有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法
2023-04-25 19:39:16 1
專利名稱：有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法
技術領域：
本發明涉及用作建築塗料的有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法。
背景技術：
目前國內廣泛使用的丙烯酸乳液外牆塗料通常由於塗膜厚度不夠以及乳液聚合物的低溫脆性，隨著時間的推移，都程度不同地出現塗膜網狀龜裂或隨著牆體水泥砂漿的開裂而出現大小不等的塗膜裂紋，影響了塗料的裝飾保護功能。
有機矽樹脂中Si-O鍵具有較大的鍵能，對熱、光穩定，不易受紫外光作用而老化，而且其表面能較低。因此有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液幹膜具有低溫彈性，抗回粘、抗沾汙、耐水性和抗龜裂性等優點，可滿足高性能塗料的要求。共混是製備有機矽改性丙烯酸酯塗料的方法之一。該方法是將丙烯酸樹脂和有機矽樹脂直接混和，來達到改性的目的。但有機矽樹脂與丙烯酸樹脂的相容性差，且這種改性效果不能長久保持。
發明內容
本發明的目的在於提供一種有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法。
本發明是通過共聚反應使有機矽樹脂接枝在丙烯酸酯大分子上，從而改善了兩者的相容性，製得性能優異的有機矽改性丙烯酸樹脂彈性塗料。
有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，包括以下步驟1)將以單體總重量計4～15％重量的有機矽單體中的含不飽和雙鍵的有機矽單體2～7％、以單體總重量計1～5％的烯屬不飽和酸單體和80～95％的烯屬丙烯酸系單體，及以單體總重量計0.5～5％的陰離子表面活性劑和1～8％的非離子表面活性劑的複合物為乳化劑，以0.1～1％碳酸氫鈉為緩衝劑，以0.2～1％的水溶性過硫酸鹽為引發劑，並以水為介質，在60～90℃條件下進行自由基乳液聚合；2)乳液共聚物在0.05～3％的矽醇縮合催化劑存在下與以單體總重量計4～15％重量的有機矽單體中的羥基聚矽氧烷2～8％進行接枝反應；3)反應結束後用鹼性溶液中和，調節PH值至8～9，經過濾得到。
本發明中的有機矽單體包括含不飽和雙鍵的有機矽單體和羥基聚矽氧烷。所說的含不飽和雙鍵的有機矽單體包括乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、丙烯基三甲氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷中的至少一種或其混合物。所說的羥基聚矽氧烷可以是直接購買的產品如203矽油，也可以按照中國專利CN1217360A所述的方法製備。
本發明中，所說的烯屬不飽和酸單體包括丙烯酸，甲基丙烯酸，巴豆酸，衣康酸，富馬酸，馬來酸，以及馬來酸酐的至少一種或其混合物。必要時，本發明還可以加入甲基丙烯酸烯丙酯，鄰苯二甲酸二烯丙酯，二甲基丙烯酸1，4-丁二醇酯，二甲基丙烯酸1，2-乙二醇酯，二丙烯酸1，6-己二醇酯或二乙烯基苯，以適當提高塗膜的伸長率。
本發明中，所說的烯屬丙烯酸系單體，包括丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸異辛酯，丙烯酸癸酯，丙烯酸月桂酯，丙烯腈，丙烯醯胺，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸異癸酯，甲基丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸羥乙酯，甲基丙烯酸羥丙酯，甲基丙烯酸二甲氨乙酯，甲基丙烯酸縮水甘油酯，以及其它可以引入聚合物的不飽和單體，它包括苯乙烯，α-甲基苯乙烯，二乙烯基苯，醋酸乙烯酯和其它的乙烯基酯。前提條件是，所述聚合物的組份必須主要是丙烯酸系單體。
本發明中，陰離子表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。非離子表面活性劑選自聚氧乙烯壬酚醚，聚氧乙烯烷基醚，聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯或聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯。
所說的引發劑為常用的水溶性過硫酸鹽包括過硫酸銨，過硫酸鉀或過硫酸鹼金屬鹽。矽醇縮合催化劑選自二丁基二月桂酸錫，二丁基二乙酸錫或鈦酸正丁酯。中和用的鹼性溶液可以採用氨水。
