一种具有软阻隔层的单组份自交联乳液、制备方法及应用与流程

文档序号:24824584 发布日期:2021-04-27 15:37
一种具有软阻隔层的单组份自交联乳液、制备方法及应用与流程

1.本发明涉及水性交联涂料领域,尤其涉及的是一种具有软阻隔层的单组份自交联乳液。


背景技术:

2.涂料领域,对于环保的要求越来越高,传统的有机溶剂涂料已经慢慢被淘汰,随之出现的是水性涂料。现有的水性涂料中,传统单组分乳胶漆虽然使用方便,但因其成膜不致密,导致涂膜耐水耐候等性能较差。为了解决这种问题,出现了双组份交联乳液。让涂料在涂刷面上发生交联反应,从而使涂膜的性能得到提高。但是这种方案必须要求在使用前按照比例调兑,调兑后交联反应就已经开始,在使用过程中会由于涂料的交联程度不同使涂膜的性能不均一。为解决这种问题,又开发出了失逸性交联产品,在有交联单体参与下合成乳液,聚合结束后将交联剂计量加入到乳液中,乳液或乳胶涂料在干燥过程中,由于水不断从涂膜中逸出,交联反应不断进行,这称之为失逸性交联。这种类型的乳液能够使涂料在运输过程中保持稳定。但是使用这种机理的涂料的成膜过程受到水分的影响,涂料涂覆后由于涂刷的先后顺序及干燥的程度不同,交联剂在涂膜中的分布就会产生差异,最终涂膜的成膜程度不一,从而使涂膜层的抗张强度、应力分布等等参数不均一,影响整个涂层的持久性和耐候性。总之,现有的双组份交联乳液和失逸性交联体系,自混合或涂装使用就已经启动交联反应,尽管通过各种手段控制交联的程度,但是都避免不了在使用过程中组分之间的交联,交联反应不可控,最终影响涂层的性能。
3.乳液成膜过程中的压缩聚结作用是指在水性漆的成膜过程中,漆面干燥成膜的最后阶段粒子之间相互挤压,再经过成膜助剂的软化溶解作用,粒子之间的界面消失形成连续均匀的膜的过程。本发明利用水性涂料成膜过程中粒子之间的压缩聚结作用来释放相互能够交联的单体,在此过程中产生交联反应,能够最大可能和最大限度的把交联反应的启动时机控制在涂料成膜的最后阶段,从而使涂膜的张力、应力等各种性能达到均匀统一,使材料本身的耐候性持久性得到最大发挥。由于阻隔层质地相对较软,在应用时成膜助剂用量很低,更加环保。


技术实现要素:

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供了一种具有软阻隔层的单组份自交联乳液、制备方法及应用。
5.本发明是通过以下技术方案实现的:一种具有软阻隔层的单组份自交联乳液,其特征在于:自交联乳液为三层核壳结构的丙烯酸酯乳液,丙烯酸酯乳液的乳胶粒具有三层核壳结构,由内向外分别是内核、软阻隔层和外壳;内核、软阻隔层和外壳占乳胶粒质量的42%~49%:2%~16%:42%~49%,内核使用的混合单体为组分a,外壳使用的混合单体为组分b,组分a和组分b中包含能够与对方发生交联反应的单体,软阻隔层使用的混合单体为组分c,组分c与组分a或组分b不发生交联反应;组分a包含甲基苯乙烯异氰酸酯、甲基丙
烯酸甲酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸环己酯,组分c包含丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸,组分b包含丙烯酸羟丙酯、丙烯醛羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸烷基酯,甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯;
6.丙烯酸烷基酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯的一种或几种。
7.作为对上述方案的进一步改进,组分a中甲基苯乙烯异氰酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸环己酯的质量百分含量为20%~50%、0~20%、0~80%、0~10%。
8.作为对上述方案的进一步改进,组分c中丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸的质量百分含量为20%~40%、10%~50%、10~50%、0~5%。
9.作为对上述方案的进一步改进,组分b中含丙烯酸羟丙酯、丙烯醛羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸烷基酯,甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯的质量百分含量为0%~50%、0~50%、0~50%、50%~90%、0~10%、0~15%。
10.本发明还提供一种上述具有软阻隔层的单组份自交联乳液的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
11.a.内核预乳液的配制:将乳化剂溶于去离子水中,搅拌均匀,加入组分a,搅拌10~40分钟,即得内核预乳液;
12.内核引发剂溶液的配制:将引发剂、碳酸氢钠加入去离子水中,搅拌使其溶解,即得内核引发剂溶液;
13.b.软阻隔层预乳液的配制:将乳化剂溶于去离子水中,搅拌均匀,加入组分c,搅拌10~40分钟,即得软阻隔层预乳液;
14.软阻隔层引发剂溶液的配制:将引发剂、碳酸氢钠加入去离子水中,搅拌使其溶解,即得软阻隔层引发剂溶液;
15.c.外壳预乳液的配制:将乳化剂溶于去离子水中,搅拌均匀,加入组分b,搅拌10~40分钟,即得外壳预乳液;
16.外壳引发剂溶液的配制:将引发剂、碳酸氢钠加入去离子水中,搅拌使其溶解,即得外壳引发剂溶液;
