用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液及其制备方法。

背景技术

水性木器漆采用丙烯酸酯类乳液来制作，所得的涂料以无毒、不燃、施工方便安全、干燥快等受到越来越多的重视。但是很多情况下存在各种各样的问题，其中比较难解决的问题是要同时作到比较高的通透性和比较好的硬度。往往是为了兼顾木器漆通透性，不得不把固含量作得很低(比如<35％)来达到粒径小和高通透性，但固含量太低带来了成品漆的固含量低，覆盖力弱，不得不增加施工道数，还有也带来了增稠和调节流变性能的困难等等诸多问题。对于硬度往往是通过提高Tg来达到,但是一味提高Tg并非很有效，Tg太高，其最低成膜温度MFFT也提高了，变成要加大成膜助剂的用量，也会出现VOC超标的问题。所有这些问题都影响到水性木器漆被广泛接受。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液及其制备方法，解决丙烯酸酯乳液通透性低、.硬度低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面：

一种用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液，按质量份计，包括

水500～650份

乳化剂5～15份

硅溶胶5～20份

交联单体10～30份

甲基丙烯酸5～25份

甲基丙烯酸甲酯200～300份

甲基丙烯酸丁酯30～60份

丙烯酸丁酯80～120份

苯乙烯10～50份

引发剂0.5～2份

氧化剂0.5～2份

还原剂0.5～2份

十二烷基硫醇2～6份

氨水15～25份

交联剂5～15份。

进一步的，所述乳化剂为SR-10。

进一步的，所述交联单体为DAAM。

进一步的，所述引发剂为过硫酸铵。

进一步的，所述还原剂为FF6M。

进一步的，所述交联剂为AADH。

另一方面

一种制备上述用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤S01，第一阶段微乳液聚合，把乳化剂、硅溶胶、水、加入到反应瓶中，通氮气保护，搅拌溶解并升温到预定的目标温度值75～85℃；

步骤S02，配制两份单体：

第一单体瓶配制硬核单体预乳液：包括乳化剂、水、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、十二烷基硫醇；

第二单体瓶中配制壳单体：包括苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、交联单体；

配置两份引发剂水溶液：第一份引发剂水溶液和第二引发剂水溶液；

步骤S03，在预定温度75～85℃下，量取3～10％的硬核单体预乳液加入反应瓶，然后加入第一份引发剂水溶液；体系将在几分钟内出现反应，体系温度自行；

步骤S04，到初始放热峰过后，开始滴加剩余的硬核单体混合物和第二份引发剂水溶液，滴加时间75～85分钟，滴料期间控制反应温度在目标温度值80～85℃范围内；

第一阶段滴加完成后，保持温度在80～85℃；

步骤S05，加入氨水中和至乳液透明状，然后于80～85℃保温1～2小时；

步骤S06，第二阶段的乳液聚合：先降温至45～50℃加入一部分的壳单体，保温15～25分钟后，先加入叔丁基过氧化氢、水，然后加入FF6M和水，反应升温到60～70℃，保温15～25分钟；

步骤S07，继续降温45～50℃，加入剩余的壳单体采保温15～25分钟后，先加入叔丁基过氧化氢、水，然后加入FF6M和水，反应升温到60～70℃，保温15～25分钟，加入交联剂和水，保温15～25分钟；

步骤S08，降温到40℃以下，然后过滤得到产品。

本发明的有益效果是：

1)本发明首先采用核壳法来实施，核单体的聚合是采用微乳液聚合技术来生产粒径比较细的聚合物核粒子，确保最终产品的粒径比较细，才能使产品的通透性比较高。

(2)本发明的采用的核壳法中，其中第一阶段核部份单体是设计成Tg比较高的，在60～80℃范围，在硬核种子中加入硅溶胶进一步提高硬度。

(3)本发明的核壳结构中的壳单体中含有可室温自交联的功能单体双丙酮醇丙烯酰胺(DAAM)，在成膜过程中随着水分的挥发和粒子的紧密排列接触后，DAAM就与产品中后添加的己二酸二酰肼(AADH)进行室温自交联反应，大大提高了漆膜的物理性能和耐化学性能；制备的乳液具有比较高通透性和硬度。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

