丙烯酸酯改性无机材料—水性聚氨酯乳液的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水性工业漆用乳液技术领域，具体的说涉及一种丙烯酸酯改性无机材 料-水性聚氨酯乳液的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着国内的环保法规日益加强，溶剂型涂料正在向水性化方向发展。传统的油性 木器漆大量的排放有机物，不仅影响人们的身体健康，还会在空气中与其它化学物质发生 化学反应，形成PM2.5,造成大气污染。而相比之下，水性木器漆具有无毒环保、无气味、可挥 发物少、不燃不爆等优点，可以有效的解决溶剂型涂料所形成PM2.5的排放问题，因此木器 漆的水性化将是大势所趋。申请号为201410498604.3的专利申请公开了一种高硬度水性聚 氨酯的合成方法，通过原位聚合法，合成了以无机材料为核，水性聚氨酯为壳的水性聚氨酯 分散体。水性聚氨酯分散体因其漆膜丰满、亮丽，具有优异耐化学药品性、耐候性、耐水性等 优点，受到欢迎，但其硬度差、易划伤、干燥慢等缺点，又极大的限制了水性聚氨酯分散体在 水性木器漆中的应用。而丙烯酸乳液具有硬度高，干燥快等优点，但其耐水性、耐化学品性、 韧性差，光泽度低。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种丙烯酸酯改性无机材料-水性 聚氨酯乳液的制备方法，能够在不影响水性聚氨酯性能的前提下，进一步降低乳液成本，提 高胶膜的硬度以及干燥速度。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案，其制备方法步骤如下： (1)按以下重量份配比备料：
(2) 将步骤(1)中预乳化液物料的水、乳化剂、C4-C12的丙烯酸烷基酯单体、C4-C20的 甲基丙烯酸烷基酯单体、功能性单体以及无机材料改性的水性聚氨酯按顺序加入带有搅拌 的乳化容器中并以200-1000r/min转速高速分散得到预乳化液； (3) 将步骤（1)中打底料的水和乳化剂加入到带有搅拌的反应容器中，以20-120r/ min转速低速搅拌并加热到80-90°C后滴加预乳化液和引发剂水溶液，控制滴加温度为 80-90°C，滴加时间为2-4小时； (4) 80-90°C保温1-2小时，降温至65-75°C，加入氧化剂和还原剂水溶液进行后处理， 冷却至40°C，用中和剂调节PH值7-9出料。
[0005]上述步骤（1)中的乳化剂为阴离子乳化剂、非离子乳化剂以及反应型乳化剂中的 一种或几种，其中阴离子乳化剂为丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠、烷基酚聚氧乙烯 醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种;非离子乳化剂为异构十三醇 聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚中的至少一种;反应型乳化剂为烯丙氧 基羟丙基磺酸钠、烷烯酰胺基烷基磺酸钠、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐中的至少 一种;步骤(1)中的C4-C12的丙烯酸烷基酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙 烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸癸酯单体中的一种或几种；步骤（1)中的C4-C20的甲基丙烯酸 烷基酯单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲 基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸十八烷基酯单体中的一种或几种;步骤(1)中的功能性单体 由丙烯酸、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲基丙 烯酸羟乙酯单体中至少两种组成;步骤(1)中的无机材料改性的水性聚氨酯为代号RC-7312 的水性聚氨酯分散体;步骤(1)中氧化剂为叔丁基过氧化氢，还原剂为亚硫酸氢钠;步骤(1) 中引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈中的一种或几种;步骤(1)中的中 和剂为氨水、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(代号为AMP-95)中的一种或几种。
[0006] 说明：上述代号为RC-7312的产品由江苏日出化工有限公司生产。
[0007] 本发明的制备方法通过核壳聚合工艺，以丙烯酸酯为壳，以无机材料改性的水性 聚氨酯为核，形成无机材料-水性聚氨酯-丙烯酸酯三层核壳的乳液，将无机材料的高硬度、 快干性，聚氨酯的柔韧性、耐化学品性以及丙烯酸酯的高硬度、低成本三者的优点有机结 合，三者互相取长补短，达到有效的性能互补，得到性能优异的高硬度丙烯酸酯改性水性聚 氨酯乳液。该乳液特别适用于水性木器漆，对木材具有良好的附着力和封闭性。本发明采用 合理完善的操作步骤和工艺参数，使无机材料有效分散到水性树脂中，提高了涂料的储存 稳定性。本发明所用原料价格低、工艺简化，设备要求也不高，能进一步降低乳液成本。
【具体实施方式】
[0008] 下面通过实施例进一步描述本发明，但所述实施例仅用于说明本发明而不是限制 本发明。
[0009] 实施例1 (1)将80g水、lg烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、80g丙烯酸丁酯、400g甲基丙烯酸 甲酯、2g丙烯酸、2g丙烯酰胺、lg甲基丙烯酸羟乙酯以及100克RC-7312按顺序加入带有搅拌 的乳化容器中并以200r/min转速高速分散得到预乳化液。
[0010] (2)将8g 丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠和2g壬基酚聚氧乙烯醚和300g水， 加入到带有搅拌的反应容器中，以50r/min转速低速搅拌并加热到84°C，滴加预乳化液和含 有2.5g过硫酸钠引发剂加120g水的水溶液，控制滴加温度为83-86°C，滴加时间为3小 时。
[0011] (3)85°C保温1小时，降温至70°C，加入0.5g叔丁基过氧化氢氧化剂和0.5g亚硫酸 氢钠还原剂加5g水的水溶液进行后处理，冷却至40°C，用氨水调节PH值7-9出料。
