适量的氨水和去离子水。本发明得到的水性涂料具有防污、高色牢度、耐洗刷、在生产、使用过程中零VOC排放的优异特性，可用作塑料的装饰和保护。

Description

有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液、制备方法及基于其 制备的防污高色牢度的水性涂料
技术领域
本发明属于水性漆技术领域，尤其涉及一种有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯的防污高色牢度的水性涂料。
背景技术
塑料以其优异的耐化学性和电绝缘性被广泛应用于电器等日用品上。塑料在加工过程中易出现划伤、沾污等问题，因此大多塑料表面需要通过表面处理，以解决上述问题，涂刷涂料是最为常见的表面处理手段，但是目前市面上常见塑料涂料存在三个问题：一是常见的涂料涂料大多是溶剂型，在制备和施工过程中会发大量挥发性有机化合物（VOC），造成大气污染；二是塑料涂料的防污性能不好，使用一段时间后表面易粘附灰尘，不易清理；三是塑料涂料易脱色，影响表观。为此，市面上急需一种既能防污，同时又具有高色牢度的水性塑料涂料。
目前，亟需提供一种环境友好、高防污、高色牢度的水性漆。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液、制备方法及基于其制备的防污高色牢度的水性涂料。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液，在100质量份的三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯中，加入以下质量份数的组分：
4-羟基苯乙烯 10～20份（色牢度）
含双键的双端酯 2～5份（提高交联密度，增加网状）
γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷 10～40份（可室温交联固化，粘接力和耐久性）
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 60～120份（附着力和平整度）
丙烯酸异辛酯 20～80份（柔韧性）
乳化剂 1～6份
引发剂 1～3份
以及适量的氨水和去离子水。
作为优选，所述乳化剂由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯按（0.8:1）~（1:0.8）的比例混合复配得到的复合反应型乳化剂。
作为优选，所述引发剂采用偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐。
作为优选，各组分含量如下：三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯100份、4-羟基苯乙烯16份、含双键的双端酯3份、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷32份、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯98份、丙烯酸异辛酯55份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2份、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯2份、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐2份、氨水3份、去离子水400份。
本发明还提供了一种上述有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先，按质量比将4-羟基苯乙烯、三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯、含双键的双端酯、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异辛酯加入反应器中，搅拌混匀，得到混合单体；
（2）然后，继续按比例将去离子水、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、份偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐加入到反应器中，通入氮气，高速搅拌，预乳化2~3小时，升温至70～80℃，得到预乳化液；
（3）保持预乳化液70～80℃，将步骤（1）得到的混合单体缓慢滴加至步骤（2）得到的预乳化液中，3～4小时内滴完；
（4）滴加完成后，将乳液温度升至80～90℃，保持至少45min，再冷却至室温；
（5）采用氨水调节乳液的pH值，制备得到氟改性苯胺丙烯酸酯自乳化乳液自乳化乳液。
本发明还提供了一种有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯的防污高色牢度的水性涂料，由A和B两组料液按照1:（1~1.5）的重量比混合使用，其中：
所述A组料液由以下质量份数组分组成：
权利要求1~4任一所述有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液 100份
NaCO3溶液（以质量百分数15%计） 1~10份
无溶剂非离子型聚氨酯流变改性剂 1~4份
所述B组料液由以下质量份数组分组成：
色盐 2~6份
消泡剂 1~4份
pH值稳定剂 1~4份
去离子水 10~20份。
作为优选，所述色盐为冰染染料中的复盐型、复硼酸盐或重氮芳磺酸盐类型中的一种或多种的混合复配。
有益效果：与现有技术相比，本发明防污高色牢度的水性涂料在各组分的相互协同作用下，得到的水性涂料具有防污、高色牢度、耐洗刷、在生产、使用过程中零VOC排放的优异特性，可用作塑料的装饰和保护。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，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，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
有机硅硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液的制备步骤如下：
（1）将16份4-羟基苯乙烯、100份三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯、3份含双键的双端酯、32份γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、98份甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、55份丙烯酸异辛酯加入反应器中，搅拌混匀，得到混合单体；