17.d.种子乳液的制备:将乳化剂、引发剂、碳酸氢钠加入到去离子水中,充分搅拌,加入1%~20%内核预乳液,缓慢升温至70℃~95℃,反应10~30分钟,出现明显的蓝色荧光现象,即得种子乳液;
18.e.内核聚合物乳液的制备:将剩余的内核预乳液和内核引发剂溶液滴加到d步骤的种子乳液中,滴加时间为1~3小时,滴加完毕后继续保温0.1~3小时,即得内核聚合物乳液;
19.f.软阻隔层聚合物乳液的制备:将软阻隔层预乳液和软阻隔层引发剂溶液滴加到e步骤的内核聚合物乳液中,滴加时间为1~3小时,滴加完毕后继续保温0.1~3小时,即得软阻隔层聚合物乳液;
20.g.三层核壳结构的丙烯酸酯乳液的制备:将外壳预乳液和外壳引发剂溶液滴加到f步骤的软阻隔层聚合物乳液中,滴加时间为1~3小时,滴加完毕后继续保温0.1~3小时,冷却,过滤出料,即得三层核壳结构的丙烯酸酯乳液;
21.的三层核壳结构的丙烯酸酯乳液所用单体以质量100%计,组分a、组分c、组分b质量比例分别为42%~49%:2%~16%:42%~49%;
22.本发明还提供一种使用上述自交联乳液的水性乳胶漆,其特征在于每1000kg乳胶漆中含有如下组分:
23.上述具有软阻隔层的单组份自交联乳液
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200~400kg;
24.分散剂4~6kg;
25.润湿剂
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0.5~2kg;
26.丙二醇
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10~15kg;
27.消泡剂
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2~4kg;
28.增稠剂
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3~13kg;
29.成膜助剂 0~20kg;
30.钛白粉
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100~200kg;
31.重钙
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200~300kg;
32.滑石粉
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25~75kg;
33.水余量。
34.作为对上述方案的进一步改进,增稠剂包括:
35.纤维素类增稠剂
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1~3kg;
36.heur增稠剂
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1~6kg;
37.hase增稠剂
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1~4kg。
38.作为对上述方案的进一步改进,成膜助剂为texnaol、tpnb或dpnb中的一种或几种。
39.本发明相比现有技术具有以下优点:采用软阻隔层将可发生交联的组分分隔于乳胶微粒的内核和外壳中,利用乳液成膜过程中的压缩聚结作用来启动交联反应,从而将交联反应的启动时机控制在相对统一的时间段内,通过这样的设计来控制交联反应的时机,从而保证涂料在涂刷后能够形成性能均一的涂膜;涂层在干燥最后的阶段才发生交联,能够最大限度的发挥其阻隔保护的作用。应用中成膜助剂用量很少,更加环保。同无交联机制的热塑性聚合物相比,本方案形成的涂膜致密性大幅增加。同普通的双组份交联体系相比,本方案不会发生在两种组分混合的瞬间就开始交联,施涂于物体表面的涂层性能不一致,往往越往后性能越差的情况,交联反应在干燥成膜的最后阶段才开始,涂膜性能的一致性、均匀性很高。
具体实施方式
40.下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
41.实施例1
42.一种具有软阻隔层的单组份自交联乳液,其特征在于:自交联乳液为三层核壳结构的丙烯酸酯乳液,丙烯酸酯乳液的乳胶粒具有三层核壳结构,由内向外分别是内核、软阻隔层和外壳;内核、软阻隔层和外壳占乳胶粒质量的42%:16%:42%,内核使用的混合单体
为组分a,外壳使用的混合单体为组分b,组分a和组分b中包含能够与对方发生交联反应的单体,软阻隔层使用的混合单体为组分c,组分c与组分a或组分b不发生交联反应;组分a包含甲基苯乙烯异氰酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸环己酯,组分c包含丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸,组分b包含丙烯酸羟丙酯、丙烯醛羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸烷基酯,甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯;
43.丙烯酸烷基酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯的一种或几种。
44.组分a中甲基苯乙烯异氰酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸环己酯的质量百分含量为50%、20%、20%、10%。
