本发明涉及一种水性涂料及其制备方法，特别涉及一种苯丙乳液及其制备方法，应用于涂料技术领域。
背景技术：
随着环保法规的强化，水性涂料正逐步取代传统的油性涂料，这不仅可以减少污染，改善操作和施工环境，而且可以降低成本，节省大量的有机溶剂，已成为涂料工业的发展方向之一。苯丙乳胶涂料是水性涂料的主要品种之一，在建筑物、轨道交通系统上得到广泛应用。而增稠剂是乳液型涂料及胶粘剂等的重要助剂之一，使用它后不仅能显著地提高聚合物乳液的表观粘度及触变性，而且还能改善施工性能，对填料的分散、防沉降以及降低成本等均能带来较好的效果。刚制备得到的苯丙乳液较稀，若不进行增稠处理则达不到涂料应用的要求，此外，苯丙乳液增稠是一个比较复杂的物理化学过程，其影响因素也是多方面的，如共聚系统中各单体的比例及加入方式、增稠剂的量、乳液的固体含量、体系的温度、pH等。
中国专利申请号为200810117667.4的专利文献公开了一种苯-丙乳液，涉及一种以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢、聚丙烯酸钠等为原料而制备得到的无毒、安全、防水的苯丙乳液，但原料中的叔丁基过氧化氢有毒且易燃，存在较大的危险性。中国专利申请号为201010531412.X的专利文献公开了一种专利带羧酸基团的苯丙乳液和苯丙乳液内墙涂料及其制备方法，公开了一种带羧酸基团的苯丙乳液，该乳液所制备的涂料能在中低温条件下，随水分的蒸发及pH 值下降，使涂层中所带的环氧基团、羧酸基团、多价金属离子之间相互反应，最终形成具有耐水、耐洗刷、耐沾污性的涂膜，但该涂料在制备过程中仍需加入较多的增稠剂，成本较大，说明苯丙乳液的稠度达不到涂料的要求。中国专利申请号为201510851291.X的专利文献公开了一种环氧改性苯丙乳液涂料及其制备方法，采用通过共聚改性的方法，将附着力强、防腐性能佳的环氧树脂引入到苯丙乳液的结构中，使得丙烯酸酯分布表层，环氧分子紧贴基材排列，这样就可充分利用环氧树脂和苯丙树脂各自的优势，提高苯丙乳液的耐水性、耐沾污性、耐高温性等方面的性能，但该发明的乳液配方中成分较多、成本较大，且成膜助剂等有机溶剂含量较多，不符合环保性的理念。
技术实现要素：
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种氨化反应增稠苯丙乳液及其制备方法，是一种能够满足涂料应用要求的具有适宜玻璃化温度和一定稠度的苯丙乳液，同时制备成本低、环保无毒、操作工艺简单。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种氨化反应增稠苯丙乳液，其各组分及质量百分比分别是：苯乙烯为15-22%、丙烯酸丁酯为10-15%、丙烯酸为1-6%、去离子水为55-70%、乳化剂A为 0.2-0.6%、乳化剂B为 0.2-0.6%、引发剂为0.1-0.5%、消泡剂为0.02-0.07%、缓冲剂为0.2-1%；
所述乳化剂A为阴离子表面活性剂；
所述乳化剂B为非离子表面活性剂；
所述引发剂为过硫酸铵；
所述消泡剂为通用型水性消泡剂；
所述缓冲剂为浓度为1.57×10-5～5.72mol/l的氨水。
上述乳化剂A优选采用十二烷基硫酸钠。
上述乳化剂B优选采用烷基酚聚氧乙烯醚。
作为本发明优选的技术方案，氨化反应增稠苯丙乳液各组分及质量百分比分别是：苯乙烯为17.4-19.9%、丙烯酸丁酯为13.2%、丙烯酸为1.2-3.58%、乳化剂A为 0.48%、乳化剂B为 0.48%、引发剂为0.2%、消泡剂为0.048%、缓冲剂为0.36-0.83%，其余量组分为去离子水。
一种氨化反应增稠苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
a.原料配料准备：