[0012] 实施例2 (1)将200g水、3g烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、2g烷烯酰胺基烷基磺酸钠， 150g丙烯酸-2-乙基己酯、280g甲基丙烯酸丁酯、6g丙烯酸、6g丙烯酰胺、6g三羟甲基丙烷三 丙烯酸酯以及150克RC-7312按顺序加入带有搅拌的乳化容器中并以800r/min转速高速 分散得到预乳化液。
[0013] (2)将3g 丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠、2g异构十三醇聚氧乙烯醚、250g 水，加入到带有搅拌的反应容器中，以50r/min转速低速搅拌并加热到84°C，滴加预乳化 液和含有lg过硫酸钾引发剂加50g水的水溶液，控制滴加温度为84-88°C，滴加时间为3.5小 时。
[0014] (3)86°C保温1小时，降温至70°C，加入0 · 8g叔丁基过氧化氢氧化剂和0 · 8g亚硫酸 氢钠还原剂加 l〇g水的水溶液进行后处理，冷却至40°C，用AMP-95调节PH值8-9出料。
[0015] 将上述丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液涂于玻璃板上，漆膜厚度为20微米，表干时 间为15分钟，实干时间为24小时。其硬度2 3H，耐水120小时不发白，耐沸水15分钟不发白， 耐碱、耐醇1小时无异常，涂层透光率无变化。以上性能指标与现有技术对比有显著提高。
【主权项】
1. 一种丙烯酸酯改性无机材料一水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于该制备方法 按以下步骤进行： (1) 按以下重量份配比备料：(2) 将步骤（1)中预乳化液物料的水、乳化剂、C4-C12的丙烯酸烷基酯单体、C4-C20的 甲基丙烯酸烷基酯单体、功能性单体以及无机材料改性的水性聚氨酯按顺序加入带有搅拌 的乳化容器中并以200-1000r/min转速高速分散得到预乳化液； (3) 将步骤（1)中打底料的水和乳化剂加入到带有搅拌的反应容器中，以20-120r/min 转速低速搅拌并加热到80-90°C后滴加预乳化液和引发剂水溶液，控制滴加温度为80-90 °C，滴加时间为2-4小时； (4) 80-90°C保温1-2小时，降温至65-75°C，加入氧化剂和还原剂水溶液进行后处理， 冷却至40°C，用中和剂调节PH值7-9出料。2. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于步骤（1)中的乳化剂为阴离子乳化剂、非 离子乳化剂以及反应型乳化剂中的一种或几种，其中阴离子乳化剂为丁二酸烷基聚氧乙烯 醚单酯磺酸二钠、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少 一种;非离子乳化剂为异构十三醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚中的 至少一种;反应型乳化剂为烯丙氧基羟丙基磺酸钠、烷烯酰胺基烷基磺酸钠、烯丙氧基壬基 酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐中的至少一种。3. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于步骤(1)中的C4-C12的丙烯酸烷基酯单体 为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸癸酯单体中的一种 或几种。4. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于步骤(1)中的C4-C20的甲基丙烯酸烷基酯 单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯 酸异冰片酯、甲基丙烯酸十八烷基酯单体中的一种或几种。5. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于步骤（1)中的功能性单体由丙烯酸、丙烯 酰胺、羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯单 体中至少两种组成。6. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于步骤(1)中的无机材料改性的水性聚氨酯 为代号RC-7312的水性聚氨酯分散体。7. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于步骤（1)中氧化剂为叔丁基过氧化氢，还 原剂为亚硫酸氢钠。8. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于步骤（1)中引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、 过硫酸铵、偶氮二异丁腈中的一种或几种。9. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于步骤(1)中的中和剂为氨水、2-氨基-2-甲 基-1-丙醇(代号为AMP-95)中的一种或几种。
【专利摘要】本发明提供一种丙烯酸酯改性无机材料—水性聚氨酯乳液的制备方法，属于水性工业漆用乳液技术领域。本发明筛选出科学合理的物料及配比，采用完善的操作步骤和工艺参数，通过核壳聚合工艺以丙烯酸酯为壳，以无机材料改性的水性聚氨酯为核，形成无机材料—水性聚氨酯—丙烯酸酯三层核壳的乳液，将无机材料的高硬度、快干性，聚氨酯的柔韧性、耐化学品性及丙烯酸酯的高硬度、低成本三者的优点有机结合，互相聚长补短，得到性能优异的丙烯酸酯改性无机材料—水性聚氨酯乳液。该乳液特别适用于水性木器漆，对木材具有良好的附着力和封闭性。
【IPC分类】C09D151/08, C08F220/18, C08F220/14, C08F283/00, C08F220/06, C08F220/28, C08F4/40, C08F220/56
【公开号】CN105482046
【申请号】CN201511009993
【发明人】卢小松, 黄道明, 王海泉
【申请人】江苏日出化工有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月30日