45.组分c中丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸的质量百分含量为40%、10%、45%、5%。
46.组分b中含丙烯酸羟丙酯、丙烯醛羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸烷基酯,甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯的质量百分含量为20%、15%、15%、35%、10%、5%。
47.失逸性交联是将可发生交联反应的组分分布于水溶液中,利用反应平衡的原理来控制。而本方案是将可发生交联反应的组分同时设置于乳胶粒上,并通过设置软阻隔层的方式进行阻隔,来控制发生交联反应的时机。使其在运输、储存、涂刷成膜阶段之前能够保持相互隔离,争取在成膜干燥的最后阶段在同一时间段发生交联反应。
48.储存和运输过程中,乳胶粒中的软阻隔层使内核与外壳之间相隔离,从而阻止交联反应,由于软阻隔层中丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯这类软单体的含量高,软阻隔层的玻璃化温度较很低,乳液成膜过程中乳胶粒子之间的压缩聚结作用,容易使得软阻隔层破裂,使内核与外壳中能够交联的组分相接触,从而开启交联反应。交联反应在干燥成膜的最后阶段才开始,能够保证成膜后性能的均一性较高。在此过程中依靠的是压缩聚结作用的挤压力来破坏软阻隔层,从而启动交联。在实际应用中,成膜助剂往往加少量用于软化外壳促进溶解。
49.实施例2
50.一种具有软阻隔层的单组份自交联乳液,其特征在于:自交联乳液为三层核壳结构的丙烯酸酯乳液,丙烯酸酯乳液的乳胶粒具有三层核壳结构,由内向外分别是内核、软阻隔层和外壳;内核、软阻隔层和外壳占乳胶粒质量的45%:10%:45%,内核使用的混合单体为组分a,外壳使用的混合单体为组分b,组分a和组分b中包含能够与对方发生交联反应的单体,软阻隔层使用的混合单体为组分c,组分c与组分a或组分b不发生交联反应;组分a包含甲基苯乙烯异氰酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸环己酯,组分c包含丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸,组分b包含丙烯酸羟丙酯、丙烯醛羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸烷基酯,甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯;
51.丙烯酸烷基酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯的一种或几种。
52.组分a中甲基苯乙烯异氰酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸环己酯的质量百分含量为20%、0、70%、10%。
53.组分c中丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸的质量百分含量为20%、40%、40%、0%。
54.组分b中含丙烯酸羟丙酯、丙烯醛羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸烷基酯,甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯的质量百分含量为0%、0%、20%、65%、5%、10%。
55.失逸性交联是将可发生交联反应的组分分布于水溶液中,利用反应平衡的原理来控制。而本方案是将可发生交联反应的组分同时设置于乳胶粒上,并通过设置软阻隔层的方式进行阻隔,来控制发生交联反应的时机。使其在运输、储存、涂刷成膜阶段之前能够保持相互隔离,争取在成膜干燥的最后阶段在同一时间段发生交联反应。
56.储存和运输过程中,乳胶粒中的软阻隔层使内核与外壳之间相隔离,从而阻止交联反应,由于软阻隔层中丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯这类软单体的含量高,软阻隔层的玻璃化温度较很低,乳液成膜过程中乳胶粒子之间的压缩聚结作用,容易使得软阻隔层破裂,使内核与外壳中能够交联的组分相接触,从而开启交联反应。交联反应在干燥成膜的最后阶段才开始,能够保证成膜后性能的均一性较高。在此过程中依靠的是压缩聚结作用的挤压力来破坏软阻隔层,从而启动交联。在实际应用中,成膜助剂往往加少量用于软化外壳促进溶解。
57.实施例3
58.一种具有软阻隔层的单组份自交联乳液,其特征在于:自交联乳液为三层核壳结构的丙烯酸酯乳液,丙烯酸酯乳液的乳胶粒具有三层核壳结构,由内向外分别是内核、软阻隔层和外壳;内核、软阻隔层和外壳占乳胶粒质量的49%:2%:49%,内核使用的混合单体为组分a,外壳使用的混合单体为组分b,组分a和组分b中包含能够与对方发生交联反应的单体,软阻隔层使用的混合单体为组分c,组分c与组分a或组分b不发生交联反应;组分a包含甲基苯乙烯异氰酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸环己酯,组分c包含丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸,组分b包含丙烯酸羟丙酯、丙烯醛羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸烷基酯,甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯;
