CN1217965C - 聚胺快干剂的制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于水基阴离子乳胶涂料的聚胺快干剂的制备及使用方法。其制备方法包括以下步骤：以重量百分比计，1)将15～30%的混和单体，以1～5%的酸为催化剂，以0.5～3%的水溶性盐组成的氧化还原对为引发剂，在65～80%的去离子水介质中，温度为60～90℃的条件下进行自由基水溶液聚合。2)聚合后加入一种挥发性碱，调节pH值至7～11，得处于非离子状态的聚胺快干剂。本发明制备的聚胺快干剂，由于在聚胺快干剂分子中引入了适当比例的交联结构，因此用于阴离子乳胶涂料体系后，涂料不仅具有快干特性，而且贮存稳定性、耐水性及耐磨性优良。可用于配制水基路标涂料，其使用量以固体份计占涂料总量的0.5～5%。
Description
技术领域
本发明涉及用于水基乳胶涂料的聚胺快干剂的制备和使用方法。
背景技术
近年来，随着人们环保意识的增强和环保法规的健全，多数国家对涂料中挥发性有机化合物(VOC)的使用和排放的限制越来越严格，人们采用不同的技术来减少涂料体系中VOC使用和排放。涂料的水性化是降低VOC含量的有效手段之一，乳胶漆作为水性化涂料的主要品种，商品化已经有50多年的历史了，由于其低毒不燃，成膜快，施工方便，透气性好等诸多优点并能满足环境保护方面的要求，因而获得了迅速的发展，广泛应用于建筑和工业的各个领域。20世纪80年代初期，水性涂料开始用于制作道路标志，以替代传统的溶剂型路标涂料，在常用的水基路标涂料中，主要以丙烯酸阴离子乳液为基础，这类乳液体系以水为分散介质，因而显著地降低了涂料体系中VOC的含量，但是一个重大的难题是水性涂料干得不够快，很难满足实际需要。为此，科研人员进行了大量的研究以寻找缩短水基路标涂料的干燥时间的方法，特别是高湿度情况下的干燥时间，如采用高固体含量和降低含水量的方法来缩短涂层的干燥时间，另外也可使用干燥促进剂(快干剂)来缩短涂层的干燥时间。目前在技术领域比较成熟并且实用的方法是将一种阴离子稳定的乳胶聚合物粘合剂、一种水溶性或者水可分散性含胺聚合物以及一种挥发性碱混合以制备快速干燥的水基涂料，并且要求挥发性碱的用量能够将涂料体系的pH值提到足够高，以使聚胺基本上处于不电离状态(去质子化)，从而排除了聚胺与阴离子稳定的乳液之间及涂料中其它阴离子组分之间的相互作用，从而使涂料体系保持稳定。当涂料被涂敷后，挥发性碱挥发，涂料体系的pH值下降。随着涂料体系的pH值下降到胺官能团开始质子化的一值时，胺官能团将变为阳离子性。在阴离子稳定的乳液聚合物存在下，由于胺官能团转变成阳离子状态而实现了涂层的快速干燥。尽管目前对于引起这种快速干燥的准确机理尚未建立，但是这种干燥过程是发生了。这类水溶性聚胺用于涂料体系后，如果胺官能团去质子化不充分，乳液及涂料的贮存稳定性将受到影响，如粘度的增加和微观可见的“聚集”，严重时可使涂料或者乳液在贮存期中凝聚而报废。向这类水溶性含胺聚合物中引入酸性基团，可使乳液及涂料的贮存稳定性得到改善，但是大量的水溶性聚胺的使用及亲水性较强的酸性基团的存在将对涂料的耐水性、耐磨性等性能产生不利的影响。
发明内容
鉴于以上情况，本发明的目的是提供一种能使乳胶漆具有较好的贮存稳定性和优良耐水性、耐磨性的聚胺快干剂的制备方法和提供将该方法制得的聚胺快干剂在配制水基涂料中的使用方法。
本发明提供的聚胺快干剂的制备方法，包括以下步骤：以重量百分比计
1)将15～30％的混合单体，以1～5％的酸为催化剂，以0.5～3％的水溶性盐组成的氧化还原对为引发剂，在65～80％的去离子水介质中，温度为60～90℃的条件下进行自由基水溶液聚合，其中混合单体由75～94％至少一种胺单体，5～15％至少一种酸单体，以及0.5～15％至少一种可交联单体组成；
2)聚合后加入一种挥发性碱，调节pH值至7～11，得处于非离子状态的聚胺快干剂。
上述混合单体中，胺单体优选80～90％(重量)，酸单体优选8～15％(重量)可交联单体优选0.5～5％(重量)。可交联单体的含量不宜太高，否则，将对乳液及涂料的稳定性产生不利的影响。
本发明制备方法中：
胺单体选自甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基丙酯、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺、乙烯基吡啶等中的至少一种或其混合物，优选甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。
酸单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸等中的至少一种或其混合物，优选甲基丙烯酸，丙烯酸，衣康酸。
可交联单体选自N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯等中的至少一种或其混合物，优选含有氨基的可交联单体，如N-羟甲基丙烯酰胺。并且如果需要，也可以加入其它非聚合型交联剂如环氧氯丙烷等，但其加入量应以不损害涂料的性能为前提。
作为催化剂的酸可选自盐酸、磷酸、乙酸等中的至少一种或其混合物，优选乙酸。
作为引发剂的水溶性盐中，氧化剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵。还原剂选自硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、甲醛合次硫酸氢钠。