（2）将400份去离子水、2份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、2份聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、2份偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐加入到反应器中，通入氮气，高速搅拌，预乳化3小时，升温至80℃，得到预乳化液；
（3）保持预乳化液80℃，将步骤（1）得到的混合单体滴加至步骤（2）得到的预乳化液中，3～4小时滴完；
（4）滴加完成后，将乳液温度升至90℃，保持60min，再冷却至室温；
（5）采用氨水调节乳液的pH值，制备得到氟改性苯胺丙烯酸酯自乳化乳液自乳化乳液。
A组料液制备步骤如下：
将100份有机硅硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液、6份NaCO3溶液（质量百分数15%）加入到反应器中，边搅拌边滴加2份无溶剂非离子型聚氨酯流变改性剂。
B组料液制备步骤如下：
将5份红色盐RL4、3份有机改性硅氧烷消泡剂、2份pH值稳定剂及15份去离子水加入到反应器中，搅拌混合均匀，溶液调节pH值为4~6。
有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯防污及高色牢度水性涂料的制备方法是将A料和B料常温下1:1混合搅拌0.5~1小时后即可进行涂刷。
性能测试：
对本实施例到的有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯防污及高色牢度水性涂料进行性能测试，测试标准如下：
a.耐洗刷性测定及漆色牢度测试，按GB/T9266-2009测，30000次以上，漆膜无破损，无脱色；
b.耐沾污性，按GB/T9780-2006，0级；
d.附着力，按GB/T1720-79，1级；
e.耐冲击性，按GB/T1732-79，4.9N·m；
f.色漆涂层粉化程度的测定方法及评定，按GB14826-1993，0级。
实施例2-7
本发明实施例2-7与实施例1的制备过程和性能测试方法相同，区别在于各物质添加量不同，具体详见表1和2。AB组料液中各组分选用如下：
无溶剂非离子型聚氨酯流变改性剂优选上海忠诚精细化工有限公司的产品LEV-202。有机硅消泡剂优选烟台恒鑫化工科技有限公司的产品。4-羟基苯乙烯优选武汉曙尔生物科技有限公司的产品。三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯优选上海忠诚精细化工有限公司的产品功能性共聚单体BOM-25。含双键的双端酯优选上海忠诚精细化工有限公司的产品功能性共聚单体TM-50。γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷优选南京经天纬化工有限公司的产品KH-571。甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯优选上海忠诚精细化工有限公司的反应性单体MPEG-MA-1000。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠优选南通市谦和化工有限公司的产品AES。聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯优选南通市谦和化工有限公司的产品T20。偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐优选山东昌耀新材料有限公司的产品。
表1为实施2-7有机硅硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液制备过程中各物质的添加质量份数表
Figure 588040DEST_PATH_IMAGE002
表2为实施例2-7中A和B两组料液的各物质的添加质量份数表
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表3为实施例1-7得到的有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯防污及高色牢度水性涂料的性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE006
通过实施例结果数据可知：随着4-羟基苯乙烯添加量的增多，涂层的耐洗刷次数和色牢度明显增加；γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷的加入增加涂层的耐沾污性，但是因为其是硬单体，加入量过多会导致漆膜脆性增加，造成漆膜易粉化，附着力和抗冲击性降低。通过实施例6可知，相较于直接加入酸性蓝415，本发明在水性涂料成膜物乳液合成时加入的4-羟基苯乙烯的羟基与色盐发生反应形成共价键，涂层的色牢度明显提升。实施例7中，在水性涂料成膜物乳液合成时没有加入γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷，导致最终制备的漆膜耐沾污性明显降低。
本发明中，4-羟基苯乙烯中由于羟基具有较高活性，其能与色盐在常温下发生化学反应形成偶氮型染料结构，使染料结构直接与乳液高分子链形成共价键结合，从而有效提升了着色高分子的色牢度性能，同时，适合施工环境下的调色配色，具有多色盐丰富配色、“即配即用”和安全环保优点，又由于其含有酚羟基能与各类高分子材料形成稳定氢键，有效增强了乳液高分子与底材之间的结合力。
三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯的加入能有效改善对乳液的增稠性能，从而减少游离的乳液增稠剂的用量、含双键的双端酯的加入能提高乳液交联密度，增加网状结构，提高涂料内聚力。
γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷能与反应单体共聚，合成可室温交联固化的硅烷改性聚合物，提供优异的粘接力和耐久性。
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯与反应单体共聚，可提高漆膜的附着力及平整度。
丙烯酸异辛酯作为软单体可以提高漆膜的柔韧性。
