CN117861514A - 一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置及方法，包括制备罐体，制备罐体的顶部一侧固定连接有上料加工机构，制备罐体的内部两侧设置有反应制备机构，制备罐体的内部设置有乳化混料机构，制备罐体的一侧固定连接有控制柜，制备罐体的一侧底端固定连接有下料管道，下料管道的一侧设置有电磁控制阀。本方案通过驱动电机的转动带动搅拌轴与混料搅拌叶，对制备罐体内部的双重交联丙烯酸酯乳液进行搅拌混合乳化处理，通过超声乳化器将超声波能量激发，可以使双重交联丙烯酸酯乳液破碎，原料混合，进行乳化处理，提升粘度，避免使用增稠剂带来的施工时间短。

Description

一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置及方法

技术领域

本发明涉及双重交联丙烯酸酯乳液技术领域，具体为一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置及方法。

背景技术

水性工业自交联涂料涂料大多采用双重交联丙烯酸酯，己二酰肼的水性丙烯酸树脂。相较于水性聚酯及水性醇酸树脂，水性丙烯酸树脂制备工艺简单，成本低廉，性能优异。按聚合方法可将其分为乳液型及分散体型水性丙烯酸树脂。由于乳液粘度与分子量无关，乳液型丙烯酸酯分子量比分散体型大得多，成膜过程主要依赖物理干燥。干燥速度明显比分散体型快。

中国专利CN103679129中公开了一种多段含磷酸官能化的胶乳聚合物的制备方法，该专利在乳液聚合条件下用丙烯酸单体与磷酸乳化剂接枝形成低聚物A。然后在乳化剂存在下乳液聚合用磷酸和丙烯酸单体组合物进行均相乳液聚合以形成所述胶乳聚合物。所述胶乳聚合物可用作例如涂料制剂中所用的颜料颗粒的吸附性聚合物。该工艺较为复杂且第一项和第二项之间没有互相形成互传网络，在成膜过程中容易破乳形成颗粒。

美国专利US06048936A公开了一种双段聚合丙烯酸酯共聚物，单体组成A通过溶液聚合单体组成B可通过如何聚合从而实现两项接枝，单体组成A由0.5至20％的不饱和羧酸和0～55％的芳香族乙烯基化合物或脂肪族乙烯基酯和乙烯基醚、乙烯基卤化物、烯属不饱和酮或醛、缩水甘油醇或甲基缩水甘油醇与烯属不饱和羧酸的酯，或不饱和羧酸在溶液中通过在自由基聚合引发剂聚合。单体组成B则在乳化剂存在下通过均相乳液聚合。

中国专利CN201911104315.X中公开了一种快干型核壳结构羟基丙烯酸乳液及其制备方法和应用。专利中通过核壳乳液聚合形成快干型乳液。专利中核壳质量比1:9。核层单体由甲基丙烯酸甲酯,苯乙烯,丙烯酸丁酯,二丙烯酸乙二醇酯组成,壳层单体由甲基丙烯酸甲酯,苯乙烯,丙烯酸丁酯,丙烯酸或/和甲基丙烯酸,丙烯酸羟丙酯或/和甲基丙烯酸羟乙酯,丙烯酸羟乙酯,丙烯酸异冰片酯或/和甲基丙烯酸异冰片酯或/和丙烯酸环己酯或/和甲基丙烯酸环己酯组成。该专利中的羟基丙烯酸乳液制备的涂料干燥速度快,形成的涂膜致密性高,防腐性能好,光泽度和鲜映度高,可以应用于快干型丙烯酸聚氨酯涂料。该专利核壳乳液Tg分布不均，壳层Tg较高会导致漆膜机械性能差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置及方法以解决上述背景技术提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置，包括制备罐体，所述制备罐体的顶部一侧固定连接有上料加工机构；

所述制备罐体的内部两侧设置有反应制备机构；

所述制备罐体的内部设置有乳化混料机构，所述制备罐体的一侧固定连接有控制柜，所述制备罐体的一侧底端固定连接有下料管道，所述下料管道的一侧设置有电磁控制阀。

作为本发明一种优选的，所述上料加工机构包括与制备罐体的一侧固定连接的下料斗，所述下料斗的边侧固定安装有电磁阀，所述下料斗的顶部设置有混料配置壳体，所述混料配置壳体的一侧固定连接有辅料添加料筒，所述辅料添加料筒的一侧固定连接有输送管道，所述输送管道的一端与物料泵贯通连接。

