一种丙烯酸酯乳液及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及乳液，特别涉及一种丙烯酸酯乳液及其制备方法和应用。


背景技术：

2.目前，对于木器漆，水性木器漆由于其更加环保健康的特点已逐步取代油性木器漆，而丙烯酸酯乳液便是水性木器漆常用的成膜物质。但是，水通常在0℃左右便会结冰，而水性木器漆在生产、运输、储存过程中难免会遇到低温情况，这就要求水性木器漆具有较好的冻融稳定性。目前，往丙烯酸酯乳液中添加防冻剂是改善丙烯酸酯乳液的冻融稳定性，进而改善水性木器漆的冻融稳定性最简单直接的方法。但是，防冻剂也是voc的主要来源之一。因此，如何在减少甚至避免使用防冻剂的同时确保丙烯酸酯乳液和水性木器漆具有良好的冻融稳定性，是人们亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种丙烯酸酯乳液。在避免使用防冻剂时，该丙烯酸酯乳液依然具有良好的冻融稳定性。
4.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种丙烯酸酯乳液，包括如下重量份数的组分：甲基丙烯酸甲酯40-50份丙烯酸丁酯40-50份偶氮二异丁脒盐酸盐0.4-0.6份乳化剂1-2份去离子水60-80份所述乳化剂包括十六烷基三甲基氯化铵和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，按照重量比，十六烷基三甲基氯化铵和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸重量比为1-3:1。
5.本发明进一步设置为：按照重量份，所述丙烯酸酯乳液还包括2-4份n-羟甲基丙烯酰胺。
6.本发明另一目的在于提供一种如上述的丙烯酸酯乳液的制备方法，包括如下步骤：步骤1：按照重量份，称取甲基丙烯酸甲酯40-50份、丙烯酸丁酯40-50份、n-羟甲基丙烯酰胺2-4份、偶氮二异丁脒盐酸盐0.4-0.6份、乳化剂1-2份、去离子水60-80份；步骤2：将5%-10%总重量的甲基丙烯酸甲酯、5%-10%总重量的丙烯酸丁酯、5%-10%总重量的n-羟甲基丙烯酰胺、5%-10%总重量的乳化剂和30%-40%总重量的去离子水混合均匀后，升温至75-85℃，加入40%-60%总重量的偶氮二异丁脒盐酸盐，反应至呈现蓝光即得到种子乳液；步骤3：将剩余的水溶解剩余的偶氮二异丁脒盐酸盐得到偶氮二异丁脒盐酸盐溶液，备用；将剩余的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、n-羟甲基丙烯酰胺、乳化剂混合至呈现乳白色
即得到预乳化液；步骤4：将偶氮二异丁脒盐酸盐溶液、预乳化液加入至种子乳液中，保持温度为75-85℃反应3-5h，然后降温至室温后过滤即可。
7.本发明进一步设置为：在步骤4中，偶氮二异丁脒盐酸盐溶液和预乳化液同时加入至种子乳液中。
8.本发明还有一目的在于提供一种如上述的丙烯酸酯乳液在水性木器漆中的应用。
9.本发明进一步设置为：所述水性木器漆包括如下重量份数的组分：丙烯酸酯乳液15-25份丙二醇丁醚1-2份十二醇聚氧乙烯醚0.5-1份分散剂0.5-1份消泡剂0.2-0.5份增稠剂1-2份去离子水70-80份。
10.本发明进一步设置为：所述分散剂包括聚丙烯酸铵和聚磷酸钠，所述聚丙烯酸铵和聚磷酸钠的重量比为0.5-2:1。
11.本发明进一步设置为：所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物。
12.本发明进一步设置为：所述增稠剂为羟乙基纤维素。
13.本发明进一步设置为：按照重量份，所述水性木器漆还包括氨水0.05-0.1份。
