CN116970114B - 一种用于外墙涂料的醋叔乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于外墙涂料的醋叔乳液及其制备方法。该醋叔乳液由预乳化液和釜底液聚合反应得到，所述预乳化液包括以下重量份的单体组分：丙烯酸酯类软单体18‑22份、醋酸乙烯酯20‑30份、叔碳酸乙烯酯8‑12份、功能单体1‑3份、有机硅单体1‑3份，所述功能单体为亲水单体；所述预乳化液包括乳化剂一，所述乳化剂一由阴离子乳化剂和非离子乳化剂组成；所述釜底液包括乳化剂二，所述乳化剂二由反应型乳化剂和非离子乳化剂组成。本发明的醋叔乳液与底材相容性好，附着力好，具有较好的成漆稳定性，较好的防火性、耐水白性，较好的稀释稳定性，与碱性基材相容性好。

Description

一种用于外墙涂料的醋叔乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种用于外墙涂料的醋叔乳液及其制备方法。

背景技术

外墙涂料对建筑的养护和美化环境有举足轻重的作用。外墙涂料不断向水性化、高装饰性、高耐候性、环保性方向发展。现有技术中，市面上常见的外墙涂层材料，一般成漆稳定性较差，存在吸水泛白的问题，而且其膨胀系数较差，造成漆面开裂、鼓包等问题。另外，现有的涂层材料与基材的相容性差，防火效果不明显，附着力也不够理想。因此，急需要开发一种防火性好、耐水白性好、稳定性好、附着力强的涂层材料。

醋叔乳液是以醋酸乙烯酯通过叔碳酸乙烯酯的增塑改性，采用自交联技术聚合而成，由于具有良好的环保性、光泽，越来越成为装饰涂料首先成膜物质之一。醋酸乙烯酯成膜温度较低，能减少成膜助剂的添加量，可以降低涂料企业的生产成本。但与此同时，醋叔乳液在整体性能方面仍需改进，其在外墙涂料应用时，吸水泛白问题，膨胀系数差，与底材附着力差的问题需要改善。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决上述问题而提出一种用于外墙涂料的醋叔乳液及其制备方法，本发明的醋叔乳液与底材相容性好，附着力好，具有较好的成漆稳定性，较好的防火性、耐水白性，与碱性基材相容性好。

本发明的技术方案如下：

一种用于外墙涂料的醋叔乳液，由预乳化液和釜底液聚合反应得到，

所述预乳化液包括以下重量份的单体组分：丙烯酸酯类软单体18-22份、醋酸乙烯酯20-30份、叔碳酸乙烯酯8-12份、功能单体1-3份、有机硅单体1-3份，所述功能单体为亲水单体；

所述预乳化液包括乳化剂一，所述乳化剂一由阴离子乳化剂和非离子乳化剂组成；所述釜底液包括乳化剂二，所述乳化剂二由反应型乳化剂和非离子乳化剂组成。

本发明单体组分中，在丙烯酸酯类软单体、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯的基础上，引入了有机硅单体和亲水性的功能单体，有机硅单体与醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯等成分，通过偶联交互作用，提高乳液与底材的相容性，减少涂层与底材之间的界面张力，提高涂层的附着力和稳定性；亲水性功能单体与醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯等发生交联反应，亲水性功能单体在涂层中形成水溶性或水分散性的结构，增加涂层对水的抵抗力，减少涂层吸水引起的白化现象，提高了涂层的耐水白性。

作为本发明优选的技术方案，所述丙烯酸酯类软单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯中的一种或两者的混合。玻璃化转变温度在-20～-70℃的丙烯酸酯类软单体聚合物成膜后赋予乳液良好的弹性、柔软性、延展性。

作为本发明优选的技术方案，所述功能单体选自亲水单体丙烯酸与丙烯酰胺的混合物。优选地，所述丙烯酸与丙烯酰胺的重量比为1：1。亲水性单体有助于增加涂层对水的抵抗力，减少涂层吸水引起的白化现象，提高涂层耐水白性。

作为本发明优选的技术方案，所述有机硅单体选自乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的组合。例如，可以选自迈图公司生产的A171硅烷偶联剂、A174硅烷偶联剂、A187硅烷偶联剂等。有机硅单体作为交联剂，通过与醋叔乳液中的其他成分发生交联反应，增加涂层的强度，提高成漆的稳定性和耐久性。

