CN109824817A - 一种疏水性丙烯酸水分散体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种疏水性丙烯酸水分散体及其制备方法，其原料包含的组分及其质量百分比为：含硅有机物0.5‑10%、含氟有机物0.5‑10%、有机溶剂1‑10%、丙烯酸丁酯6‑15%、甲基丙烯酸甲酯10‑30%、丙烯酸0.5‑5%、甲基丙烯酸0.5‑5%、甲基丙烯酸缩水甘油酯1‑6%、甲基丙烯酸三氟乙酯1‑6%、丙烯酸羟乙酯0.5‑3%、引发剂0.1‑5%、蒸馏水40‑60%。本发明的技术方案含硅、氟有机物与丙烯酸或丙烯酸酯单体通过聚合反应接到丙烯酸或丙烯酸酯上，从而提高丙烯酸水分散体涂膜的疏水性，并具有很好的表面硬度，采用有机溶剂量少，VOC低，色浅、耐候性好，分子量低。

Description

一种疏水性丙烯酸水分散体及其制备方法

技术领域

本发明属于化学技术领域，尤其涉及一种疏水性丙烯酸水分散体及其制备方法。

背景技术

目前，疏水性涂料因为其独特的疏水性而收到某些特定领域使用者的欢迎。但是针对丙烯酸类的涂料在疏水领域少见研究。现有公开专利CN101952326疏水性涂料、CN104193289B一种疏水性防护涂料及其制备方法、CN106905795A一种具有树莓状结构复合粒子的超疏水性涂料及其制备方法等存在着制备步骤繁琐、加工时间长、成本高，使用的有机溶剂多，另外突破的硬度、附着力仍显不足。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种疏水性丙烯酸水分散体及其制备方法，实验步骤简单，成膜性能好，硬度佳，同时具有较好的疏水性，有机溶剂使用少。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种疏水性丙烯酸水分散体的制备方法，其原料包含的组分及其质量百分比为：含硅有机物0.5％-10％、含氟有机物0.5％-10％、有机溶剂1％-10％、丙烯酸丁酯6％-15％、甲基丙烯酸甲酯10％-30％、丙烯酸0.5％-5％、甲基丙烯酸0.5％-5％、甲基丙烯酸缩水甘油酯1％-6％、甲基丙烯酸三氟乙酯1％-6％、丙烯酸羟乙酯0.5％-3％、引发剂0.1％-5％、蒸馏水40％-60％，上述物质的质量百分比之和为100％，制备方法包括以下步骤：

步骤S1，在反应容器中加入0.5％-10％的含硅有机物和1％-10％的有机溶剂，并加热至80-90℃，然后将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸羟乙酯和部分引发剂混合后滴入反应容器中，在2-3h滴加完，保温1-2h；进一步的，加热温度优选为85℃。

步骤S2，加入含氟有机物，补加剩下的引发剂，并保温2-3h，然后降温中和30min，降温至室温，在搅拌的条件下加入蒸馏水进行分散1-2h，得到丙烯酸水分散体。得到的分散体呈白色或淡黄色(类似乳液状)

采用此技术方案，使用的是含硅、氟有机物与丙烯酸或丙烯酸酯单体通过聚合反应接到丙烯酸或丙烯酸酯上，从而提高丙烯酸水分散体涂膜的疏水性。在使用时不需要用固化剂，其丙烯酸水分散体涂在基材上自固化，得到涂膜，可以在室温下固化，也可以在室温下表干后再在60-70℃下烘箱中处理3-5h，而且得到涂膜的附着力也较好，使用溶剂少。

而且实验步骤简单，原料易得，反应温度低，在80-90℃，有机溶剂使用量少，实验周期也相对较短。

作为本发明的进一步改进，含硅有机物、含氟有机物的总和占总用料用量的质量百分比4-10％。

作为本发明的进一步改进，所述有机溶剂的质量百分比为8-10％。

作为本发明的进一步改进，所述含硅有机物为硅烷偶联剂，进一步的，所述含硅有机物优选为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷。

作为本发明的进一步改进，所述含硅有机物为硅烷偶联剂KH-550。

进一步的，硅烷偶联剂KH-550的质量百分比为5％。

通过加入5％硅烷偶联剂(KH-550)，可以增加水接触角约10°，固化时间也相应缩短。

作为本发明的进一步改进，所述引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、叔丁基过氧化新戊酰中的一种或两种及以上的混合物。

进一步的，所述含氟有机物为全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯、三氟乙基丙烯酸酯。

作为本发明的进一步改进，所述有机溶剂为醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、异丙醇、丙二醇甲醚醋酸乙酯等酯类或醇类有机物。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，中和后pH为7～8。

本发明公开了一种疏水性丙烯酸水分散体，其采用如上任意一项所述的疏水性丙烯酸水分散体的制备方法制备得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

采用本发明的技术方案，得到的丙烯酸水分散体稳定，呈透明或半透明液体，涂到金属板得到平整光滑透明的涂膜；制得的丙烯酸水分散体涂膜的接触角可达到115°，并具有很好的表面硬度，采用有机溶剂量少，VOC低，色浅、耐候性好，分子量低。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

