一種基於明膠/苦參總生物鹼複合物改性的水性丙烯酸酯塗料的製備方法與流程
2023-05-24 01:45:16 3
技術領域：
本發明涉及塗料製備領域，具體的涉及一種基於明膠/苦參總生物鹼複合物改性的水性丙烯酸酯塗料的製備方法。
背景技術：
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隨著人們對環境問題的認識，一系列嚴厲的環保法規和行業法規相繼被制定。在塗料領域,為了降低揮發性有機物的排放,環保型塗料包括水性塗料，高固體份塗料和粉末塗料逐漸地取代溶劑型塗料。在環保塗料中，水性塗料因以水為溶劑或分散介質，其汙染性低，便宜，施工方便，是三類環保塗料中最重要的一類。但水性塗料目前存在的問題是綜合性能不如溶劑性塗料，特別是水性塗料耐水性差。水性丙烯酸酯塗料是一種應用較廣的水性塗料，其具有良好的附著力和耐候性，但是抗菌防腐性能欠佳，耐水性不太好。
生物鹼存在於自然界(主要為植物，但有的也存在於動物)中的一類含氮的鹼性有機化合物，有似鹼的性質，所以過去又稱為贗鹼。大多數有複雜的環狀結構，氮素多包含在環內，有顯著的生物活性，是中草藥中重要的有效成分之一。具有光學活性。苦參鹼的溶解性比較特殊，不同於一般的叔胺鹼，它既可溶於水，又能溶於氯仿、乙醚等親脂性溶劑，苦參中所含生物鹼均有兩個氮原子。一個為叔胺氮(n-1)，呈鹼性；另一個為醯胺氮(n-16)，幾乎不顯鹼性，所以它們只相當於一元鹼。苦參鹼和氧化苦參鹼的鹼性比較強。
明膠的主要組成為胺基酸組成相同而分子量分布很寬的多肽分子混合物，分子量一般在幾萬至十幾萬。明膠既具有酸性，又具有鹼性，是一種兩性物質，明膠的膠團是帶電的，在電場作用下，它將向兩極中的某一極移動。明膠分子結構上有大量的羥基，另外還有許多羧基和氨基，這使得明膠具有極強的親水性。明膠不溶於有機溶劑，不溶於冷水，在冷水中吸水膨脹至自身的5-10倍，易溶於溫水，冷卻形成凝膠，溶點在24-28℃之間，其溶解度與凝固溫度相差很小，易受水份、溫度、溼度的影響而變質。明膠含有內氨酸、甘氨酸、脯氨酸及羥脯氨酸等人體所需的18種胺基酸。
技術實現要素：
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本發明提供了一種基於明膠/苦參總生物鹼複合物改性的水性丙烯酸酯塗料的製備方法，該方法製得的水性丙烯酸酯塗料防腐性能優異，耐水性能好，塗膜力學性能佳。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種基於明膠/苦參總生物鹼複合物改性的水性丙烯酸酯塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將明膠和去離子水混合加熱攪拌至固體溶解得到明膠水溶液；將苦參總生物鹼和去離子水混合攪拌至固體溶解，製得苦參總生物鹼溶液；
(2)將明膠水溶液保持60-70℃，然後向明膠水溶液中滴加苦參總生物鹼溶液，滴加完畢後，恆溫攪拌1-5h，攪拌結束後低溫靜置，然後高溫烘乾，製得明膠/苦參總生物鹼複合物；
(3)將單體和2/3去離子水混合攪拌均勻，製得單體溶液；將乳化劑和1/3去離子水混合攪拌，製得乳化劑溶液；將單體溶液加入到反應釜中，加熱至60-70℃，向反應釜中加入乳化劑溶液，攪拌30min，加入引發劑，加入完畢後，緩慢升溫至80-90℃，恆溫攪拌反應2-4h，反應結束後，冷卻至室溫，得到丙烯酸酯乳液；
(4)將上述製得的丙烯酸酯乳液、明膠/苦參總生物鹼複合物混合均勻，繼續加入消泡劑、增稠劑、流平劑混合，混合後的物料經砂磨機研磨，得到改性水性丙烯酸酯塗料。