作为本发明优选的技术方案，所述乳化剂一中，所述阴离子乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀磺酸盐、十二烷基二苯醚二磺酸钠、烯丙氧基羟丙基磺酸钠中的一种或几种的组合；进一步地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀磺酸盐为聚氧乙烯(EO)磺化脂肪醇得到的磺酸盐。例如，具体可以采用氰特公司的AEROSOL A-102乳液乳化剂；所述十二烷基二苯醚二磺酸钠可以为陶氏化学的DOWFAX 2A1乳化剂。

所述非离子乳化剂选自脂肪醇乙氧基化物型乳化剂。例如，可以选自科莱恩(Clariant)生产的型号为LCN287、LCN407和LCN118中一种或几种的乳化剂。

在具体实施过程，乳化剂一中，所述阴离子乳化剂的重量份为0.5-2份，所述非离子乳化剂的重量份为1-2份。

作为本发明优选的技术方案，所述乳化剂二中，所述反应型乳化剂选自烯丙氧基羟丙磺酸钠。进一步地，例如，可以采用索尔维型号为COPS-1乳化剂。

所述非离子乳化剂选自脂肪醇乙氧基化物型乳化剂。例如，可以选自科莱恩(Clariant)生产的型号为LCN287、LCN407和LCN118中一种或几种乳化剂。

在具体实施过程，乳化剂二中，所述反应型乳化剂的重量份为1-3份，所述非离子乳化剂的重量份为1-3份。

本发明乳化剂的选择对于制备得到性能合适的乳液具有关键作用，在预乳化液中使用阴离子乳化剂和非离子乳化剂对各单体进行乳化，有助于各单体的交互，提高聚合的充分性；反应釜底液中使用反应型乳化剂和非离子乳化剂，反应性非离子乳化剂的引入，使乳液在交联反应时更加充分，反应稳定性提高，而采用单一的乳化剂，实验失败风险增大，乳液易破乳，反应稳定性变差。采用这种乳化剂的搭配方式，制备得到的乳液稳定性高，膨胀系数好，应用时漆面不容易开裂、鼓包。

作为本发明优选的技术方案，所述预乳化液中包括引发剂一，所述釜底液中包括引发剂二，所述引发剂一与引发剂二选自过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中一种，引发剂的用量为本领域常规使用量。

一种用于外墙涂料的醋叔乳液的制备方法，包括以下步骤：

按配方准备各原料；本步骤可以另外准备或者在准备的过程中同时进行；

配置预乳化液：将水、乳化剂一、丙烯酸酯类软单体、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、功能单体、有机硅单体和引发剂一混合，搅拌均匀后，得预乳化液；

配置釜底液：将水、乳化剂二加入反应釜并搅拌均匀，升温至反应温度，再加入引发剂二，保持搅拌；

取预乳化液总质量的1-5％的预乳化液加入釜底液，反应釜内温度回升至反应温度后，开始匀速滴加剩余的预乳化液，滴加完成后，调pH值，即得到乳液。

作为本发明优选的技术方案，所述反应温度为70-75℃，步骤(4)中滴加反应总时间控制在3-5小时。

本发明制备工艺中，在预乳化液中，将各单体与乳化剂一以及引发剂一先进行充分的混合，在釜底液中，将乳化剂二与引发剂二进行了充分的混合，等到合适的反应时机(反应温度合适)，先取少部分预乳化液加入釜底液进行反应，生成粒径合适的种子乳液，待反应稳定后，匀速滴加剩余预乳化液进行稳定的聚合反应，最终制备得到性能合适的乳液。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下显著有益效果：

在以丙烯酸酯类软单体、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯为主的基础上，引入有机硅单体和亲水性功能单体，提高乳液与底材的相容性，减少涂层与底材之间的界面张力，提高涂层的附着力和稳定性，增加涂层对水的抵抗力，减少涂层吸水引起的白化现象，提高了涂层的耐水白性。

通过对乳化剂的筛选以及搭配，在预乳化液中使用阴离子乳化剂和非离子乳化剂对各单体进行充分乳化，反应釜底液中使用反应型乳化剂和非离子乳化剂，使乳液在交联反应时更充分，反应稳定性大大提高。并且在预乳化液中，将各单体与乳化剂一以及引发剂一先进行充分的混合，在釜底液中，将乳化剂二与引发剂二进行了充分的混合，取少部分预乳化液加入釜底液进行反应，生成粒径合适的种子乳液，待反应稳定后，匀速滴加剩余预乳化液进行稳定的聚合反应，最终制备得到性能优异的乳液，乳液的稳定性好。