作为本发明一种优选的，所述反应制备机构包括与制备罐体内部两侧固定连接的冷凝循环管，所述冷凝循环管的一端固定连接有冷凝器，所述冷凝循环管的内侧设置有制热循环管，所述制热循环管的一端固定连接有制热器，所述制备罐体的内部一侧固定连接有过滤双层网筛，所述制备罐体的底部一侧固定连接有密度测量表，所述制备罐体的一侧中部固定连接有压力检测表，所述制备罐体的一侧顶部固定连接有温度检测表。

作为本发明一种优选的，所述乳化混料机构包括与制备罐体的顶端固定连接的驱动电机，所述驱动电机的传动端固定连接有搅拌轴，所述搅拌轴的底端外侧固定连接有混料搅拌叶，所述搅拌轴的底端固定连接有超声乳化器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过冷凝循环管和冷凝器的配合对制备罐体内部的双重交联丙烯酸酯乳液进行制冷反应，通过制热循环管和制热器的配合，对制备罐体内部的双重交联丙烯酸酯乳液进行混合高温加热处理，便于乳化，通过密度测量表对加工制备的双重交联丙烯酸酯乳液进行测量，是否复合加工制备的溶液密度，通过压力检测表和温度检测表对制备罐体内部的压力进行检测测量加工反应压力和温度进行检测。

2)通过驱动电机的转动带动搅拌轴与混料搅拌叶，对制备罐体内部的双重交联丙烯酸酯乳液进行搅拌混合乳化处理，通过超声乳化器将超声波能量放发，可以使双重交联丙烯酸酯乳液破碎，原料混合，进行乳化处理，提升粘度，避免使用增稠剂带来的施工时间短。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明加工应用工艺图。

图中：1、制备罐体；101、控制柜；102、下料管道；103、电磁控制阀；2、上料加工机构；201、下料斗；202、电磁阀；203、混料配置壳体；204、辅料添加料筒；205、输送管道；206、物料泵；3、反应制备机构；301、冷凝循环管；302、冷凝器；303、制热循环管；304、制热器；305、过滤双层网筛；306、密度测量表；307、压力检测表；308、温度检测表；4、乳化混料机构；401、驱动电机；402、搅拌轴；403、混料搅拌叶；404、超声乳化器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置及方法，包括制备罐体1，制备罐体1的顶部一侧固定连接有上料加工机构2；

制备罐体1的内部两侧设置有反应制备机构3；

制备罐体1的内部设置有乳化混料机构4，制备罐体1的一侧固定连接有控制柜101，制备罐体1的一侧底端固定连接有下料管道102，下料管道102的一侧设置有电磁控制阀103。

上料加工机构2包括与制备罐体1的一侧固定连接的下料斗201，下料斗201的边侧固定安装有电磁阀202，下料斗201的顶部设置有混料配置壳体203，混料配置壳体203的一侧固定连接有辅料添加料筒204，辅料添加料筒204的一侧固定连接有输送管道205，输送管道205的一端与物料泵206贯通连接。

具体使用时，在对双重交联丙烯酸酯乳液进行混合加工时，通过物料泵206将双重交联丙烯酸酯乳液加工反应的原料通过输送管道205输送到辅料添加筒204，通过辅料添加筒204的设置对原料进行聚集时对辅料进行添加，通过设置的混料配置壳体203对双重交联丙烯酸酯乳液辅料混合添加，通过设置的电磁阀202对混料配置壳体203内部的混合辅料进行控制下放，通过设置的下料斗201对辅料进行下放到制备罐体内部加工制备。

反应制备机构3包括与制备罐体1内部两侧固定连接的冷凝循环管301，冷凝循环管301的一端固定连接有冷凝器302，冷凝循环管301的内侧设置有制热循环管303，制热循环管303的一端固定连接有制热器304，制备罐体304的内部一侧固定连接有过滤双层网筛305，制备罐体1的底部一侧固定连接有密度测量表306，制备罐体1的一侧中部固定连接有压力检测表307，制备罐体1的一侧顶部固定连接有温度检测表308。

具体使用时，通过设置的冷凝循环管301和冷凝器302的配合对制备罐体内部的双重交联丙烯酸酯乳液进行制冷反应，通过设置的制热循环管303和制热器304的配合，对制备罐体内部的双重交联丙烯酸酯乳液进行混合高温加热处理，便于乳化，通过设置的过滤双层网筛305对需要对下料的双重交联丙烯酸酯乳液进行过滤，除去双重交联丙烯酸酯乳液内部含有的颗粒杂质，通过设置的密度测量表306对加工制备的双重交联丙烯酸酯乳液进行测量，是否复合加工制备的溶液密度，通过设置的压力检测表307和温度检测表308对制备罐体内部的压力进行检测测量加工反应压力和温度进行检测。

