一種松香/丙烯酸酯核‑殼乳液及其製備方法與應用與流程
2023-06-13 23:10:06 3
本發明涉及化工塗料技術領域，具體涉及一種松香/丙烯酸酯核-殼乳液及其製備方法與應用。
背景技術：
我國已經成為汽車的生產和使用大國，使用的汽車鋼板也更多，需要使用大量的塗料對鋼板進行保護和美化。現如今市場使用的多為溶劑型塗料，在使用中的有機溶劑會危害人員的身體健康，而且隨著人們對環保、健康的愈發重視，水性塗料的研究也顯得更加重要和迫切。
CN102603998 B製備了一種高固含量環氧改性丙烯酸樹脂乳液，其採用雜化乳液聚合技術用環氧樹脂對丙烯酸酯改性，製備的乳液固含量很高，具有節約材料和運輸成本，降低塗料生產與使用的能耗的優點。
CN102532404 B製備了高耐水性丙烯酸酯乳液，其採用核-殼聚合的工藝，在殼層聚合部分採用有機矽進行共聚改性，使得乳膠粒表面形成一種疏水性結構，提高了最終成膜後的耐水性。
CN102702940 A製備了一種穩定的、有優異的抗石性和硬度的低溫乾燥水性塗料。
但是上述專利都較單一解決某個問題，對於的塗料的綜合性能都沒有同時改善，尤其是現在的汽車塗漆仍存在脫落等問題。
技術實現要素：
本發明的目的是克服上述技術問題，提供一種光澤性好、耐水性好、附著力強和穩定性高的松香/丙烯酸酯核-殼乳液及其製備方法。
本發明的技術方案如下：
一種松香/丙烯酸酯核-殼乳液的製備方法，包括如下步驟：
步驟S1、松香乳液製備：
將乳化劑A與適量的水混合均勻，得到乳化劑A溶液；
在乳化劑A溶液中加入松香，加熱並攪拌使其熔融，溫度控制在90～100℃，待完全熔融後，加快攪拌速度並向其內滴加沸水，乳液轉相後，迅速加入剩餘的水和少量的穩定劑，待轉相完成後降低攪拌速度，然後快速冷卻至40℃以下，篩網過濾，得到松香乳液；
步驟S2、核-殼乳液聚合：
將乳化劑B與適量的水混合均勻，得到乳化劑B溶液；
在乳化劑B溶液中加入丙烯酸類單體，快速攪拌0.5～1h後得到殼單體預乳液；
將殼單體預乳液分成兩份，取其中一份，並在其內加入適量的步驟S1所製備的松香乳液，得到松香-單體溶液；
另取適量的乳化劑B和水置於反應容器中，加入剩餘的殼單體預乳液和引發劑，在300～450rpm攪拌速度下攪拌使其反應，然後滴加入松香-單體溶液和剩餘的引發劑，溫度控制為75～80℃並隨時調節pH值在5～6之間，在1.5～3h內滴加完畢；
於80～90℃繼續反應0.5～2h，冷卻，篩網過濾，得到松香/丙烯酸酯核-殼乳液。
優選的，步驟S1中，所述乳化劑A由陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉和非離子表面活性劑span80按質量比1:2組成，其用量佔松香乳液質量的6～10％。
優選的，步驟S1中，所述乳化劑A、松香及水的用量的質量比為1～2:4:12～14。
優選的，步驟S2中，所述乳化劑B由陰離子乳化劑和非離子乳化劑按質量比1:2組成，其用量佔松香/丙烯酸酯核-殼乳液質量的3～5％，其中，所述陰離子乳化劑為十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的一種或兩種，所述非離子乳化劑為OP-10。
優選的，步驟S2中，所述丙烯酸類單體由軟單體、硬單體及功能性單體組成，三者的質量比為1:1～1.5：0.5～0.8，其中軟單體為甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸丁酯中的一種或兩種，硬單體為甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯中的一種或兩種，功能性單體為丙烯酸。
優選的，步驟S2中，所述松香乳液、丙烯酸類單體及水的用量的質量比為1:3～4:4～6。
優選的，步驟S2中，所述引發劑為過硫酸鈉、過硫酸鉀和過硫酸銨中的一種或多種，其用量佔丙烯酸類單體質量的0.3～0.6％。
其中所述水優選為去離子水。