本发明所得的乳液性能优异，乳液与底材相容性好，附着力好，较好的成漆稳定性，较好的防火性、耐水白性，较好的稀释稳定性，与碱性基材相容性好，满足外墙涂料的使用要求。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

一种用于外墙涂料的醋叔乳液的制备方法，具体包括以下步骤：

按表1配方准备各原料；

配置预乳化液：单体罐中加入水、乳化剂一，搅拌均匀后，加入丙烯酸酯类软单体、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、功能单体、有机硅单体和引发剂一，搅拌均匀后，得预乳化液。

配置釜底液：将水、乳化剂二加入反应釜并搅拌均匀，升温至约73℃，再加入引发剂二，保持搅拌；

取单体罐中约占预乳化液总质量的5％的预乳化液加入反应釜，等反应釜内温度回升73℃后，开始匀速滴加剩余的预乳化液，总滴加时间控制在4小时，滴加完成后，调pH值至3至调，即完成该乳液的制作。

表1

实施例2

一种用于外墙涂料的醋叔乳液的制备方法，具体包括以下步骤：

按表2配方准备各原料；

配置预乳化液：单体罐中加入水、乳化剂一，搅拌均匀后，加入丙烯酸酯类软单体、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、功能单体、有机硅单体和引发剂一，搅拌均匀后，得预乳化液。

配置釜底液：将水、乳化剂二加入反应釜并搅拌均匀，升温至72℃，再加入引发剂二，保持搅拌；

取单体罐中约占预乳化液总质量的4％的预乳化液加入反应釜，等反应釜内温度回升72℃后，开始匀速滴加剩余的预乳化液，总滴加时间控制在4小时，滴加完成后，调pH值至3至调，即完成该乳液的制作。

表2

实施例3

一种用于外墙涂料的醋叔乳液的制备方法，具体包括以下步骤：

按表3配方准备各原料；

配置预乳化液：单体罐中加入水、乳化剂一，搅拌均匀后，加入丙烯酸酯类软单体、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、功能单体、有机硅单体和引发剂一，搅拌均匀后，得预乳化液。

配置釜底液：将水、乳化剂二加入反应釜并搅拌均匀，升温至约75釜，再加入引发剂二，保持搅拌；

取单体罐中约占预乳化液总质量的5％的预乳化液加入反应釜，等反应釜内温度回升75乳后，开始匀速滴加剩余的预乳化液，总滴加时间控制在4小时，滴加完成后，调pH值至3至调，即完成该乳液的制作。

表3

实施例4

一种用于外墙涂料的醋叔乳液的制备方法，具体包括以下步骤：

按表4配方准备各原料；

配置预乳化液：单体罐中加入水、乳化剂一，搅拌均匀后，加入丙烯酸酯类软单体、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、功能单体、有机硅单体和引发剂一，搅拌均匀后，得预乳化液。

配置釜底液：将水、乳化剂二加入反应釜并搅拌均匀，升温至约70釜，再加入引发剂二，保持搅拌；

取单体罐中约占预乳化液总质量的3％的预乳化液加入反应釜，等反应釜内温度回升70℃后，开始匀速滴加剩余的预乳化液，总滴加时间控制在4小时，滴加完成后，调pH值至3至调，即完成该乳液的制作。

