一种聚氯乙烯杂化苯丙乳液及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及建筑涂料技术领域，具体的，涉及一种聚氯乙烯杂化苯丙乳液及其制备方法和应用。


背景技术：

2.我国是涂料大国，随着经济的膨胀性发展，环境污染及大气的重度雾霾的全国性爆发已严重威胁国人赖以生存的环境，而涂料和粘合剂中的voc是导致大气严重雾霾的祸首之一。虽然目前水性涂料各方面性能还不能超过传统的溶剂型涂料，但因其无污染、环保安全以及符合国家环保政策，已成为建筑涂料领域占比较大的行业产品，尤其我国在2020年初颁布了涂料行业的新法规及新法规在2020年12月1日开始实施后，水性涂料或涂料的水性化已成企业能否持续发展的关键，原溶剂型涂料企业将逐步被淘汰，众多城市相应颁布了更严格的法规，溶剂型涂料及溶剂型粘合剂已被禁止使用，因此开发研制综合性能优异、能替代传统溶剂建涂用的水性漆树脂具有非常广阔的应用前景和社会效益。
3.合成树脂乳液内墙涂料标准gb/t 9756-2018于2019年1月1日起开始生效。新标准提升了耐洗刷性的指标，对涂料配方的要求更高了。另外，从去年下半年开始，合成树脂乳液的原料价格高涨，尤其是今年，价格达到了几年的高点，这大大增加了涂料的成本，而涂料销售价格涨不上去，涂料上下游企业成本压力巨大。低成本和低价格的苯丙乳液是市场的需要。