一种疏水性丙烯酸水分散体，其原料包含的组分及其质量百分比为：含硅有机物0.5％-10％、含氟有机物0.5％-10％、有机溶剂1％-10％、丙烯酸丁酯6％-15％、甲基丙烯酸甲酯10％-30％、丙烯酸0.5％-5％、甲基丙烯酸0.5％-5％、甲基丙烯酸缩水甘油酯1％-6％、甲基丙烯酸三氟乙酯1％-6％、丙烯酸羟乙酯0.5％-3％、引发剂0.1％-5％、蒸馏水40％-60％，上述物质的质量百分比之和为100％，制备方法包括以下步骤：

步骤S1，在反应容器中加入0.5％-10％的含硅有机物和1％-10％的有机溶剂，并加热至80-90℃，优选温度85℃，然后将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸羟乙酯和部分引发剂混合后滴入反应容器中，在2-3h滴加完，保温1-2h；其中，引发剂可以选择过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈或叔丁基过氧化新戊酰，其中引发剂可单独使用也可两两混合使用。

步骤S2，加入含氟有机物，补加剩下的引发剂，并保温2-3h，然后降温中和30min，pH为7～8。降温至室温，在搅拌的条件下加入蒸馏水进行分散1-2h，得到丙烯酸水分散体。搅拌的转速为1000rpm。

进一步的，其中含硅有机物、含氟有机物的总和占原料用量总量的质量百分比为4-10％。

进一步的，所述有机溶剂的质量百分比为8-10％。

进一步的，所述含硅有机物为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、硅烷偶联剂KH-550。所述含氟有机物为全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯或三氟乙基丙烯酸酯。

此技术方案中，采用含有双键的有机硅与丙烯酸或甲基丙烯酸及其酯类单体在引发剂存在下发生聚合反应；在得到的丙烯酸聚合物加入含氟有机物进一步反应，得到含氟、硅的丙烯酸聚合物；加入中和剂，使体系pH达到7～8，然后加入蒸馏水使聚合分散，得到丙烯酸水分散体。本发明的优点是，有机溶剂低、VOC低、色浅、耐候性好、分子量低；采用的溶剂少，并在使用较少是疏水性物质的情况下就能达到高的疏水性能，而且固化后的漆膜硬度高。

下面分别采用不同的实施例进行对比说明。

实施例1

一种疏水性丙烯酸水分散体，其原料包含的组分及其质量百分比为：含硅有机物2％、含氟有机物2％、有机溶剂8％、丙烯酸丁酯10％、甲基丙烯酸甲酯10％、丙烯酸3％、甲基丙烯酸3.4％、甲基丙烯酸缩水甘油酯1％、甲基丙烯酸三氟乙酯1％、丙烯酸羟乙酯0.5％、引发剂0.1％、蒸馏水60％，采用上述制备方法制备得到。所述有机溶剂可选择醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、异丙醇、丙二醇甲醚醋酸乙酯等酯类、醇类有机物。

实施例2

一种疏水性丙烯酸水分散体，其原料包含的组分及其质量百分比为：含硅有机物3％、含氟有机物3％、有机溶剂8％、丙烯酸丁酯10％、甲基丙烯酸甲酯10％、丙烯酸3％、甲基丙烯酸5％、甲基丙烯酸缩水甘油酯1％、甲基丙烯酸三氟乙酯1％、丙烯酸羟乙酯0.5％、引发剂0.5％、蒸馏水55％，采用上述制备方法制备得到。所述有机溶剂可选择醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、异丙醇、丙二醇甲醚醋酸乙酯等酯类、醇类有机物。

实施例3

一种疏水性丙烯酸水分散体，其原料包含的组分及其质量百分比为：含硅有机物3.5％、含氟有机物3.5％、有机溶剂10％、丙烯酸丁酯6％、甲基丙烯酸甲酯28％、丙烯酸1％、甲基丙烯酸1％、甲基丙烯酸缩水甘油酯1％、甲基丙烯酸三氟乙酯1％、丙烯酸羟乙酯0.5％、引发剂0.5％、蒸馏水43％，采用上述制备方法制备得到。所述有机溶剂可选择醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、异丙醇、丙二醇甲醚醋酸乙酯等酯类、醇类有机物。

实施例4

一种疏水性丙烯酸水分散体，其原料包含的组分及其质量百分比为：含硅有机物5％、含氟有机物5％、有机溶剂10％、丙烯酸丁酯15％、甲基丙烯酸甲酯15％、丙烯酸3％、甲基丙烯酸3％、甲基丙烯酸缩水甘油酯1％、甲基丙烯酸三氟乙酯1％、丙烯酸羟乙酯1％、引发剂1％、蒸馏水40％，采用上述制备方法制备得到。所述有机溶剂可选择醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、异丙醇、丙二醇甲醚醋酸乙酯等酯类、醇类有机物。