同時本發明還提供一種松香/丙烯酸酯核-殼乳液，其通過以上所述的製備方法製得。
另外，本發明還提供上述製得的松香/丙烯酸酯核-殼乳液的應用，其在塗料和油漆中進行應用。
相較於現有技術，本發明提供的松香/丙烯酸酯核-殼乳液的製備方法具有以下有益效果：
一、以松香為原料，製得的乳液更加光亮平滑；松香本身黏性很大，使用松香可以增加乳液的黏性，成膜的剝離強度；松香分子本身含有憎水基團，製備成核-殼乳液，可以在乳膠粒表面形成一層憎水的結構，可以明顯改善乳液成膜的乾燥性和耐水性；
二、製備得到的乳液兼具了水性丙烯酸酯乳液和松香本身的優點，具有環保、光澤性好、耐水性能好、附著力強和穩定性高的優點。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
實施例1
本松香/丙烯酸酯核-殼乳液的製備方法包括如下步驟：
步驟S1、松香乳液製備：
步驟S11、將乳化劑A(3.0g十二烷基硫酸鈉和6.0g span80)與10g水混合均勻，得到乳化劑A溶液；
步驟S12、在乳化劑A溶液中加入20g松香，加熱並攪拌使其熔融，溫度控制在95℃左右，攪拌速度保持在450rpm，待完全熔融後，此時將溫度控制在100℃左右，加快攪拌速度至800rpm並向其內滴加沸水，乳液轉相後，迅速加入剩餘的水和0.1g穩定劑(聚乙烯醇)，待轉相完成後降低攪拌速度至200rpm，繼續攪拌5分鐘，然後快速冷卻至40℃以下，100目篩網過濾，得到松香乳液；
在步驟S1中，水的總用量為65g，在滴加沸水時，速度要慢，乳液轉相後，則迅速加入剩餘的水。
步驟S2、核-殼乳液聚合：
步驟S21、室溫下，將乳化劑B(0.4g十二烷基硫酸鈉和0.8gOP-10)與25g水混合均勻，得到乳化劑B溶液；
步驟S22、在乳化劑B溶液中加入丙烯酸類單體(依次加入13g甲基丙烯酸甲酯、6g甲基丙烯酸丁酯、6.5g丙烯酸丁酯和4.5g丙烯酸)，快速攪拌0.5h後得到殼單體預乳液；
步驟S23、將殼單體預乳液平均分成兩份，取其中一份，並在其內加入10g步驟S1所製備的松香乳液，得到松香-單體溶液；
步驟S24、另取適量的乳化劑B(0.6g十二烷基硫酸鈉和1.2gOP-10)和5g水置於反應容器中，加入剩餘的殼單體預乳液和引發劑，在350rpm攪拌速度下攪拌0.5h使其反應，然後滴加入松香-單體溶液和剩餘的引發劑，溫度控制為80℃並隨時用緩衝劑調節pH值在5～6之間，在2.5h內滴加完畢；
其中所述引發劑為將1g過硫酸鉀溶解於5g去離子水中配製成溶液得到，並平均分成兩份，分兩次加入；所述緩衝劑為將1g NaHCO3溶解於5g去離子水中配製成溶液得到。
步驟S25、於85℃繼續反應0.5h，冷卻至室溫，120目篩網過濾，得到松香/丙烯酸酯核-殼乳液。
在步驟S2中，製備所述殼單體預乳液時，乳化劑B的用量佔其總用量的40％，水的用量佔其總用量的60％，其中水的總用量包括兩次溶解乳化劑B所用的水、配製引發劑和緩衝劑所用的水。
實施例2
本松香/丙烯酸酯核-殼乳液的製備方法包括如下步驟：
步驟S1、松香乳液製備：
步驟S11、將乳化劑A(3.0g十二烷基硫酸鈉和6.0g span80)與10g水混合均勻，得到乳化劑A溶液；
步驟S12、在乳化劑A溶液中加入20g松香，加熱並攪拌使其熔融，溫度控制在95℃左右，攪拌速度保持在500rpm，待完全熔融後，此時將溫度控制在100℃左右，加快攪拌速度至800rpm並向其內滴加沸水，乳液轉相後，迅速加入剩餘的水和0.1g穩定劑(聚乙烯醇)，待轉相完成後降低攪拌速度至200rpm，繼續攪拌5分鐘，然後快速冷卻至40℃以下，100目篩網過濾，得到松香乳液；
在步驟S1中，水的總用量為70g，在滴加沸水時，速度要慢，乳液轉相後，則迅速加入剩餘的水。
步驟S2、核-殼乳液聚合：
步驟S21、室溫下，將乳化劑B(0.6g十二烷基苯磺酸鈉和1.2gOP-10)與36g水混合均勻，得到乳化劑B溶液；