14.综上所述，本发明具有以下有益效果：1、甲基丙烯酸甲酯属于硬单体，能够大幅度提升漆膜的硬度、耐磨性。丙烯酸丁酯属于软单体，能够赋予漆膜较好的柔韧性，有助于漆膜成膜；2、n-羟甲基丙烯酰胺属于功能单体，能够提升漆膜附着力。同时，n-羟甲基丙烯酰胺含有亲水的羟基，能够与水分子形成氢键，在聚合过程中倾向于分布在乳胶粒子表面使得聚合物长链尾端带有羟基基团，降低乳胶粒与水相之间的界面能，乳液粒径相应减小，提高乳液冻融稳定性；3、偶氮二异丁脒盐酸盐作为引发剂，溶于水，而副反应和诱导反应；4、十六烷基三甲基氯化铵为阳离子乳化剂，亲水性较强。十六烷基三甲基氯化铵依靠在乳胶粒子表面产生的静电斥力影响乳液的稳定性。2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为可聚合乳化剂，能够通过共价键键合在乳胶粒表面，避免低温下乳化剂的解吸附，大大提高乳液的冻融稳定性；若采用阴离子乳化剂，则体系中需要加入缓冲剂进行乳液ph的调节，因为阴离子乳液所用的引发剂容易水解，不利于反应，加入缓冲剂是为了抑制其水解。而十六烷基三甲基氯化铵的水溶液呈现弱酸性，因此聚合体系在都是中性偏酸性下反应，偶氮二异丁脒盐酸盐也不会水解，所以无需加入缓冲剂，也无需在出料前调解ph值。同时，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸能够增加体系的酸性，从而充分避免碱性物质对弱酸性的十六烷基三甲基氯化铵产生影响，使得聚合稳定性受阻，最终影响水性木器漆的冻融稳定性和封闭效果；4、n-羟甲基丙烯酰胺中的-nh-容易与体系中的-oh发生交联反应，温度越高越容易，因此会生成大量的凝胶。因此，反应温度为75-85℃能够避免产生过多的凝胶；
5、木材中普遍含有单宁酸等极性基团，而十六烷基三甲基氯化铵能够与其产生相互作用，起到良好的封闭效果，防止木质基材因素引起的涂层变色，并且成膜后也不会因为外在环境的因素引发自身涂层变色。此外，十六烷基三甲基氯化铵依靠阳离子吸附在细菌细胞壁表面，与细胞壁上的磷脂分子层紧密结合，细胞膜受到攻击后，其通透性和流动性随之发生变化，细胞内的成分泄漏出来，破坏细胞成分导致细胞死亡。因此，十六烷基三甲基氯化铵能够赋予乳液良好的抗菌性能，尤其是作为水性木器漆的成膜物质，有效遏制木器霉变，延长涂层变色所需时间；6、丙二醇丁醚作为乳液聚合物的强溶剂能够有效提高水性木器漆的低温成膜性，改善涂膜的附着力、致密性和耐擦洗性能；十二醇聚乙烯醚含义较长碳链，通过空间位阻效应增加体系的冻融稳定性；7、聚丙烯酸铵水解极性弱但分子量高，能够充分发挥其空间位阻的稳定作用。聚磷酸钠水解性极强，电荷密度高，其较强的静电作用能够维持体系的稳定；8、聚醚硅氧烷共聚物既具有消泡迅速，抑泡时间长、安全无毒的特点，还具有水溶性好，耐高温、耐强碱性强的特点；9、羟乙基纤维素是天然纤维素中的羟基被羟乙基取代后的产物，它能溶于水、增稠效果好，使用方便；10、丙烯酸乳液的体系整体呈酸性，而木材中普遍含有单宁酸等极性基团，因此氨水、聚丙烯酸铵和聚磷酸钠的使用，适当降低水性木器漆的酸性，以增加水性木器漆和木材的附着力。
具体实施方式
15.实施例1-5用于说明丙烯酸酯乳液的组分。
16.表1、实施例1-5丙烯酸酯乳液组分表 实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5甲基丙烯酸甲酯/份4043454750丙烯酸丁酯/份4043454750偶氮二异丁脒盐酸盐/份0.60.50.50.40.6乳化剂/份121.521.5十六烷基三甲基氯化铵和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸重量比1:12:13:11:12:1去离子水/份7065607580羟丙基丙烯酰胺/份24324
注：单位“份”指重量份；乳化剂包括十六烷基三甲基氯化铵和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
17.结合表1，以下说明实施例1-5丙烯酸酯乳液的制备方法。
18.一种丙烯酸酯乳液的制备方法，包括如下步骤：步骤1：按照重量份，称取甲基丙烯酸甲酯40-50份、丙烯酸丁酯40-50份、n-羟甲基丙烯酰胺2-4份、偶氮二异丁脒盐酸盐0.4-0.6份、乳化剂1-2份、去离子水60-80份；步骤2：将5%-10%总重量的甲基丙烯酸甲酯、5%-10%总重量的丙烯酸丁酯、5%-10%总重量的n-羟甲基丙烯酰胺、5%-10%总重量的乳化剂和30%-40%总重量的去离子水混合均匀后，升温至75-85℃，加入40%-60%总重量的偶氮二异丁脒盐酸盐，反应至呈现蓝光即得到种子乳液；