59.丙烯酸烷基酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯的一种或几种。
60.组分a中甲基苯乙烯异氰酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸环己酯的质量百分含量为35%、10%、50%、5%。
61.组分c中丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸的质量百分含量为30%、35%、30%、5%。
62.组分b中含丙烯酸羟丙酯、丙烯醛羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸烷基酯,甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯的质量百分含量为10%、15%、10%、50%、0、15%。
63.失逸性交联是将可发生交联反应的组分分布于水溶液中,利用反应平衡的原理来控制。而本方案是将可发生交联反应的组分同时设置于乳胶粒上,并通过设置软阻隔层的方式进行阻隔,来控制发生交联反应的时机。使其在运输、储存、涂刷成膜阶段之前能够保持相互隔离,争取在成膜干燥的最后阶段在同一时间段发生交联反应。
64.储存和运输过程中,乳胶粒中的软阻隔层使内核与外壳之间相隔离,从而阻止交联反应,由于软阻隔层中丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯这类软单体的含量高,软阻隔层的玻璃化温度较很低,乳液成膜过程中乳胶粒子之间的压缩聚结作用,容易使得软阻隔层破裂,使内核与外壳中能够交联的组分相接触,从而开启交联反应。交联反应在干燥成膜的最后阶段才开始,能够保证成膜后性能的均一性较高。在此过程中依靠的是压缩聚结作用的挤压
力来破坏软阻隔层,从而启动交联。在实际应用中,成膜助剂往往加少量用于软化外壳促进溶解。
65.实施例4
66.一种具有软阻隔层的单组份自交联乳液的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
67.a.内核预乳液的配制:将乳化剂溶于去离子水中,搅拌均匀,加入组分a,搅拌10~40分钟,即得内核预乳液;
68.内核引发剂溶液的配制:将引发剂、碳酸氢钠加入去离子水中,搅拌使其溶解,即得内核引发剂溶液;
69.b.软阻隔层预乳液的配制:将乳化剂溶于去离子水中,搅拌均匀,加入组分c,搅拌10~40分钟,即得软阻隔层预乳液;
70.软阻隔层引发剂溶液的配制:将引发剂、碳酸氢钠加入去离子水中,搅拌使其溶解,即得软阻隔层引发剂溶液;
71.c.外壳预乳液的配制:将乳化剂溶于去离子水中,搅拌均匀,加入组分b,搅拌10~40分钟,即得外壳预乳液;
72.外壳引发剂溶液的配制:将引发剂、碳酸氢钠加入去离子水中,搅拌使其溶解,即得外壳引发剂溶液;
73.d.种子乳液的制备:将乳化剂、引发剂、碳酸氢钠加入到去离子水中,充分搅拌,加入1%~20%内核预乳液,缓慢升温至70℃~95℃,反应10~30分钟,出现明显的蓝色荧光现象,即得种子乳液;
74.e.内核聚合物乳液的制备:将剩余的内核预乳液和内核引发剂溶液滴加到d步骤的种子乳液中,滴加时间为1~3小时,滴加完毕后继续保温0.1~3小时,即得内核聚合物乳液;
75.f.软阻隔层聚合物乳液的制备:将软阻隔层预乳液和软阻隔层引发剂溶液滴加到e步骤的内核聚合物乳液中,滴加时间为1~3小时,滴加完毕后继续保温0.1~3小时,即得软阻隔层聚合物乳液;
76.g.三层核壳结构的丙烯酸酯乳液的制备:将外壳预乳液和外壳引发剂溶液滴加到f步骤的软阻隔层聚合物乳液中,滴加时间为1~3小时,滴加完毕后继续保温0.1~3小时,冷却,过滤出料,即得三层核壳结构的丙烯酸酯乳液;
77.的三层核壳结构的丙烯酸酯乳液所用单体以质量100%计,组分a、组分c、组分b质量比例分别为42%~49%:2%~16%:42%~49%;
78.实施例5
79.一种使用自交联乳液的水性乳胶漆,其特征在于每1000kg乳胶漆中含有如下组分:
80.[0081][0082]
增稠剂包括:
[0083]
纤维素类增稠剂
ꢀꢀꢀ
3kg;
[0084]
heur增稠剂
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6kg;
[0085]
hase增稠剂
ꢀꢀꢀꢀ
4kg。
[0086]
成膜助剂为tpnb。
[0087]
实施例6
[0088]
一种使用自交联乳液的水性乳胶漆,其特征在于每1000kg乳胶漆中含有如下组分:
[0089]
增稠剂包括:
[0090]
纤维素类增稠剂
ꢀꢀꢀ
kg;
[0091]
heur增稠剂
ꢀꢀꢀꢀ
1kg;
[0092]
hase增稠剂
ꢀꢀꢀꢀ
1kg。
[0093]
成膜助剂为dpnb。
[0094]
实施例7
[0095]
一种使用自交联乳液的水性乳胶漆,其特征在于每1000kg乳胶漆中含有如下组分:
[0096][0097]
增稠剂包括:
[0098]
纤维素类增稠剂
ꢀꢀꢀ
3kg;
[0099]
heur增稠剂
ꢀꢀꢀꢀ
2kg;
[0100]
hase增稠剂
ꢀꢀꢀꢀ
2kg。
[0101]
成膜助剂为texnaol和dpnb等比例混合物。
[0102]
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
再多了解一些
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