步驟S22、在乳化劑B溶液中加入丙烯酸類單體(依次加入16g苯乙烯、6g甲基丙烯酸丁酯、6.5g丙烯酸丁酯和4.5g丙烯酸)，快速攪拌0.5h後得到殼單體預乳液；
步驟S23、將殼單體預乳液平均分成兩份，取其中一份，並在其內加入10g步驟S1所製備的松香乳液，得到松香-單體溶液；
步驟S24、另取適量的乳化劑B(0.9g十二烷基硫酸鈉和1.8gOP-10)和14g水置於反應容器中，加入剩餘的殼單體預乳液和引發劑，在400rpm攪拌速度下攪拌0.5h使其反應，然後滴加入松香-單體溶液和剩餘的引發劑，溫度控制為80℃並隨時用緩衝劑調節pH值在5～6之間，在3h內滴加完畢；
其中所述引發劑為將1.5g過硫酸鈉溶解於5g去離子水中配製成溶液得到，並平均分成兩份，分兩次加入；所述緩衝劑為將1.5g NaHCO3溶解於5g去離子水中配製成溶液得到。
步驟S25、於85℃繼續反應1h，冷卻至室溫，120目篩網過濾，得到松香/丙烯酸酯核-殼乳液。
在步驟S2中，製備所述殼單體預乳液時，乳化劑B的用量佔其總用量的40％，水的用量佔其總用量的60％，其中水的總用量包括兩次溶解乳化劑B所用的水、配製引發劑和緩衝劑所用的水。
實施例3
本松香/丙烯酸酯核-殼乳液的製備方法包括如下步驟：
步驟S1、松香乳液製備：
步驟S11、將乳化劑A(3.0g十二烷基硫酸鈉和6.0g span80)與10g水混合均勻，得到乳化劑A溶液；
步驟S12、在乳化劑A溶液中加入20g松香，加熱並攪拌使其熔融，溫度控制在95℃左右，攪拌速度保持在500rpm，待完全熔融後，此時將溫度控制在100℃左右，加快攪拌速度至800rpm並向其內滴加沸水，乳液轉相後，迅速加入剩餘的水和0.1g穩定劑(聚乙烯醇)，待轉相完成後降低攪拌速度至200rpm，繼續攪拌5分鐘，然後快速冷卻至40℃以下，100目篩網過濾，得到松香乳液；
在步驟S1中，水的總用量為70g，在滴加沸水時，速度要慢，乳液轉相後，則迅速加入剩餘的水。
步驟S2、核-殼乳液聚合：
步驟S21、室溫下，將乳化劑B(0.6g十二烷基硫酸鈉和1.2gOP-10)與27g水混合均勻，得到乳化劑B溶液；
步驟S22、在乳化劑B溶液中加入丙烯酸類單體(依次加入7g苯乙烯、6.5g甲基丙烯酸甲酯、6g甲基丙烯酸丁酯、6.5g丙烯酸丁酯和4.5g丙烯酸)，快速攪拌0.5h後得到殼單體預乳液；
步驟S23、將殼單體預乳液平均分成兩份，取其中一份，並在其內加入10g步驟S1所製備的松香乳液，得到松香-單體溶液；
步驟S24、另取適量的乳化劑B(0.9g十二烷基硫酸鈉和1.8gOP-10)和8g水置於反應容器中，加入剩餘的殼單體預乳液和引發劑，在400rpm攪拌速度下攪拌0.5h使其反應，然後滴加入松香- 單體溶液和剩餘的引發劑，溫度控制為80℃並隨時用緩衝劑調節pH值在5～6之間，在2.5h內滴加完畢；
其中所述引發劑為將1.5g過硫酸鉀溶解於5g去離子水中配製成溶液得到，並平均分成兩份，分兩次加入；所述緩衝劑為將1.5g NaHCO3溶解於5g去離子水中配製成溶液得到。
步驟S25、於85℃繼續反應1h，冷卻至室溫，120目篩網過濾，得到松香/丙烯酸酯核-殼乳液。
在步驟S2中，製備所述殼單體預乳液時，乳化劑B的用量佔其總用量的40％，水的用量佔其總用量的60％，其中水的總用量包括兩次溶解乳化劑B所用的水、配製引發劑和緩衝劑所用的水。
對實施例1-3製備的松香/丙烯酸酯核-殼乳液的性能進行測試，測試結果如下：
相較於現有技術，本發明提供的松香/丙烯酸酯核-殼乳液的製備方法具有以下有益效果：
一、以松香為原料，製得的乳液更加光亮平滑；松香本身黏性很大，使用松香可以增加乳液的黏性，成膜的剝離強度；松香分子本身含有憎水基團，製備成核-殼乳液，可以在乳膠粒表面形成一層憎水的結構，可以明顯改善乳液成膜的乾燥性和耐水性；
二、製備得到的乳液兼具了水性丙烯酸酯乳液和松香本身的優點，具有環保、光澤性好、耐水性能好、附著力強和穩定性高的優點。
以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。