乳化混料机构4包括与制备罐体1的顶端固定连接的驱动电机401，驱动电机401的传动端固定连接有搅拌轴402，搅拌轴402的底端外侧固定连接有混料搅拌叶403，搅拌轴402的底端固定连接有超声乳化器404。

具体使用时，通过设置的乳化混料机构4上的驱动电机401的转动带动搅拌轴402上的混料搅拌叶403，通过混料搅拌叶403的搅拌便于对制备罐体1内部的双重交联丙烯酸酯乳液进行搅拌混合乳化处理，通过设置的超声乳化器404将超声波能量放发，可以使双重交联丙烯酸酯乳液破碎，原料混合。

一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备，包括上述任意一项的一种双重交联丙烯酸酯乳液的应用，还包括：

在乳液聚合中引入双重交联丙烯酸酯DAAM0～5份和己二酰肼ADH0～5份，并用β-丙烯酰氧基丙酸β-CEA 3/4取代传统甲基丙烯酸MAA聚合而成；

乳液由种子乳液聚合方法得到；

种子单体由以下质量百分比的组分组成：甲基丙烯酸甲酯MMA：0～5份；

甲基丙烯酸丁酯BMA：0～5份；丙烯酸丁酯BA：0～5份；

预乳液单体由以下质量百分比的组分组成：苯乙烯St：0～20份；甲基丙烯酸MAA：0～10份；甲基丙烯酸羟乙酯HEMA：0～10份；甲基丙烯酸MAA：0～5份；β-丙烯酰氧基丙酸β-CEA：0～5份；甲基丙烯酸丁酯BMA：0～30份；双重交联丙烯酸酯DAAM：0～5份己二酰肼ADH：0～5份；正辛硫醇：0～2份；

同时引入DAAM，ADH和羟基丙烯酸形成高分子量丙烯酸乳液，并引入β-CEA提高乳液稳定性；乳胶粒子的玻璃化转变温度为15～40℃，乳胶粒子最低成膜温度为4～30℃。

包括以下步骤：

1)将和打底乳化剂与去离子水分散均匀并加热至80～85℃后将种子单体与种子乳化剂加在打底液中反应，形成种子乳液；

2)将pH缓冲剂、单体、链转移剂和乳化剂加水分散均匀，得到预乳液；

3)滴加预乳液,210min滴完；滴加引发剂水溶液,240min滴完。全程温度维持80℃。滴完引发剂水溶液保温1h。

4降温至65℃加入ADH搅拌30min，降温至50℃用AMP-95调节PH＝6.58，降至35℃以下加入杀菌剂，搅拌30min后降温至室温。

5.根据权利要求4的制备方法，其特征在于：步骤1)、2)和4)乳化剂为乙烯基磺酸盐，反应性乳化剂质量的1～4份。

步骤2)链转移剂为十二烷基硫醇，添加量为单体质量的0～0.7份。

步骤2)引发剂为过硫酸钠，添加量为单体1～3份。

步骤4)pH缓冲剂为碳酸氢钠，添加量羧基单体70～90份。

单体为甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸丁酯，丙烯酸丁酯，苯乙烯，甲基丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸，β-丙烯酰氧基丙酸，双重交联丙烯酸酯，己二酰肼，其组分配方如表1：

在装有温度计，搅拌装置，滴加装置，回流冷凝装置的四口烧瓶内加入打底组分1，在机械力搅拌下将打底组分搅拌均匀，将温度升温至80℃。温度稳定之后将种子单体2加入反应釜中，搅拌2-3min后乳液白色，在1-5min内加入种子引发剂3，反应15min左右。待乳液蓝光之后即得到种子乳液。

烧杯中加入去离子水完全溶解双重交联丙烯酸酯，加入一部分乳化剂及PH缓冲剂开启搅拌。称取配方量的单体混合均匀后缓慢倒入乳化剂水溶液中高速搅拌预乳化30min。在种子乳液保温15min后，开始滴加预乳液4及引发剂水溶液5，滴加265min。滴完引发剂后80℃继续保温1h，降温至65℃加入ADH0～5份搅拌30min，降温至50℃用中和剂调节PH＝6.58，降至35℃以下加入杀菌剂，搅拌30min后降温至室温。