作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，明膠與去離子水的質量比為1:15。
作為上述技術方案的優選，苦參總生物鹼與去離子水的質量比為1：20。
作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，所述明膠水溶液與苦參總生物鹼溶液的質量比為5：(1-3.5)。
作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，所述苦參總生物鹼溶液的滴加速度為2-6ml/min。
作為上述技術方案的優選，步驟(3)中，所述單體為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸丁酯的混合物，質量比為3:2:0.5:3。
作為上述技術方案的優選，步驟(3)中，所述單體、引發劑、乳化劑、去離子水的質量比為(30-65)：(1-3)：(0.5-1.5)：73。
作為上述技術方案的優選，步驟(4)中，所述丙烯酸酯乳液、明膠/苦參總生物鹼複合物、消泡劑、增稠劑、流平劑的用量比以重量份計分別為：丙烯酸酯乳液50-80份、明膠/苦參總生物鹼複合物5-11份、消泡劑1-5份、增稠劑1-2份、流平劑1.5-3.5份。
作為上述技術方案的優選，所述增稠劑為甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素中的一種或多種混合。
作為上述技術方案的優選，所述流平劑為聚二甲基矽氧烷、聚醚聚酯改性有機矽氧烷、烷基改性有機矽氧烷中的一種或多種混合。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
本發明首次採用明膠/苦參總生物鹼的複合物對丙烯酸酯塗料進行改性，明膠既具有酸性，又具有鹼性，其分子結構上有大量的羥基，另外還有許多羧基和氨基；苦參總生物鹼含有叔胺氮和醯胺氮，其在一定條件下可以和明膠分子中的活性基團形成配位鍵合，製得的明膠/苦參總生物鹼複合物可以在塗料中穩定的分散，使得塗料具有良好的耐水性和抗菌防腐性能。
具體實施方式：
為了更好的理解本發明，下面通過實施例對本發明進一步說明，實施例只用於解釋本發明，不會對本發明構成任何的限定。
實施例1
一種基於明膠/苦參總生物鹼複合物改性的水性丙烯酸酯塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將明膠和去離子水混合加熱攪拌至固體溶解得到明膠水溶液；將苦參總生物鹼和去離子水混合攪拌至固體溶解，製得苦參總生物鹼溶液；其中，明膠與去離子水的質量比為1:15，苦參總生物鹼與去離子水的質量比為1：20；
(2)將明膠水溶液保持60-70℃，然後向明膠水溶液中滴加苦參總生物鹼溶液，滴加完畢後，恆溫攪拌1h，攪拌結束後低溫靜置，然後高溫烘乾，製得明膠/苦參總生物鹼複合物；其中，明膠水溶液與苦參總生物鹼溶液的質量比為5：1；苦參總生物鹼溶液的滴加速度為2ml/min；
(3)將單體和2/3去離子水混合攪拌均勻，製得單體溶液；將乳化劑和1/3去離子水混合攪拌，製得乳化劑溶液；將單體溶液加入到反應釜中，加熱至60-70℃，向反應釜中加入乳化劑溶液，攪拌30min，加入引發劑，加入完畢後，緩慢升溫至80-90℃，恆溫攪拌反應2h，反應結束後，冷卻至室溫，得到丙烯酸酯乳液；其中，單體為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸丁酯的混合物，質量比為3:2:0.5:3；單體、引發劑、乳化劑、去離子水的質量比為30：1：0.5：73；
