一种水性耐醇自交联纳米乳液及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种水性耐醇自交联纳米乳液及其制备方法和应用。

背景技术

丙烯酸乳液因价格低廉，保光保色、耐热老化和耐紫外老化性能好，现已成为第一大树脂涂料。丙烯酸酯共聚物为无定型聚合物，存在涂膜光泽度、硬度、丰满度、耐磨性、耐化学品性、抗划伤性能较差的问题。如何提高以丙烯酸酯共聚物乳液为成膜物质的水性塑胶漆的涂膜硬度、耐化学品等综合性能，是丙烯酸酯共聚乳液研发与合成的难题。

现有的丙烯酸乳液含有少量的小分子乳化剂，将其作为水性塑胶漆的成膜物质，会导致漆膜性能下降。小分子乳化剂在乳液合成中起到了稳定乳液微粒子的作用，但是乳液成膜后小芬至会漂浮在漆膜表面，导致漆膜耐醇性能下降。此外，乳液玻璃化温度也是影响漆膜耐醇性能的一项重要因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水性耐醇自交联纳米乳液，采用的碱溶性大分子稳定剂作为乳液的乳化剂，有效提高了漆膜的耐醇性能，避免了漆膜被乙醇溶解导致失光的问题。

本发明自交联纳米乳液的制备方法，采用了双重自交联技术和高玻璃化温度的合成技术，制得的乳液粒径小且分布均匀，表干速度快，固化性能好，漆膜硬度高，基材附着力好。

将本发明自交联纳米乳液应用于水性塑胶漆中，可提高漆膜的耐酒精擦拭性能和抗刮耐磨性能。

本发明的技术方案如下：

一种水性耐醇自交联纳米乳液，包括以下按质量百分比计算的组分：碱溶性大分子稳定剂10-20％、过硫酸钠0.1-0.5％、乙烯基不饱和羧酸0.3-0.9％、甲基丙烯酸酯1-10％、苯乙烯8-15％、交联单体0.1-2.5％、氨水1-5％、纳米二氧化硅液体0.5-2.5％以及余量的水；所述碱溶性大分子稳定剂为碱溶性固体树脂。

进一步的，所述碱溶性固体树脂为巴斯夫的J-678、J-60L、J-670中的至少一种。

进一步的，所述乙烯基不饱和羧酸包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸中的至少一种。

进一步的，所述甲基丙烯酸酯包括甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸辛酯中的至少一种。

进一步的，所述交联单体为交联单体A、交联单体B、交联单体C中的至少一种。

进一步的，所述交联单体为交联单体A 0.3-1％、交联单体B 0.3-1％和交联单体C0.1-0.3％。

进一步的，所述交联单体A包括双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙酰乙酸甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一种。

进一步的，所述交联单体B包括己二酸二肼、碳酸二酰肼、草酸二酰肼、丁二酸二酰肼中的至少一种。

进一步的，所述交联单体C包括羟甲基丙烯酸酰胺、异丁氧基丙烯酰胺、N-丁氧基丙烯酰胺中的至少一种。

进一步的，还包括丙烯酸酯1-5％。

进一步的，所述丙烯酸酯包括丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸辛酯中的至少一种。

一种权利要求所述的水性耐醇自交联纳米乳液的制备方法，包括以下步骤：

S1.将甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯乙烯、交联单体A和交联单体C混合均匀，制得单体混合物；

S2.将过硫酸钠溶解于水中，制得浓度为1-5％的引发剂溶液；

S3.将水升温至80-90℃，加入碱溶性大分子稳定剂和氨水，其中，碱溶性大分子稳定剂与水的质量比为3-6：100；搅拌至碱溶性大分子稳定剂完全溶解后，滴加所述单体混合物和所述引发剂溶液，控制在1-4h滴加完毕，保温1-2h；

S3.降温至40℃以下，加入浓度为20-30％的交联单体B水溶液，搅拌30-60min，加入纳米二氧化硅液体，搅拌15-30min，过筛后即得自交联纳米乳液。

一种水性塑胶漆，包括以下按质量份数计算的组分：权利要求1所述的水性耐醇自交联纳米乳液80-100份、二丙二醇丁醚5-10份、二丙二醇甲醚1-3份、硬质酸锌1-5份、助剂0.1-3份、水10-20份。

进一步的，所述助剂包括润湿剂、流平剂、增稠剂、消泡剂、防腐剂、分散剂、抗划伤剂中的至少一种。

进一步的，所述助剂为润湿剂0.1-0.3份、流平剂0.1-0.3份、增稠剂0.1-0.3份、消泡剂0.01-0.1份、防腐剂0.01-0.1份、分散剂0.1-0.3份和抗划伤剂1-2.5份。