实施例二

单体为甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸丁酯，丙烯酸异辛酯，苯乙烯，甲基丙烯酸，丙烯酸，丙烯酰胺，其组分配方如表2：

制备罐体1中加入打底组分1，乳化剂溶解后测试PH＝8.0～8.2，升温至79℃。制作预乳液2，加入乳化剂溶解后氨水调PH＝8.0～8.2；加入单体预乳化30min，监测预乳液pH应在3左右。种子单体2和种子引发剂3，保持温度在79℃，保温做种20min。保持温度80℃，4h内滴完剩下的预乳液4及引发剂水溶液5。滴完之后用冲洗水5冲洗，继续保温60min。降温至64～66℃，20min滴入中和剂中和，测试PH＝7.5～8.0，最佳为7.8，不在则调整。一次性加入TBHP及50％的FF6M，保温30min，保温结束再次加入50％FF6M，保温30min。降温至40℃加入杀菌剂，搅拌15min。调整固含及PH分别为39％～41％；7.5。

对比例1：

市售自干型丙烯酸乳液A，粒径160，固含量37％，粘度240Cp,自干型木器面漆用。

对比例2：

市售自干性丙烯酸乳液B，粒径180，固含量40％，粘度240Cp,自干型轻防腐面漆用。

性能测试

将实施例1～6的丙烯酸乳液和对比例1～2的自干性丙烯酸乳液分别按照表3所示的配方制成自干性丙烯酸涂料，后测试性能，测试结果如表4所示

实施例三

将双重交联丙烯酸酯与己二酰肼加入到羟基丙烯酸酯乳液中，这样即使不外加异氰酸酯交联剂，由于乳液聚合中丙烯酸的分子量本身较高，在干燥过程中丙烯酸树脂本身也能成膜，而且本发明引入双重交联丙烯酸酯与己二酰肼后自交联后具备一定的耐化学品性。不仅可以作为单组份水性木器漆树脂使用也可以用作单组份丙烯酸工业涂料以取代传统的醇酸树脂。如果需要更优异的漆膜性能，则可以外加异氰酸酯配制成2K涂料体系。

本发明针对施工试用期，流平时间，表观，干燥时间，ABS附着力，耐化学品性，环保性和价格八方面设计乳液。第一降针对施工试用期由于提羟值提固含都会带来成渣的风险，并且粒径也不好，通过提高β-CEA用量提高乳液粘度，这样可以少加增稠剂，避免缩短pot life。第二针对外观问题，提高MMA用量，增加透明性，并从分子角度出发保持St不变，将一部分BMA用MMA与BA替代，保证丰满度的同时，并且打磨性会提升，同时有可能BA多了聚合稳定性也比较优异，同时成本也会下来。

本发明的具体丙烯酸乳液的制备方法包括如下步骤：

1)种子乳液：

将水与乳化剂加入打底烧瓶中，在机械力搅拌下将打底组分搅拌均匀，将温度升温至50℃。再将温度升温至80℃，温度稳定之后将丙烯酸丁酯(BA)，MAA，甲基丙烯酸丁酯(BMA)按具体实施例比例加入反应釜中，在1-5min内加入种子引发剂，反应15min左右。待乳液蓝光之后即得到种子乳液。

具体组分质量比例如下

2)乳液合成：

制备预乳液：烧杯中加入去离子水完全溶解双重交联丙烯酸酯，加入一部分乳化剂及PH缓冲剂开启搅拌。称取配方量的单体混合均匀后缓慢倒入乳化剂水溶液中高速搅拌预乳化30min。在种子乳液保温15min后，开始滴加预乳液及引发剂水溶液，滴加时间因实验设置而异。

具体组分质量比例如下

3)乳液后处理：

滴完引发剂后80℃继续保温1h，，降温至65℃加入ADH0～5份搅拌30min，降温至50℃用中和剂调节PH＝6.58，降至35℃以下加入杀菌剂，搅拌30min后降温至室温。

步骤1)，步骤2)所述乳化剂为乙烯基磺酸盐，反应性乳化剂质量的1～4份。

步骤2)所述链转移剂为十二烷基硫醇，添加量为单体质量的0～0.7份。

步骤2)所述引发剂为过硫酸钠，添加量为单体1～3份。

步骤2)所述pH缓冲剂为碳酸氢钠，添加量羧基单体70～90份。

步骤3)所述中和剂为氨水，AMP_95中一种。

Claims (7)

1.一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置，包括制备罐体(1)，其特征在于，所述制备罐体(1)的顶部一侧固定连接有上料加工机构(2)；