本發明所述的含不飽和雙鍵有機矽單體主要起接枝劑的作用，它可以有效地將羥基聚矽氧烷引入丙烯酸酯大分子中，因此製備的有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液不但具有有機矽樹脂的優良特性，而且也具有良好的穩定性，貯存期可以達到半年以上。適用於內外牆裝飾塗料，也可用於建築防水材料，密封膠以及屋面的補漏等領域。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發明作進一步的闡述。
實施例1在帶有冷凝管、滴加裝置、攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，加入去離子水220克，十二烷基硫酸鈉0.8克，烷基酚聚氧乙烯(21)醚6.0克，辛基酚聚氧乙烯(10)醚馬來酸酯鈉6.0克，碳酸氫鈉0.65克。充分溶解後升溫至75～80℃，加入過硫酸銨0.8克(溶於30克去離子水中)。3分鐘後開始滴加由γ-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷10克，甲基丙烯酸甲酯80克，丙烯酸丁酯96克，丙烯酸異辛酯10克，甲基丙烯酸2克，丙烯酸4克，二丁基二月桂酸錫0.6克，羥基聚矽氧烷8克組成的混合物。2.5～3小時加完，於80℃反應2小時。補加過硫酸銨0.2克(溶於10克去離子水中)，升溫至85℃維持反應2小時。冷卻至50℃以下，用氨水調節PH值至8～9，經過濾得帶藍光得有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液。
實施例2準確稱量甲基丙烯酸甲酯86克，丙烯酸丁酯90克，丙烯酸異辛酯10克，甲基丙烯酸4克，甲基丙烯酸羥乙酯2克，組成混合單體。在帶有冷凝管、滴加裝置、攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，加入去離子水220克，十二烷基硫酸鈉0.8克，烷基酚聚氧乙烯(21)醚6.0克，辛基酚聚氧乙烯(10)醚馬來酸酯鈉6.0克，碳酸氫鈉0.65克。在60℃下加入上述的混合單體25克，過硫酸銨0.8克(溶於30克去離子水中)。升溫至75～80℃，待體系變藍後滴加由剩餘的上述混合單體和γ-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷10克，二丁基二月桂酸錫0.6克，羥基聚矽氧烷8克組成的含矽單體的混合物。2.5～3小時加完，於80℃反應2小時。補加過硫酸銨0.2克(溶於10克去離子水中)，升溫至85℃維持反應2小時。冷卻至50℃以下，用氨水調節PH值至8～9，經過濾得帶藍光得有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液。
實施例3混合單體由甲基丙烯酸甲酯80克，丙烯酸丁酯90克，丙烯酸異辛酯15克，甲基丙烯酸4克，二甲基丙烯酸1，2-乙二醇酯3克組成。含矽單體由γ-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷8克，二丁基二月桂酸錫0.6克，羥基聚矽氧烷10克組成。其它配方及工藝與實施例1相同。
實施例4混合單體由甲基丙烯酸甲酯40克，丙烯酸丁酯60克，丙烯酸異辛酯70克，丙烯酸3克，甲基丙烯酸羥乙酯2克組成。含矽單體由γ-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷8克，二丁基二月桂酸錫0.6克，203矽油8克組成，反應瓶中加入去離子水196克。其它配方及工藝與實施例2相同。
實施例5混合單體由甲基丙烯酸甲酯40克，苯乙烯20克，丙烯酸丁酯50克，丙烯酸異辛酯60克，甲基丙烯酸6克，二乙烯基苯3克組成。含矽單體由γ-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷8克，二丁基二月桂酸錫0.6克，203矽油8克組成，反應瓶中加入去離子水200克。其它配方及工藝與實施例2相同。
表1示出了上述實施例1～實施例5的有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的主要性能指標表1
權利要求
1.有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，包括以下步驟1)將以單體總重量計4～15％重量的有機矽單體中的含不飽和雙鍵的有機矽單體2～7％、以單體總重量計1～5％的烯屬不飽和酸單體和80～95％的烯屬丙烯酸系單體，及以單體總重量計0.5～5％的陰離子表面活性劑和1～8％的非離子表面活性劑的複合物為乳化劑，以0.1～1％碳酸氫鈉為緩衝劑，以0.2～1％的水溶性過硫酸鹽為引發劑，並以水為介質，在60～90℃條件下進行自由基乳液聚合；2)乳液共聚物在0.05～3％的矽醇縮合催化劑存在下與以單體總重量計4～15％重量的有機矽單體中的羥基聚矽氧烷2～8％進行接枝反應；3)反應結束後用鹼性溶液中和，調節PH值至8～9，經過濾得到。