本发明具有如下有益效果：

本发明选用碱溶性大分子稳定剂作为乳液聚合的乳化剂，有效避免了乳化剂被酒精溶解而导致的漆膜失光现象，大大提高了漆膜的耐醇性能。选用多种交联单体可提高漆膜在低温固化时，漆膜的交联速度和交联密度，从而提高了漆膜的致密性、硬度、耐化学品性能和抗刮耐磨性能，固化后的漆膜硬度可达到2-5H，耐酒精摩擦250次以上。选用的纳米二氧化硅液体在漆膜形成的过程中可漂浮于漆膜表面，提高漆膜表面爽滑手感，同时可起到抗刮耐磨的作用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。

实施例

下表为本发明水性耐醇自交联纳米乳液5个实施例的配方表(单位：％)。

一种权利要求所述的水性耐醇自交联纳米乳液实施例的制备方法，包括以下步骤：

S1.将甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯乙烯、交联单体A和交联单体C混合均匀，制得单体混合物；

S2.将过硫酸钠和叔丁基过氧化氢溶解于水中，制得浓度为1-5％的引发剂溶液；

S3.将水升温至80-90℃，加入碱溶性大分子稳定剂和氨水，其中，碱溶性大分子稳定剂与水的质量比为3-6：100；搅拌至碱溶性大分子稳定剂完全溶解后，滴加所述单体混合物和所述引发剂溶液，控制在1-4h滴加完毕，保温1-2h；

S3.降温至40℃以下，加入浓度为20-30％的交联单体C水溶液，搅拌30-60min，加入纳米二氧化硅液体，搅拌15-30min，过筛后即得自交联纳米乳液。

对比例

下表为本发明水性耐醇自交联纳米乳液5个对比例的配方表(单位：％)。

一种权利要求所述的水性耐醇自交联纳米乳液对比例的制备方法，包括以下步骤：

S1.将甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯乙烯、交联单体A和交联单体C混合均匀，制得单体混合物；

S2.将过硫酸钠和叔丁基过氧化氢溶解于水中，制得浓度为1-5％的引发剂溶液；

S3.将水升温至80-90℃，加入碱溶性大分子稳定剂或十二烷基硫酸钠、氨水，其中，碱溶性大分子稳定剂或十二烷基硫酸钠与水的质量比为3-6：100；搅拌至碱溶性大分子稳定剂或十二烷基硫酸钠完全溶解后，滴加所述单体混合物和所述引发剂溶液，控制在1-4h滴加完毕，保温1-2h；

S3.降温至40℃以下，加入浓度为20-30％的交联单体B水溶液，搅拌30-60min，加入纳米二氧化硅液体，搅拌15-30min，过筛后即得自交联纳米乳液。

一、乳液和涂膜性能

测试本发明水性耐醇自交联纳米乳液实施例1-5和对比例1-5乳液和涂膜的性能，测试结果见表1-2。

表1

表2

可见，本发明乳液粒径小且均一，乳液外观透亮，涂膜干燥速度快，具有良好的附着力、耐醇擦拭性、涂膜硬度高达2H-5H，抗划伤性好。

二、纳米二氧化硅液体的影响

将本发明耐醇自交联纳米乳液实施例2中添加量作为变量，测试该乳液成膜之后的耐醇擦拭和抗划伤性，测试结果见下表。

从上表可以看出，在实施例2中添加过量的纳米二氧化硅液体，涂膜的耐酒精擦拭次数逐渐提高，但是当添加到1.5％后，耐酒精擦拭次数变化不大。同时添加了纳米二氧化硅液体的乳液均具有良好的抗划伤性能。可见，纳米二氧化硅液体的添加可提高乳液的耐酒精性能和抗刮耐磨性能。

三、乳液的玻璃化温度对漆膜耐醇擦拭和抗划伤的影响

将本发明实施例1中单体的玻璃化温度作为单一变量，测试乳液TG对漆膜的影响，测试结果见下表。

从上表可以看出，乳液的玻璃化温度高低对漆膜的耐醇擦拭有很大的影响，随着乳液TG从10℃升高到60℃，耐酒精擦拭的次数明显提高，漆膜的抗划伤和硬度都有所提高。玻璃化温度的升高，涂膜附着力不会随之下降，是因为玻璃化温度提高，交联剂密度增大，对底材附着力也增强。

本发明乳液采用的碱溶性大分子稳定剂作为乳液的乳化剂，有效提高了漆膜的耐醇性能，避免了漆膜被乙醇溶解导致失光的问题。