挥发性碱选自氨、氢氧化钠、吗啉、乙二胺、2-二甲氨基乙醇等中的至少一种或其混合物，可适用的挥发性碱不限于这些实例，氨是特别优选的。
应用本发明方法制得的聚胺快干剂配制水基涂料，其聚胺快干剂的用量以固体重量份计占涂料总量的0.5～5％。
本发明制备的聚胺快干剂，由于在聚胺快干剂分子中引入了适当比例的交联结构，因此用于阴离子稳定的乳液涂料体系后，涂料不仅具有快干特性，而且具有改进的贮存稳定性和优良的耐水性及耐磨性。本发明的聚胺快干剂可用于配制水基路标涂料。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
在氮气氛下，向反应器中加入41.4克去离子水，1.56克乙酸，0.6克0.15％的亚硫酸氢钠溶液，升温到75℃。然后将由18克甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸1.9克及N-羟甲基丙烯酰胺0.1克组成的单体体系；乙酸溶液(0.03g乙酸溶于2.5g去离子水中)；过硫酸铵溶液(0.5g过硫酸铵溶于5g水中)；亚硫酸氢钠溶液(0.25g亚硫酸氢钠溶于5g水中)在2小时内分别从独立的滴液漏斗中滴加到反应器中，75℃反应30分钟，依次补加过硫酸铵溶液(0.05g过硫酸铵溶于2.5g水中)，亚硫酸氢钠溶液(0.025g亚硫酸氢钠溶于2.5g水中)，继续反应1小时，降到室温，用25％的浓氨水调节pH值到11，得处于非离子状态的聚胺快干剂。
实施例2
甲基丙烯酸二甲氨基乙酯15g，甲基丙烯酸羟乙酯3g，甲基丙烯酸2g组成的单体体系，其它工艺与实施例1相同。
比较例1
甲基丙烯酸二甲氨基乙酯18g，甲基丙烯酸2g组成的单体体系，其它工艺与实施例1相同。
将实施例1，实施例2和比较例1制得的聚胺快干剂用于表1所示的涂料配方配漆，制备水基路标涂料，分别以实施例3、实例例4、比较例2列于表1，其中阴离子稳定的胶乳是由丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乳液共聚得到(固含量49％，pH＝9.0)。
表1
| 实施例3(份重) | 实施例4(份重) | 比较例2(份重) | |
| 阴离子稳定的胶乳实施例1的聚胺快干剂实施例2的聚胺快干剂比较例1的聚胺快干剂分散剂非离子表面活性剂消泡剂钛白粉(R-930)重质碳酸钙乙醇成膜助剂消泡剂增稠剂氨水 | 3509--821.56053020152.538 | 350-9-821.56053020152.538 | 350--9821.56053020152.538 |
水基路标涂料的性能测试结果如表2所示。
表2
| 涂料性能 | 实施例3 | 实施例4 | 比较例2 |
| 表干时间(分钟)(漆膜厚120μm，25℃，75％湿度) | 3 | 3.5 | 10 |
| 耐水性(24h) | 无异常 | 无异常 | 轻微起泡 |
| 耐磨性(mg)(200转/1000g) | 18 | 20 | 36 |
由表2可见，用本发明方法制得的聚胺快干剂不仅明显地缩短了涂层的干燥时间，而且也提高了涂层的耐水性和耐磨性。
Claims (6)
1.聚胺快干剂的制备方法，包括以下步骤：以重量百分比计
1)将15～30％的混合单体，以1～5％的酸为催化剂，以0.5～3％的水溶性盐组成的氧化还原对为引发剂，在65～80％的去离子水介质中，温度为60～90℃的条件下进行自由基水溶液聚合，其中混合单体由75～94％至少一种胺单体，5～15％至少一种酸单体，以及0.5～15％至少一种可交联单体组成；
2)聚合后加入一种挥发性碱，调节pH值至7～11，得处于非离子状态的聚胺快干剂；
上述的混合单体为胺单体、酸单体以及可交联单体，其中胺单体选自甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基丙酯、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺、乙烯基吡啶中的至少一种或其混合物；酸单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸中的至少一种或其混合物；可交联单体选自N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的至少一种或其混合物。
2.根据权利要求1所述的聚胺快干剂的制备方法，其特征是混合单体体系中，胺单体为80～90％，酸单体为8～15％，以及可交联单体为0.5～5％。
3.根据权利要求1所述的聚胺快干剂的制备方法，其特征在于作为催化剂的酸选自盐酸、磷酸、乙酸中的至少一种或其混合物。
4.根据权利要求1所述的聚胺快干剂的制备方法，其特征在于作为引发剂的水溶性盐中，氧化剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵，还原剂选自硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、甲醛合次硫酸氢钠。
5.根据权利要求1所述的聚胺快干剂的制备方法，其特征在于挥发性碱选自氨、氢氧化钠、吗啉、乙二胺、2-二甲氨基乙醇中的至少一种或其混合物。
6.权利要求1或2所述方法制得的聚胺快干剂用于配制水基涂料的方法，其特征是聚胺快干剂以固体重量份计的加入量为涂料总重量的0.5～5％。
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