2.根據權利要求1所述的機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，其特徵在於步驟1)所得的乳液聚合產物的玻璃化轉變溫度為-50～20℃，
3.根據權利要求1所述的機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，其特徵在於所說的含不飽和雙鍵的有機矽單體包括乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三甲乙基矽烷、丙烯基三甲氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯氧基三甲氧基矽烷中的至少一種或其混合物。
4.根據權利要求1所述的機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，其特徵在於所說的烯屬不飽和酸單體包括丙烯酸，甲基丙烯酸，巴豆酸，衣康酸，富馬酸，馬來酸以及馬來酸酐的至少一種或其混合物。
5.根據權利要求1所述的機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，其特徵在於所說的烯屬丙烯酸系單體，包括丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸異辛酯，丙烯酸癸酯，丙烯酸月桂酯，丙烯腈，丙烯醯胺，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸異癸酯，甲基丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸羥乙酯，甲基丙烯酸羥丙酯，甲基丙烯酸二甲氨乙酯，甲基丙烯酸縮水甘油酯，以及其它可以引入聚合物的不飽和單體，它包括苯乙烯，α-甲基苯乙烯，醋酸乙烯酯和乙烯基酯。
6.根據權利要求1所述的機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，其特徵在於所說的陰離子表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。
7.根據權利要求1所述的機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，其特徵在於所說的非離子表面活性劑選自聚氧乙烯壬酚醚，聚氧乙烯烷基醚，聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯或聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯。
8.根據權利要求1所述的機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，其特徵在於所說的引發劑水溶性過硫酸鹽包括過硫酸銨，過硫酸鉀或過硫酸鹼金屬鹽。
9.根據權利要求1所述的機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，其特徵在於矽醇縮合催化劑選自二丁基二月矽酸錫，二丁基二乙酸錫或鈦酸正丁酯。
10.根據權利要求1所述的機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法，其特徵在於所說的鹼性溶液為氨水。
全文摘要
本發明涉及有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液的製備方法。該方法用有機矽對丙烯酸酯大分子進行改性，提高了丙烯酸塗料的耐水性、附著性、抗汙性和抗龜裂等性能。該乳液所用單體組成為以單體總重量計4～15％重量的有機矽單體，以單體總重量計1～5％重量的烯屬不飽和酸單體和以單體總重量計80～95％重量的烯屬丙烯酸系單體。本發明製備的有機矽改性丙烯酸酯彈性乳液不但具有有機矽樹脂的優良特性，而且也具有良好的穩定性，貯存期可以達到半年以上。適用於內外牆裝飾塗料，也可用於建築防水材料，密封膠以及屋面的補漏等領域。
文檔編號C08F299/00GK1557850SQ20041001633
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月13日 優先權日2004年2月13日
發明者楊慕傑, 張偉, 黃德歡 申請人:楊慕傑, 黃德歡