一种用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液，按质量份计，包括

水500～650份

乳化剂5～15份；反应型乳化剂提高耐水性；

硅溶胶5～20份；提高硬度和光泽；

交联单体10～30份；增加交联密度提高涂膜物理化学性能；

甲基丙烯酸5～25份；提高交联密度；

甲基丙烯酸甲酯200～300份；硬单体；

甲基丙烯酸丁酯30～60份；作为硬单体；

丙烯酸丁酯80～120份；作为软单体；

苯乙烯10～50份；作为硬单体；

引发剂0.5～2份；作为聚合反应催化剂；

氧化剂0.5～2份；作为聚合反应催化剂；

还原剂0.5～2份；作为聚合反应催化剂；

十二烷基硫醇2～6份；作为分子量调节剂；

氨水15～25份；用与酸中和；

交联剂5～15份；增加交联密度提高涂膜物理化学性能；

具体的，本实施例中，乳化剂为反应型乳化剂SR-10；所述交联单体为DAAM；所述引发剂为过硫酸铵；所述还原剂为FF6M；所述交联剂为AADH。

根据上述乳液配方，以下具体列举四个实施例参见下表1

表1上述四个乳液配方的测试性能参见下表2

一种制备实施例一中用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤S01，第一阶段微乳液聚合，把2克乳化剂、20克硅溶胶、300克水、加入到反应瓶中，通氮气保护，搅拌溶解并升温到预定的目标温度值75～85℃；

步骤S02，配制两份单体：

第一单体瓶配制硬核单体预乳液：包括3克乳化剂、100克水、200克甲基丙烯酸甲酯、30克甲基丙烯酸丁酯、15克甲基丙烯酸、2克十二烷基硫醇；

第二单体瓶中配制壳单体：包括10克苯乙烯、80克丙烯酸丁酯、100克甲基丙烯酸甲酯、30克交联单体；

配置两份引发剂水溶液：第一份引发剂水溶液和第二引发剂水溶液；

第一份引发剂水溶液包括10克水和0.2克过硫酸铵；

第二引发剂水溶液包括30克水和0.3克过硫酸铵；

步骤S03，在预定温度75～85℃下，量取5％的硬核单体预乳液加入反应瓶，然后加入第一份引发剂水溶液；体系将在几分钟内出现反应，体系温度自行；

步骤S04，到初始放热峰过后，开始滴加剩余的硬核单体混合物和第二份引发剂水溶液，滴加时间80分钟，滴料期间控制反应温度在目标温度值80～85℃范围内；

第一阶段滴加完成后，保持温度在80～85℃值30分钟；

步骤S05，加入15克氨水中和至乳液透明状，然后于80～85℃保温1～2小时；

步骤S06，第二阶段的乳液聚合：先降温至45～50℃加入一半的壳单体，保温20分钟后，先加入0.2克叔丁基过氧化氢、5克水，然后加入0.2克FF6M和10克水，反应升温到65℃，保温20分钟；

步骤S07，继续降温45～50℃，加入剩余的壳单体采保温20分钟后，先加入0.3克叔丁基过氧化氢、5克水，然后加入0.3克FF6M和20克水，反应升温到65℃，保温20分钟，加入15克交联剂和20克水，保温20分钟；

步骤S08，降温到40℃以下，然后过滤得到产品。

一种制备实施例二中用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤S01，第一阶段微乳液聚合，把5克乳化剂、5克硅溶胶、400克水、加入到反应瓶中，通氮气保护，搅拌溶解并升温到预定的目标温度值75～85℃；

步骤S02，配制两份单体：

第一单体瓶配制硬核单体预乳液：包括10克乳化剂、150克水、100克甲基丙烯酸甲酯、60克甲基丙烯酸丁酯、25克甲基丙烯酸、3克十二烷基硫醇；

第二单体瓶中配制壳单体：包括50克苯乙烯、120克丙烯酸丁酯、100克甲基丙烯酸甲酯、10克交联单体；

配置两份引发剂水溶液：第一份引发剂水溶液和第二引发剂水溶液；

第一份引发剂水溶液包括10克水和0.5克过硫酸铵；

第二引发剂水溶液包括30克水和1.5克过硫酸铵；

步骤S03，在预定温度75～85℃下，量取5％的硬核单体预乳液加入反应瓶，然后加入第一份引发剂水溶液；体系将在几分钟内出现反应，体系温度自行；

步骤S04，到初始放热峰过后，开始滴加剩余的硬核单体混合物和第二份引发剂水溶液，滴加时间80分钟，滴料期间控制反应温度在目标温度值80～85℃范围内；

第一阶段滴加完成后，保持温度在80～85℃值30分钟；

步骤S05，加入25克氨水中和至乳液透明状，然后于80～85℃保温1～2小时；

步骤S06，第二阶段的乳液聚合：先降温至45～50℃加入一半的壳单体，保温20分钟后，先加入1克叔丁基过氧化氢、5克水，然后加入1克FF6M和10克水，反应升温到65℃，保温20分钟；

步骤S07，继续降温45～50℃，加入剩余的壳单体采保温20分钟后，先加入1克叔丁基过氧化氢、5克水，然后加入1克FF6M和20克水，反应升温到65℃，保温20分钟，加入5克交联剂和20克水，保温20分钟；

步骤S08，降温到40℃以下，然后过滤得到产品。

一种制备实施例三中用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤S01，第一阶段微乳液聚合，把5克乳化剂、12克硅溶胶、300克水、加入到反应瓶中，通氮气保护，搅拌溶解并升温到预定的目标温度值75～85℃；