(4)將上述製得的丙烯酸酯乳液、明膠/苦參總生物鹼複合物混合均勻，繼續加入消泡劑、增稠劑、流平劑混合，混合後的物料經砂磨機研磨，得到改性水性丙烯酸酯塗料；其中，各組分用量比以重量份計分別為：丙烯酸酯乳液50份、明膠/苦參總生物鹼複合物5份、消泡劑1份、增稠劑1份、流平劑1.5份。
實施例2
一種基於明膠/苦參總生物鹼複合物改性的水性丙烯酸酯塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將明膠和去離子水混合加熱攪拌至固體溶解得到明膠水溶液；將苦參總生物鹼和去離子水混合攪拌至固體溶解，製得苦參總生物鹼溶液；其中，明膠與去離子水的質量比為1:15，苦參總生物鹼與去離子水的質量比為1：20；
(2)將明膠水溶液保持60-70℃，然後向明膠水溶液中滴加苦參總生物鹼溶液，滴加完畢後，恆溫攪拌5h，攪拌結束後低溫靜置，然後高溫烘乾，製得明膠/苦參總生物鹼複合物；其中，明膠水溶液與苦參總生物鹼溶液的質量比為5：3.5；苦參總生物鹼溶液的滴加速度為6ml/min；
(3)將單體和2/3去離子水混合攪拌均勻，製得單體溶液；將乳化劑和1/3去離子水混合攪拌，製得乳化劑溶液；將單體溶液加入到反應釜中，加熱至60-70℃，向反應釜中加入乳化劑溶液，攪拌30min，加入引發劑，加入完畢後，緩慢升溫至80-90℃，恆溫攪拌反應4h，反應結束後，冷卻至室溫，得到丙烯酸酯乳液；其中，單體為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸丁酯的混合物，質量比為3:2:0.5:3；單體、引發劑、乳化劑、去離子水的質量比為30：1：0.5：73；
(4)將上述製得的丙烯酸酯乳液、明膠/苦參總生物鹼複合物混合均勻，繼續加入消泡劑、增稠劑、流平劑混合，混合後的物料經砂磨機研磨，得到改性水性丙烯酸酯塗料；其中，各組分用量比以重量份計分別為：丙烯酸酯乳液80份、明膠/苦參總生物鹼複合物11份、消泡劑5份、增稠劑2份、流平劑3.5份。
實施例3
一種基於明膠/苦參總生物鹼複合物改性的水性丙烯酸酯塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將明膠和去離子水混合加熱攪拌至固體溶解得到明膠水溶液；將苦參總生物鹼和去離子水混合攪拌至固體溶解，製得苦參總生物鹼溶液；其中，明膠與去離子水的質量比為1:15，苦參總生物鹼與去離子水的質量比為1：20；
(2)將明膠水溶液保持60-70℃，然後向明膠水溶液中滴加苦參總生物鹼溶液，滴加完畢後，恆溫攪拌2h，攪拌結束後低溫靜置，然後高溫烘乾，製得明膠/苦參總生物鹼複合物；其中，明膠水溶液與苦參總生物鹼溶液的質量比為5：1.5；苦參總生物鹼溶液的滴加速度為3ml/min；
(3)將單體和2/3去離子水混合攪拌均勻，製得單體溶液；將乳化劑和1/3去離子水混合攪拌，製得乳化劑溶液；將單體溶液加入到反應釜中，加熱至60-70℃，向反應釜中加入乳化劑溶液，攪拌30min，加入引發劑，加入完畢後，緩慢升溫至80-90℃，恆溫攪拌反應2.5h，反應結束後，冷卻至室溫，得到丙烯酸酯乳液；其中，單體為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸丁酯的混合物，質量比為3:2:0.5:3；單體、引發劑、乳化劑、去離子水的質量比為40：1.5：0.7：73；
(4)將上述製得的丙烯酸酯乳液、明膠/苦參總生物鹼複合物混合均勻，繼續加入消泡劑、增稠劑、流平劑混合，混合後的物料經砂磨機研磨，得到改性水性丙烯酸酯塗料；其中，各組分用量比以重量份計分別為：丙烯酸酯乳液60份、明膠/苦參總生物鹼複合物7份、消泡劑2份、增稠劑1.3份、流平劑2份。