待制备的氨化反应增稠苯丙乳液的原料各组分及质量百分比分别是：苯乙烯为15-22%、丙烯酸丁酯为10-15%、丙烯酸为1-6%、去离子水为55-70%、乳化剂A为 0.2-0.6%、乳化剂B为 0.2-0.6%、引发剂为0.1-0.5%、消泡剂为0.02-0.07%、缓冲剂为0.2-1%；优选待制备的氨化反应增稠苯丙乳液的原料各组分及质量百分比分别是：苯乙烯为17.4-19.9%、丙烯酸丁酯为13.2%、丙烯酸为1.2-3.58%、乳化剂A为 0.48%、乳化剂B为 0.48%、引发剂为0.2%、消泡剂为0.048%、缓冲剂为0.36-0.83%，其余量组分为去离子水；
所述乳化剂A为阴离子表面活性剂；
所述乳化剂B为非离子表面活性剂；
所述引发剂为过硫酸铵；
所述消泡剂为通用型水性消泡剂；
所述缓冲剂为浓度为1.57×10-5～5.72 mol/l的氨水；
b. 预乳化液的制备：
ⅰ.将在所述步骤a中准备的乳化剂A和乳化剂B各分为两部分，将第一部分乳化剂A和第一部分乳化剂B一并加入到去离子水中，使乳化剂A、乳化剂B在去离子水中搅拌以分散均匀，得到乳化剂分散液；优选将在所述步骤a中准备的乳化剂A和乳化剂B各分为等量的两部分；
ⅱ. 在所述步骤a中准备的丙烯酸分成等量的两部分，向所述步骤ⅰ中制备的乳化剂分散液中加入在所述步骤a中准备的丙烯酸丁酯、苯乙烯单体以及一半量的丙烯酸，并进行搅拌，混合形成第一混合液体系，使第一混合液体系分散均匀得到预乳化液；
c. 种子乳液的制备：
①将在所述步骤b中制备的预乳化液分为两部分，向四口烧瓶中加入设定量的去离子水，并向四口烧瓶中加入剩下第二部分的乳化剂A和乳化剂B，进行搅拌，再向四口烧瓶中加入剩下的另一半量的丙烯酸，搅拌10～30 min时间后，再向四口烧瓶中滴加第一部分预乳化液，混合形成第二混合液体系；
②将在所述步骤a中准备的引发剂分为三部分，对第二混合液体系进行升温，当第二混合液体系温度升至75℃时，再向第二混合液体系中加入第一部分的引发剂，当引发剂滴加完后，再将第二混合液体系升温至85℃，并保温10～30 min，即得种子乳液；
d. 乳液聚合制备苯丙乳液：
⑴ 向在所述步骤c中制备的种子乳液中同时滴加剩下第二部分的预乳化液和第二部分的引发剂，混合形成第三混合液体系；
⑵ 待在所述步骤⑴中的设定量的预乳化液和引发剂滴加完后，再于85℃下使第三混合液体系保温10～30 min后加入最后剩下第三部分的引发剂，混合形成第四混合液体系；
⑶ 第四混合液体系在85℃及90℃下分别保温20～50 min后，再降温至35～65℃，并向第四混合液体系中滴加在所述步骤a中准备的氨水以调节pH到8.5，混合形成第五混合液体系，最后向第五混合液体系加入在所述步骤a中准备的消泡剂并搅拌5～20 min，形成第六混合液体系，再用300目滤布过滤第六混合液体系，即得氨化反应增稠的苯丙乳液。
作为本发明优选的技术方案，将在所述步骤a中准备的引发剂分为17.5%、17.5%和70%三部分，将35%的引发剂与相应原料组分混合制备种子乳液；然后在所述步骤d中，首先将35%的引发剂与种子乳液和预乳化液混合制备第三混合液体系。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1. 本发明采用苯乙烯为硬单体，以丙烯酸丁酯为软单体，以丙烯酸为功能单体，通过共聚得到带有羧基基团的具有一定玻璃化温度及适宜稠度的苯丙乳液；
2. 本发明的丙烯酸功能单体不是全部作为混合单体全程滴加到种子乳液中，而是先取出一半的量于打底液中搅拌，与去离子水混合以使更多的羧基趋于乳胶粒子的表面起到增稠的效果；
3. 本发明的第五混合液体系通过氨水调节pH至8.5，使体系呈碱性从而使羧基基团电离带负电荷，界面间相互排斥而伸展成直线状，从而使乳胶粒子体积增大以表现为稠度增大；
4. 本发明通过改变苯乙烯、丙烯酸单体的配比保证各配方的理论玻璃化温度相同而丙烯酸含量不同的苯丙乳液，能够得到不同稠度的产品并发现丙烯酸含量与稠度的关系，有助于本发明氨化反应增稠苯丙乳液应用领域的拓展；
5. 本发明由于在一定温度下不同浓度的氨水挥发量不同，故通过改变滴加氨水时的温度以得到氨化反应增稠的较佳温度；