步骤S02，配制两份单体：

第一单体瓶配制硬核单体预乳液：包括5克乳化剂、150克水、150克甲基丙烯酸甲酯、40克甲基丙烯酸丁酯、18克甲基丙烯酸、5克十二烷基硫醇；

第二单体瓶中配制壳单体：包括25克苯乙烯、90克丙烯酸丁酯、100克甲基丙烯酸甲酯、15克交联单体；

配置两份引发剂水溶液：第一份引发剂水溶液和第二引发剂水溶液；

第一份引发剂水溶液包括10克水和0.4克过硫酸铵；

第二引发剂水溶液包括30克水和0.6克过硫酸铵；

步骤S03，在预定温度75～85℃下，量取5％的硬核单体预乳液加入反应瓶，然后加入第一份引发剂水溶液；体系将在几分钟内出现反应，体系温度自行；

步骤S04，到初始放热峰过后，开始滴加剩余的硬核单体混合物和第二份引发剂水溶液，滴加时间80分钟，滴料期间控制反应温度在目标温度值80～85℃范围内；

第一阶段滴加完成后，保持温度在80～85℃值30分钟；

步骤S05，加入18克氨水中和至乳液透明状，然后于80～85℃保温1～2小时；

步骤S06，第二阶段的乳液聚合：先降温至45～50℃加入一半的壳单体，保温20分钟后，先加入0.5克叔丁基过氧化氢、5份水，然后加入0.5克FF6M和10克水，反应升温到65℃，保温20分钟；

步骤S07，继续降温45～50℃，加入剩余的壳单体采保温20分钟后，先加入0.5克叔丁基过氧化氢、5克水，然后加入0.5克FF6M和20克水，反应升温到65℃，保温20分钟，加入8克交联剂和20克水，保温20分钟；

步骤S08，降温到40℃以下，然后过滤得到产品。

一种制备实施例四中用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤S01，第一阶段微乳液聚合，把5克乳化剂、10克硅溶胶、350克水、加入到反应瓶中，通氮气保护，搅拌溶解并升温到预定的目标温度值75～85℃；

步骤S02，配制两份单体：

第一单体瓶配制硬核单体预乳液：包括7克乳化剂、150克水、120克甲基丙烯酸甲酯、50克甲基丙烯酸丁酯、20克甲基丙烯酸、6克十二烷基硫醇；

第二单体瓶中配制壳单体：包括40克苯乙烯、100克丙烯酸丁酯、100克甲基丙烯酸甲酯、20克交联单体；

配置两份引发剂水溶液：第一份引发剂水溶液和第二引发剂水溶液；

第一份引发剂水溶液包括10克份水和0.5克过硫酸铵；

第二引发剂水溶液包括30克水和1克过硫酸铵；

步骤S03，在预定温度75～85℃下，量取5％的硬核单体预乳液加入反应瓶，然后加入第一份引发剂水溶液；体系将在几分钟内出现反应，体系温度自行；

步骤S04，到初始放热峰过后，开始滴加剩余的硬核单体混合物和第二份引发剂水溶液，滴加时间80分钟，滴料期间控制反应温度在目标温度值80～85℃范围内；

第一阶段滴加完成后，保持温度在80～85℃值30分钟；

步骤S05，加入18克氨水中和至乳液透明状，然后于80～85℃保温1～2小时；

步骤S06，第二阶段的乳液聚合：先降温至45～50℃加入一半的壳单体，保温20分钟后，先加入0.75克叔丁基过氧化氢、5克水，然后加入0.75克FF6M和10克水，反应升温到65℃，保温20分钟；

步骤S07，继续降温45～50℃，加入剩余的壳单体采保温20分钟后，先加入0.75克叔丁基过氧化氢、5克水，然后加入0.75克FF6M和20克水，反应升温到65℃，保温20分钟，加入10克交联剂和20克水，保温20分钟；

步骤S08，降温到40℃以下，然后过滤得到产品。

通过上述方法制备的用于水性木器漆的硅溶胶改性丙烯酸乳液，采用核壳法来实施，核单体的聚合是采用微乳液聚合技术来生产粒径比较细的聚合物核粒子，确保最终产品的粒径比较细，才能使产品的通透性比较高。

本发明的采用的核壳法中，其中第一阶段核部份单体是设计成Tg比较高的，在60～80℃范围，在硬核种子中加入硅溶胶进一步提高硬度。

本发明的核壳结构中的壳单体中含有可室温自交联的功能单体双丙酮醇丙烯酰胺(DAAM)，在成膜过程中随着水分的挥发和粒子的紧密排列接触后，DAAM就与产品中后添加的己二酸二酰肼(AADH)进行室温自交联反应，大大提高了漆膜的物理性能和耐化学性能；制备的乳液具有比较高通透性和硬度。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。