实施例5

一种疏水性丙烯酸水分散体，其原料包含的组分及其质量百分比为：含硅有机物3％、KH-550 5％、含氟有机物3％、有机溶剂8％、丙烯酸丁酯10％、甲基丙烯酸甲酯10％、丙烯酸3％、甲基丙烯酸5％、甲基丙烯酸缩水甘油酯1％、甲基丙烯酸三氟乙酯1％、丙烯酸羟乙酯0.5％、引发剂0.5％、蒸馏水50％，采用上述制备方法制备得到。所述有机溶剂可选择醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、异丙醇、丙二醇甲醚醋酸乙酯等酯类、醇类有机物。

对比例1

一种水性丙烯酸酯聚合物杂化材料，将7.0g功能性疏水纳米二氧化硅粒子和75mL正丁醇加入烧瓶中，升温至95℃，向烧瓶中匀速滴加3.0g甲基丙烯酸甲酯,2.0g苯乙烯，6.0g丙烯酸丁酯，2.0g丙烯酸，3.0g丙烯酸-2-羟乙酯和0.3g过氧化二苯甲酰，保温3h，减压蒸馏除去正丁醇，降温中和，加入25g去离子水乳化，得水性丙烯酸酯聚合物/无机纳米粒子杂化材料。

对比例2

一种水性丙烯酸酯聚合物杂化材料，将7.0g功能性疏水纳米二氧化硅和三氧化二铝混合粒子和70mL四氢呋喃加入烧瓶中，升温至90℃，向烧瓶中匀速滴加3.5g甲基丙烯酸甲酯,1.0g苯乙烯，4.0g丙烯酸丙酯，2.0g丙烯酸，1.5g甲基丙烯酸-2-羟丙酯和0.2g过氧化-2-乙基己酸叔丁酯，保温3h，减压蒸馏除去四氢呋喃，降温中和，加入23g去离子水乳化，得水性丙烯酸酯聚合物/无机纳米粒子杂化材料。

将实施例1～5得到的分散体涂在金属板上，固化得到较透明的涂膜，另外，丙烯酸水分散体稳定，涂到金属板得到平整光滑透明；用水滴角测量仪器测其接触角，实施例1～实施例5的水接触角在95°-115°范围，其他性能如表1所示。将对比例1～2进行性能测试，结果如表1所示。

表1疏水性物质含量对涂膜性能的影响

通过上述对比可见，采用本发明的技术方案，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)为主要单体，采用溶液聚合法，通过加入氟、硅单体来改变丙烯酸水分散体涂膜的疏水性，在解决反应步骤繁琐和加工时间长的基础上，在使用较少溶剂和疏水性物质的情况下就改善了疏水性能，并增加了涂膜的硬度。而对比例的方法需要使用更多的有机溶剂，不环保。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种疏水性丙烯酸水分散体的制备方法，其特征在于：其原料包含的组分及其质量百分比为：含硅有机物0.5%-10%、含氟有机物0.5%-10%、有机溶剂1%-10%、丙烯酸丁酯6%-15%、甲基丙烯酸甲酯10%-30%、丙烯酸0.5%-5%、甲基丙烯酸0.5%-5%、甲基丙烯酸缩水甘油酯1%-6%、甲基丙烯酸三氟乙酯1%-6%、丙烯酸羟乙酯0.5%-3%、引发剂0.1%-5%、蒸馏水40%-60%，上述物质的质量百分比之和为100%，制备方法包括以下步骤：

步骤S1，在反应容器中加入0.5%-10%的含硅有机物和1%-10%的有机溶剂，并加热至80-90℃，然后将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸羟乙酯和部分引发剂混合后滴入反应容器中，在2-3 h滴加完，保温1-2 h；

步骤S2，加入含氟有机物，补加剩下的引发剂，并保温2-3 h，然后降温中和30 min，降温至室温，在搅拌的条件下加入蒸馏水进行分散1-2 h，得到丙烯酸水分散体。

2.根据权利要求1所述的疏水性丙烯酸水分散体的制备方法，其特征在于：含硅有机物、含氟有机物的总和占总原料用量的质量百分比为4-10%。

3.根据权利要求2所述的疏水性丙烯酸水分散体的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂的质量百分比为8-10%。

4.根据权利要求2所述的疏水性丙烯酸水分散体的制备方法，其特征在于：所述含硅有机物为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷或硅烷偶联剂KH-550。

5.根据权利要求4所述的疏水性丙烯酸水分散体的制备方法，其特征在于：所述含氟有机物为全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯或三氟乙基丙烯酸酯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的疏水性丙烯酸水分散体的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、叔丁基过氧化新戊酰中的一种或两种以上的混合物；所述有机溶剂为醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、异丙醇、酯类或醇类有机溶剂。

7.根据权利要求1所述的疏水性丙烯酸水分散体的制备方法，其特征在于：步骤S2中，中和后pH为7～8。

8.一种疏水性丙烯酸水分散体，其特征在于：其采用如权利要求1~7任意一项所述的疏水性丙烯酸水分散体的制备方法制备得到。