表4

对比例1

原料如表5所示，与实施例1相比，预乳化液中单体组分用量不同，丙烯酸丁酯21份、醋酸乙烯酯15份、叔碳酸乙烯酯15份，其余均与实施例1相同。

表5

对比例2

原料如表6所示，与实施例1相比，不添加有机硅单体，其余均与实施例1相同。

表6

对比例3

原料如表7所示，与实施例1相比，不添加功能单体，其余均与实施例1相同。

表7

对比例4

原料如表8所示，与实施例1相比，乳化剂一采用单一的乳化剂阴离子乳化剂，DOWFAX 2A1用量为2.5份，其余均与实施例1相同。

表8

对比例5

原料如表9所示，与实施例1相比，乳化剂二采用单一的乳化剂非离子乳化剂科莱恩LCN287，科莱恩LCN287用量为4份，其余均与实施例1相同。

表9

对比例6

市售RS-2212F醋叔乳液。

对比例7

市售科莱恩Mowilith DM230叔碳乳液。

产品性能测试

对本发明实施例及对比例的各乳液进行性能测试，具体如下。

成漆稳定性测试按照GB/T 9756-2018；

防火性、耐水白性、耐水性、膨胀系数测试按照GB14907-2018；

附着力测试按照GB/T 9286-1998。

测试结果详见表10。

表10

	成漆稳定性(50℃5d)	防火性	耐水白性	耐水性	附着力
						实施例1	80KU	1级	轻微蓝	好	1
实施例2	82KU	1级	轻微蓝	好	1
						实施例3	83KU	2级	蓝白	次好	1
实施例4	80KU	1级	微蓝	好	1
						对比例1	82KU	2级	微蓝	好	1
对比例2	80KU	2级	发白	差	2
						对比例3	78KU	2级	蓝白	次好	2
对比例4	85KU	1级	微蓝	好	1
						对比例5	80KU	1级	发白	差	1
对比例6	85KU	1级	蓝白	次好	1
						对比例7	80KU	2级	发白	差	1

通过表10可以看出，本发明实施例提供的乳液的性能要优于对比例，并优于市面上常见的醋叔乳液。

对比例1改变单体组分后，醋酸乙烯酯用量减少、叔碳酸乙烯酯用量增加，产品膨胀系数变差，防火性变差；对比例2不添加有机硅单体产品耐水变差，防火性变差，膨胀系数提高；对比例3不添加功能单体，产品粘度下降，耐水变差，附着力变差，防火性变差膨胀系数变差；对比例4乳化剂一采用单一的乳化剂阴离子乳化剂DOWFAX 2A1，储存稳定性变差；对比例5中乳化剂二采用单一的乳化剂非离子乳化剂科莱恩LCN287，耐水变差，附着力变差；对比例6储存稳定性差，耐水差；对比例7防火性，耐水差。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于外墙涂料的醋叔乳液，其特征在于：该醋叔乳液是由预乳化液和釜底液聚合反应得到；

所述预乳化液包括以下重量份的单体组分：丙烯酸酯类软单体18-22份、醋酸乙烯酯20-30份、叔碳酸乙烯酯8-12份、功能单体1-3份、有机硅单体1-3份；

所述功能单体为亲水单体，为重量比为1：1的丙烯酸与丙烯酰胺的混合物；

所述预乳化液还包括乳化剂一，所述乳化剂一由阴离子乳化剂和非离子乳化剂组成；

所述釜底液包括乳化剂二，所述乳化剂二由反应型乳化剂和非离子乳化剂组成；

所述阴离子乳化剂选自陶氏化学DOWFAX 2A1乳化剂或氰特公司的AEROSOL A-102乳液乳化剂；

所述非离子乳化剂选自科莱恩LCN287、科莱恩LCN118或科莱恩LCN407；

所述反应型乳化剂为索尔维COPS-1乳化剂；

所述醋叔乳液由以下方法制备得到：

配置预乳化液：将水、乳化剂一、丙烯酸酯类软单体、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、功能单体、有机硅单体和引发剂一混合，搅拌均匀后，得预乳化液；

配置釜底液：将水、乳化剂二加入反应釜并搅拌均匀，升温至反应温度，再加入引发剂二，保持搅拌；

取预乳化液总质量的1-5%的预乳化液加入釜底液，反应釜内温度回升至反应温度后，开始匀速滴加剩余的预乳化液，滴加完成后，调pH值，即得到乳液。

2.根据权利要求1所述的用于外墙涂料的醋叔乳液，其特征在于，所述丙烯酸酯类软单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯中的一种或两者的混合。

3.根据权利要求1所述的用于外墙涂料的醋叔乳液，其特征在于，所述有机硅单体选自乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-（2,3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的用于外墙涂料的醋叔乳液，其特征在于，所述预乳化液中包括引发剂一，所述釜底液中包括引发剂二，所述引发剂一与引发剂二选自过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中一种。

5.根据权利要求1所述的用于外墙涂料的醋叔乳液，其特征在于，所述反应温度为70-75℃。

6.根据权利要求1所述的用于外墙涂料的醋叔乳液，其特征在于，匀速滴加剩余的预乳化液时，滴加反应总时间控制在3-5小时。