6. 本发明所采用的原料简单易得，制备工艺简单易行，生产成本低。首先，该苯丙乳液具有一定稠度，且乳液涂膜具有一定粘结强度可以满足涂料领域应用的要求；其次，该苯丙乳液具有一定的玻璃化温度，也可以由企业的需求自行设计以得到所需的具有一定玻璃化温度的苯丙乳液；第三，由于所采用的原料绿色环保、无污染，故所制得的产品无有毒有害物质、绿色环保。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种氨化反应增稠苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
a.原料配料准备：
待制备的氨化反应增稠苯丙乳液的原料各组分及质量百分比分别是：
苯乙烯 19.9%；
丙烯酸丁酯 13.2%；
丙烯酸 1.2%；
乳化剂A 0.48%；
乳化剂B 0.48%；
引发剂 0.2%；
缓冲剂 0.36%；
消泡剂 0.048%；
去离子水 其余量；
所述乳化剂A为十二烷基硫酸钠，属阴离子表面活性剂；
所述乳化剂B为烷基酚聚氧乙烯醚，属非离子表面活性剂；
所述引发剂为过硫酸铵；
所述消泡剂为通用型水性消泡剂；
所述缓冲剂为浓度为2 mol/l的氨水；
b. 预乳化液的制备：
ⅰ.将在所述步骤a中准备的乳化剂A和乳化剂B各分为等量的两部分，将一半量的乳化剂A和一半量的乳化剂B一并加入到去离子水中，使乳化剂A、乳化剂B在去离子水中以600r/min速度低速搅拌以分散均匀，得到乳化剂分散液；
ⅱ. 在所述步骤a中准备的丙烯酸分成等量的两部分，向所述步骤ⅰ中制备的乳化剂分散液中加入在所述步骤a中准备的丙烯酸丁酯、苯乙烯单体以及一半量的丙烯酸，并以900r/min速度进行搅拌，混合形成第一混合液体系，使第一混合液体系分散均匀得到预乳化液；
c. 种子乳液的制备：
①将在所述步骤b中制备的预乳化液分为两部分，向容积为1000ml的四口烧瓶中加入140g的去离子水，并向四口烧瓶中加入剩下一半量的乳化剂A和剩下一半量的乳化剂B，以1000r/min速度进行搅拌，再向四口烧瓶中加入剩下的另一半量的丙烯酸，搅拌20min后，再向四口烧瓶中滴加25g的第一部分预乳化液，混合形成第二混合液体系；
②将在所述步骤a中准备的引发剂分为17.5%、17.5%和70%三部分，对第二混合液体系进行升温，当第二混合液体系温度升至75℃时，以引发剂水溶液的形式再向第二混合液体系中加入17.5%的第一部分的引发剂，此引发剂水溶液为0.35g引发剂溶于4g去离子水中制成，当引发剂水溶液滴加完后，再将第二混合液体系升温至85℃，并保温20min，即得种子乳液；
d. 乳液聚合制备苯丙乳液：
⑴ 向在所述步骤c中制备的种子乳液中同时滴加剩下第二部分的预乳化液和第二部分的引发剂，以引发剂水溶液的形式向种子乳液中加入17.5%的第二部分的引发剂，混合形成第三混合液体系，此引发剂水溶液为0.35g引发剂溶于20g去离子水中制成；
⑵ 待在所述步骤⑴中的设定量的预乳化液和引发剂滴加完后，再于85℃下使第三混合液体系保温20 min后加入最后剩下第三部分的引发剂，混合形成第四混合液体系；
⑶ 第四混合液体系在85℃及90℃下分别保温30 min后，再降温至35～65℃，并向第四混合液体系中滴加在所述步骤a中准备的氨水以调节pH到8.5，混合形成第五混合液体系，最后向第五混合液体系加入在所述步骤a中准备的消泡剂并搅拌10min，形成第六混合液体系，再用300目滤布过滤第六混合液体系，即得氨化反应增稠的苯丙乳液。
实验测试分析：