實施例4
一種基於明膠/苦參總生物鹼複合物改性的水性丙烯酸酯塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將明膠和去離子水混合加熱攪拌至固體溶解得到明膠水溶液；將苦參總生物鹼和去離子水混合攪拌至固體溶解，製得苦參總生物鹼溶液；其中，明膠與去離子水的質量比為1:15，苦參總生物鹼與去離子水的質量比為1：20；
(2)將明膠水溶液保持60-70℃，然後向明膠水溶液中滴加苦參總生物鹼溶液，滴加完畢後，恆溫攪拌3h，攪拌結束後低溫靜置，然後高溫烘乾，製得明膠/苦參總生物鹼複合物；其中，明膠水溶液與苦參總生物鹼溶液的質量比為5：2；苦參總生物鹼溶液的滴加速度為4ml/min；
(3)將單體和2/3去離子水混合攪拌均勻，製得單體溶液；將乳化劑和1/3去離子水混合攪拌，製得乳化劑溶液；將單體溶液加入到反應釜中，加熱至60-70℃，向反應釜中加入乳化劑溶液，攪拌30min，加入引發劑，加入完畢後，緩慢升溫至80-90℃，恆溫攪拌反應3h，反應結束後，冷卻至室溫，得到丙烯酸酯乳液；其中，單體為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸丁酯的混合物，質量比為3:2:0.5:3；單體、引發劑、乳化劑、去離子水的質量比為50：2：1.1：73；
(4)將上述製得的丙烯酸酯乳液、明膠/苦參總生物鹼複合物混合均勻，繼續加入消泡劑、增稠劑、流平劑混合，混合後的物料經砂磨機研磨，得到改性水性丙烯酸酯塗料；其中，各組分用量比以重量份計分別為：丙烯酸酯乳液70份、明膠/苦參總生物鹼複合物9份、消泡劑3份、增稠劑1.6份、流平劑2.5份。
實施例5
一種基於明膠/苦參總生物鹼複合物改性的水性丙烯酸酯塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將明膠和去離子水混合加熱攪拌至固體溶解得到明膠水溶液；將苦參總生物鹼和去離子水混合攪拌至固體溶解，製得苦參總生物鹼溶液；其中，明膠與去離子水的質量比為1:15，苦參總生物鹼與去離子水的質量比為1：20；
(2)將明膠水溶液保持60-70℃，然後向明膠水溶液中滴加苦參總生物鹼溶液，滴加完畢後，恆溫攪拌4h，攪拌結束後低溫靜置，然後高溫烘乾，製得明膠/苦參總生物鹼複合物；其中，明膠水溶液與苦參總生物鹼溶液的質量比為5：3；苦參總生物鹼溶液的滴加速度為5ml/min；
(3)將單體和2/3去離子水混合攪拌均勻，製得單體溶液；將乳化劑和1/3去離子水混合攪拌，製得乳化劑溶液；將單體溶液加入到反應釜中，加熱至60-70℃，向反應釜中加入乳化劑溶液，攪拌30min，加入引發劑，加入完畢後，緩慢升溫至80-90℃，恆溫攪拌反應3.5h，反應結束後，冷卻至室溫，得到丙烯酸酯乳液；其中，單體為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸丁酯的混合物，質量比為3:2:0.5:3；單體、引發劑、乳化劑、去離子水的質量比為60：2.5：1.3：73；
(4)將上述製得的丙烯酸酯乳液、明膠/苦參總生物鹼複合物混合均勻，繼續加入消泡劑、增稠劑、流平劑混合，混合後的物料經砂磨機研磨，得到改性水性丙烯酸酯塗料；其中，各組分用量比以重量份計分別為：丙烯酸酯乳液75份、明膠/苦參總生物鹼複合物10份、消泡劑4.5份、增稠劑1.6份、流平劑3份。
將上述製得的塗料進行耐水性測試，25±5℃下，浸泡300h，塗膜表面不脫落、不起泡，耐水性能優異；耐酸鹼擦拭500次未脫落，附著力好，該塗料對大腸桿菌的殺菌率達99.3％以上，對於金黃葡萄球菌的殺菌率為98.9％以上。