本发明采用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯作为复合反应型乳化剂，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠具有优良的乳化、润湿、增溶性能，溶解性好，增稠效果好，配伍性广，抗硬水性强，生物降解度高，对皮肤和眼睛刺激性低微。聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯对人体无害，没有刺激性，具有乳化、扩散、增溶、稳定等性能。二者作为复合反应型乳化剂，在乳液聚合前能分散增容单体，形成稳定的单体乳化液，提供单体聚合的场所，聚合后稳定乳胶粒子使之不发生凝聚，形成高固含量和具有一定粘度的稳定聚合物乳液。复合反应型乳化剂的加入从源头减少了产品中游离的乳化剂的污染。
本发明采用偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐作为引发剂，因其不含氰基，分解产物无毒。相比其他引发剂而言，该引发剂分解平稳，转化率高，产生高线型和高分子质量聚合物，聚合过程不出现残渣和结块。
本发明A组分采用有机硅硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液作为成膜物，用其制备的水性涂料具有附着力高、防污、耐洗刷的优点，同时提供了与色盐反应的官能团，当A、B组分混合时，A组分中的羟基与B组分中的色盐发生反应，形成偶氮化合物，使制备的水性涂料具有高色牢度的优异特性；同时，大量酚羟基的引入，增强了乳液高分子与底材之间的氢键作用力，进而提升了乳液与底材之间的结合力和牢度。A组分中加入的无溶剂非离子型聚氨酯流变改性剂，能赋予涂料以优良的抗水性、流动和流平性、光泽展现性、漆膜丰满度及高剪粘度；B组分中加入的有机硅消泡剂，具有良好的消泡性能和卓越的抑泡性，耐高温，耐酸碱，在不同的应用情况（PH4-12范围内）仍能保持良好的消泡性能。
上述结果表明只有在各种单体及添加剂恰当组合，协同配伍的作用下，方能得到最优结果。
上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (7)

1.一种有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液，其特征在于：在100质量份的三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯中，加入以下质量份数的组分：
4-羟基苯乙烯 10～20份（色牢度）
含双键的双端酯 2～5份（提高交联密度，增加网状）
γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷 10～40份（可室温交联固化，粘接力和耐久性）
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 60～120份（附着力和平整度）
丙烯酸异辛酯 20～80份（柔韧性）
乳化剂 1～6份
引发剂 1～3份
以及适量的氨水和去离子水。
2.根据权利要求1所述有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液，其特征在于：所述乳化剂由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯按（0.8:1）~（1:0.8）的比例混合复配得到的复合反应型乳化剂。
3.根据权利要求1所述有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液，其特征在于：所述引发剂采用偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐。
4.根据权利要求1所述有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液，其特征在于各组分含量如下：三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯100份、4-羟基苯乙烯16份、含双键的双端酯3份、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷32份、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯98份、丙烯酸异辛酯55份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2份、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯2份、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐2份、氨水3份、去离子水400份。
5.一种权利要求1~4任一所述有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）首先，按质量比将4-羟基苯乙烯、三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯、含双键的双端酯、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异辛酯加入反应器中，搅拌混匀，得到混合单体；
（2）然后，继续按比例将去离子水、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、份偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐加入到反应器中，通入氮气，高速搅拌，预乳化2~3小时，升温至70～80℃，得到预乳化液；
（3）保持预乳化液70～80℃，将步骤（1）得到的混合单体缓慢滴加至步骤（2）得到的预乳化液中，3～4小时内滴完；
（4）滴加完成后，将乳液温度升至80～90℃，保持至少45min，再冷却至室温；
（5）采用氨水调节乳液的pH值，制备得到氟改性苯胺丙烯酸酯自乳化乳液自乳化乳液。
6.一种有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯的防污高色牢度的水性涂料，其特征在于由A和B两组料液按照1:（1~1.5）的重量比混合使用，其中：
所述A组料液由以下质量份数组分组成：
权利要求1~4任一所述有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯自乳化乳液 100份
NaCO3溶液（以质量百分数15%计） 1~10份
无溶剂非离子型聚氨酯流变改性剂 1~4份
所述B组料液由以下质量份数组分组成：
色盐 2~6份
消泡剂 1~4份
pH值稳定剂 1~4份
去离子水 10~20份。
7.根据权利要求6所述有机硅改性苯乙烯丙烯酸酯的防污高色牢度的水性涂料，其特征在于：所述色盐为冰染染料中的复盐型、复硼酸盐或重氮芳磺酸盐类型中的一种或多种的混合复配。
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