在本实施例的第d的⑶步骤中，于85℃及90℃下分别保温30min后，再降温至一定温度，其中试验的温度分别为65℃、55℃、45℃、35℃，可分别降至以上的任一温度再滴加氨水以调节pH到8.5，最后加入消泡剂搅拌10min，再用300目滤布过滤即得氨化反应增稠的苯丙乳液。本实施例制备的苯丙乳液粘度达到设定的适宜粘度要求，且施工制备的乳液涂膜具有粘结强度可以满足涂料领域应用的要求。本实施例采用的原料简单易得，制备工艺简单易行，生产成本低。首先，该苯丙乳液具有一定稠度，且乳液涂膜具有一定粘结强度可以满足涂料领域应用的要求；其次，该苯丙乳液具有一定的玻璃化温度，也可以由企业的需求自行设计以得到所需的具有一定玻璃化温度的苯丙乳液；第三，由于所采用的原料绿色环保、无污染，故所制得的产品无有毒有害物质、绿色环保。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种氨化反应增稠苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
a.原料配料准备：
待制备的氨化反应增稠苯丙乳液的原料各组分及质量百分比分别是：
苯乙烯 18.6%；
丙烯酸丁酯 13.2%；
丙烯酸 2.38%；
乳化剂A 0.48%；
乳化剂B 0.48%；
引发剂 0.2%；
缓冲剂 0.6%；
消泡剂 0.048%；
去离子水 其余量；
所述乳化剂A为十二烷基硫酸钠，属阴离子表面活性剂；
所述乳化剂B为烷基酚聚氧乙烯醚，属非离子表面活性剂；
所述引发剂为过硫酸铵；
所述消泡剂为通用型水性消泡剂；
所述缓冲剂为浓度为2 mol/l的氨水；
b. 预乳化液的制备：
ⅰ. 本步骤与实施例一相同；
ⅱ. 本步骤与实施例一相同；
c. 种子乳液的制备：
①本步骤与实施例一相同；
②本步骤与实施例一相同；
d. 乳液聚合制备苯丙乳液：
⑴本步骤与实施例一相同；
⑵本步骤与实施例一相同；
⑶本步骤与实施例一相同。
实验测试分析：
在本实施例的第d的⑶步骤中，于85℃及90℃下分别保温30min后，再降温至一定温度，其中试验的温度分别为65℃、55℃、45℃、35℃，可分别降至以上的任一温度再滴加氨水以调节pH到8.5，最后加入消泡剂搅拌10min，再用300目滤布过滤即得氨化反应增稠的苯丙乳液。本实施例制备的苯丙乳液粘度达到设定的适宜粘度要求，且施工制备的乳液涂膜具有粘结强度可以满足涂料领域应用的要求。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种氨化反应增稠苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
a.原料配料准备：
待制备的氨化反应增稠苯丙乳液的原料各组分及质量百分比分别是：
苯乙烯 17.4%；
丙烯酸丁酯 13.2%；
丙烯酸 3.58%；
乳化剂A 0.48%；
乳化剂B 0.48%；
引发剂 0.20%；
缓冲剂 0.83%；
消泡剂 0.048%；
去离子水 其余量；
所述乳化剂A为十二烷基硫酸钠，属阴离子表面活性剂；
所述乳化剂B为烷基酚聚氧乙烯醚，属非离子表面活性剂；
所述引发剂为过硫酸铵；
所述消泡剂为通用型水性消泡剂；
所述缓冲剂为浓度为2 mol/l的氨水；
b. 预乳化液的制备：
ⅰ. 本步骤与实施例一相同；
ⅱ. 本步骤与实施例一相同；
c. 种子乳液的制备：
①本步骤与实施例一相同；
②本步骤与实施例一相同；
d. 乳液聚合制备苯丙乳液：
⑴本步骤与实施例一相同；
⑵本步骤与实施例一相同；
⑶本步骤与实施例一相同。
实验测试分析：
在本实施例的第d的⑶步骤中，于85℃及90℃下分别保温30min后，再降温至一定温度，其中试验的温度分别为65℃、55℃、45℃、35℃，可分别降至以上的任一温度再滴加氨水以调节pH到8.5，最后加入消泡剂搅拌10min，再用300目滤布过滤即得氨化反应增稠的苯丙乳液。本实施例制备的苯丙乳液粘度达到设定的适宜粘度要求，且施工制备的乳液涂膜具有粘结强度可以满足涂料领域应用的要求。
上面对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明氨化反应增稠苯丙乳液及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。