所述制备罐体(1)的内部两侧设置有反应制备机构(3)；

所述制备罐体(1)的内部设置有乳化混料机构(4)，所述制备罐体(1)的一侧固定连接有控制柜(101)，所述制备罐体(1)的一侧底端固定连接有下料管道(102)，所述下料管道(102)的一侧设置有电磁控制阀(103)。

2.根据权利要求1所述的一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置，其特征在于：所述上料加工机构(2)包括与制备罐体(1)的一侧固定连接的下料斗(201)，所述下料斗(201)的边侧固定安装有电磁阀(202)，所述下料斗(201)的顶部设置有混料配置壳体(203)，所述混料配置壳体(203)的一侧固定连接有辅料添加料筒(204)，所述辅料添加料筒(204)的一侧固定连接有输送管道(205)，所述输送管道(205)的一端与物料泵(206)贯通连接。

3.根据权利要求1所述的一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置，其特征在于：所述反应制备机构(3)包括与制备罐体(1)内部两侧固定连接的冷凝循环管(301)，所述冷凝循环管(301)的一端固定连接有冷凝器(302)，所述冷凝循环管(301)的内侧设置有制热循环管(303)，所述制热循环管(303)的一端固定连接有制热器(304)，所述制备罐体(304)的内部一侧固定连接有过滤双层网筛(305)，所述制备罐体(1)的底部一侧固定连接有密度测量表(306)，所述制备罐体(1)的一侧中部固定连接有压力检测表(307)，所述制备罐体(1)的一侧顶部固定连接有温度检测表(308)。

4.根据权利要求3所述的一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备装置，其特征在于：所述乳化混料机构(4)包括与制备罐体(1)的顶端固定连接的驱动电机(401)，所述驱动电机(401)的传动端固定连接有搅拌轴(402)，所述搅拌轴(402)的底端外侧固定连接有混料搅拌叶(403)，所述搅拌轴(402)的底端固定连接有超声乳化器(404)。

5.一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备方法，包括用于上述权利要求1-4中任意一项所述的一种双重交联丙烯酸酯乳液的应用，其特征在于，还包括：

在乳液聚合中引入双重交联丙烯酸酯(DAAM)0～5份和己二酰肼(ADH)0～5份，并用β-丙烯酰氧基丙酸(β-CEA)3/4取代传统甲基丙烯酸(MAA)聚合而成；

乳液由种子乳液聚合方法得到；

种子单体由以下质量百分比的组分组成：甲基丙烯酸甲酯(MMA)：0～5份；

甲基丙烯酸丁酯(BMA)：0～5份；丙烯酸丁酯(BA)：0～5份；

所述预乳液单体由以下质量百分比的组分组成：苯乙烯(St)：0～20份；甲基丙烯酸(MAA)：0～10份；甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)：0～10份；甲基丙烯酸(MAA)：0～5份；β-丙烯酰氧基丙酸(β-CEA)：0～5份；甲基丙烯酸丁酯(BMA)：0～30份；双重交联丙烯酸酯(DAAM)：0～5份己二酰肼(ADH)：0～5份；正辛硫醇：0～2份。

6.根据权利要求5所述的一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备方法，其特征在于：同时引入DAAM，ADH和羟基丙烯酸形成高分子量丙烯酸乳液，并引入β-CEA提高乳液稳定性；乳胶粒子的玻璃化转变温度为15～40℃，乳胶粒子最低成膜温度为4～30℃；

1)将和打底乳化剂与去离子水分散均匀并加热至80～85℃后将种子单体与种子乳化剂加在打底液中反应，形成种子乳液；

2)将pH缓冲剂、单体、链转移剂和乳化剂加水分散均匀，得到预乳液；

3)滴加预乳液,210min滴完；滴加引发剂水溶液,240min滴完。全程温度维持80℃。滴完引发剂水溶液保温1h。

4)降温至65℃加入ADH搅拌30min，降温至50℃用AMP-95调节PH＝6.58，降至35℃以下加入杀菌剂，搅拌30min后降温至室温。

7.根据权利要求5所述的一种双重交联丙烯酸酯乳液的制备方法，其特征在于：步骤1)、2)和4)所述乳化剂为乙烯基磺酸盐，反应性乳化剂质量的1～4份。

步骤2)所述链转移剂为十二烷基硫醇，添加量为单体质量的0～0.7份。

步骤2)所述引发剂为过硫酸钠，添加量为单体1～3份。

步骤4)所述pH缓冲剂为碳酸氢钠，添加量羧基单体70～90份。