步骤3：将剩余的水溶解剩余的偶氮二异丁脒盐酸盐得到偶氮二异丁脒盐酸盐溶液，备用；将剩余的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、n-羟甲基丙烯酰胺、乳化剂混合至呈现乳白色即得到预乳化液；步骤4：将偶氮二异丁脒盐酸盐溶液、预乳化液加入至种子乳液中，保持温度为75-85℃反应3-5h，然后降温至室温后过滤即可。
19.表2、实施例1-5丙烯酸酯乳液的制备方法参数表 实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5步骤2中甲基丙烯酸甲酯的重量占比/%567810步骤2中丙烯酸丁酯的重量占比/%567810步骤2中n-羟甲基丙烯酰胺的重量占比/%567810步骤2中乳化剂的重量占比/%567810步骤2中去离子水的重量占比/%3033353740步骤2的反应温度/℃7577808385步骤2中偶氮二异丁脒盐酸盐的重量占比/%4045505560步骤4的反应温度/℃7577808385步骤4的反应时间/h34543
实施例6-10用于说明含有丙烯酸酯乳液的水性木器漆的组分。
20.表3、实施例6-10含有丙烯酸酯乳液的水性木器漆的组分表 实施例6实施例7实施例8实施例9实施例10丙烯酸酯乳液种类实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5丙烯酸酯乳液/份2015172325丙二醇丁醚/份12121十二醇聚氧乙烯醚/份0.50.60.70.81分散剂/份0.510.60.70.9聚丙烯酸铵和聚磷酸钠的重量比0.5:11:12:11:10.5:1聚醚硅氧烷共聚物/份0.20.30.40.50.3羟乙基纤维素/份12121去离子水/份7073757880
注：单位“份”指重量份；分散剂包括聚丙烯酸铵和聚磷酸钠。
21.结合表3，以下详细说明含有丙烯酸酯乳液的水性木器漆制备方法。
22.步骤1：按照重量份，称取丙烯酸酯乳液15-25份、丙二醇丁醚1-2份、十二醇聚氧乙烯醚0.5-1份、分散剂0.5-1份、聚醚硅氧烷共聚物0.2-0.5份、羟乙基纤维素1-2份、去离子水70-80份；步骤2：将丙二醇丁醚、十二醇聚氧乙烯醚、分散剂、去离子水混合后搅拌均匀；步骤3：加入羟乙基纤维素，继续搅拌均匀；步骤4：加入丙烯酸酯乳液和聚醚硅氧烷共聚物，继续搅拌均匀即可。
23.白度试验步骤1：选取胡桃木材质的模板，分出5块10cm*10cm大小的木板，在每块木板上分别同时且等量涂抹由按照实施例6-10制备的水性木器漆。待水性木器漆干燥后，使用型号为yt-48a的白度色度仪测定涂抹由按照实施例6-10制备的水性木器漆的5块模板的白度并进行记录；
步骤2：将胡桃木材质的木板依次换成橡木和天然竹，重复步骤1。
24.表4、实施例6-10白度试验记录表从表4可知，含有本发明丙烯酸酯乳液的水性木器漆对多种木材均具有优异的封闭效果。
25.冻融稳定性试验参考gb/t 20623-2006测试实施例6-10水性木器漆的冻融稳定性。将实施例6-10水性木器漆存放于密闭容器中，先置于(-10
±
2)℃的冷冻箱中冻结18h，然后取出并在(23
±
2)℃条件下放置6h，为一次完整的冻融循环。打开密闭容器，充分搅拌测试样品，如果没有硬块、凝聚及分离现象，则重复进行冻融循环。每通过1次，冻融指数增加1，结果用数字表示，数字越大表示乳液的冻融稳定性越好。
26.表5、实施例6-10冻融稳定性试验记录表 实施例6实施例7实施例8实施例9实施例10冻融循环指数不小于10不小于10不小于10不小于10不小于10初始细度/μm≤60≤60≤60≤60≤60初始黏度/ku，23℃105103101101102冻融循环1次后的黏度/ku，23℃105103101101102冻融循环2次后的黏度/ku，23℃105103101101102冻融循环3次后的黏度/ku，23℃105103101101102
从表5可知，含有本发明丙烯酸酯乳液的水性木器漆具有优异的冻融稳定性。
27.本实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在
阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。