技术实现要素：

4.本发明提出一种聚氯乙烯杂化苯丙乳液及其制备方法和应用，解决了相关技术中苯丙乳液成本高问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种聚氯乙烯杂化苯丙乳液，按重量份数计，包括去离子水20-40份，ph缓冲剂0.1-1份，阴离子乳化剂0.1-1份，聚氯乙烯乳液20-60份，主单体25-45份，亲水功能单体0.1-1份，羧基单体0.1-1份，硅烷偶联剂0.02-0.2份，引发剂0.1-1份，后消氧化剂0.01-0.1份，后消还原剂0.01-0.1份，消泡剂0.02-1份，防腐杀菌剂0.01-0.5份，ph调节剂0.2-1份，非离子表面活性剂0.1-1份。
7.作为进一步的技术方案，所述主单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯中的至少一种；所述亲水功能单体为丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的至少一种；所述羧基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸中的至少一种。
8.作为进一步的技术方案，所述阴离子乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、异构十三醇聚氧乙烯醚硫酸钠、异构十三醇聚氧乙烯醚硫酸铵的至少一种。
9.作为进一步的技术方案，所述聚氯乙烯乳液的固含量为29-31％，ph值为7-8，粘度为1-200。
10.作为进一步的技术方案，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧
基硅烷中的至少一种，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠中的至少一种，所述后消氧化剂为叔丁基过氧化氢、双氧水，所述后消还原剂为抗坏血酸、吊白块，所述非离子表面活性剂为异构十三醇聚氧乙烯醚，所述异构十三醇聚氧乙烯醚中环氧乙烷数(eo数)为8-11或30-50，所述ph缓冲剂为碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种，所述ph调节剂为氨水、氢氧化钠、碳酸氢钠中的至少一种。
11.本发明还提出了一种聚氯乙烯杂化苯丙乳液的制备方法，包括以下步骤：
12.(1)按照所述聚氯乙烯杂化苯丙乳液的原料重量份数称取各组分；
13.(2)将50-70％配方量的去离子水和60-80％配方量的阴离子乳化剂混合均匀，得到乳化剂溶液；
14.(3)将亲水功能单体、硅烷偶联剂、羧基单体与主单体混合后加入到所述乳化剂溶液中，分散，得到分散液；
15.(4)将5-15％配方量的去离子水、聚氯乙烯乳液、ph缓冲剂、剩余的阴离子乳化剂加到反应器中，在搅拌条件下，升温至76-80℃，待温度稳定后将5-20％的分散液以及10-40％配方量的引发剂加入到反应器中，进行反应，温度冲高回落控制温度在80-84℃，保温时间10-20min，得到种子乳液；
16.(5)将剩余的分散液与剩余的引发剂同步滴加到所述种子乳液中，滴加温度80-84℃，滴加时间为120-180min，滴加完毕后保温90-150min；降温至68-70℃，同步滴加后消氧化剂和后消还原剂的水溶液，滴加时间为30min，滴加完毕后保温30min，然后降温至40℃，加入ph调节剂、非离子表面活性剂、消泡剂、防腐杀菌剂，搅拌均匀得到苯丙乳液。
17.作为进一步的技术方案，所述步骤(3)中，分散时间为20-40min。
18.本发明还提出了一种聚氯乙烯杂化苯丙乳液的应用，所述氯乙烯杂化苯丙乳液在建筑涂料中的应用。
19.作为进一步的技术方案，所述建筑涂料按重量份数计，包括水30-40份，醇酯十二0.1-1份，矿物油消泡剂0.1-0.5份，钠盐分散剂0.1-1份，丙二醇0.1-1份，润湿剂0.1-0.2份，金红石钛白粉1-5份，800目重质碳酸钙20-30份，水洗高岭土5-10份，4000目煅烧高岭土10-15份，羟乙基纤维素0.1-1份，amp-95 0.05-0.2份，聚氯乙烯杂化苯丙乳液5-15份，卡松杀菌剂0.05-0.2份，增稠剂0.05-0.2份。
20.作为进一步的技术方案，所述建筑涂料按重量份数计，包括水38.7份，醇酯十二1.0份，矿物油消泡剂0.3份，钠盐分散剂：0.5份，丙二醇0.5份，润湿剂0.1份，金红石钛白粉2.5份，800目重质碳酸钙25.0份，水洗高岭土7.5份，4000目煅烧高岭土13份，羟乙基纤维素0.6份，amp-95 0.1份，聚氯乙烯杂化苯丙乳液10.0份，卡松杀菌剂0.1份，增稠剂0.1份。
21.本发明的工作原理及有益效果为：
22.1、本发明中，苯丙乳液采用聚氯乙烯乳液杂化-丙烯酸乳液与氯丙乳液互穿，可以大幅降低传统苯丙乳液的成本，并且聚氯乙烯杂化苯丙乳液的制备过程和普通苯丙乳液基本一样，制备过程简单，性能优异，性价比高；本发明的苯丙乳液所采用的原料简单，配方成本做到极致。因此，成本低和性能优是本技术的关键，真正实现了苯丙乳液的各种性能和成本统筹兼顾。
23.2、本发明中，采用聚氯乙烯乳液对苯丙乳液杂化，聚氯乙烯乳液的玻璃化转变温度高，不容易成膜，但在乳液的制备过程中增加了体系的颜填料比例，使得最终以聚氯乙烯
杂化苯丙乳液为基料的内墙涂料的对比率高。
24.3、本发明中，采用聚氯乙烯乳液对苯丙乳液杂化，聚氯乙烯乳液的高玻璃化转变温度增加了涂料的干膜硬度，使得以聚氯乙烯杂化苯丙乳液为基料的内墙涂料的耐洗刷性更好，从而使制备的内墙涂料在不增加涂料中乳液的用量的基础上就能达到新国标耐洗刷性的要求，真正实现了新国标底漆标准中各种性能统筹兼顾。
25.4、本发明中，聚氯乙烯杂化苯丙乳液的乳化体系采用最常见的阴离子乳化剂，原料成本低，制得的乳液稳定性高，对粉料的稳定性高。
26.5、本发明中，聚氯乙烯杂化苯丙乳液的配方中加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂采用高交联性的短链硅烷，用量少，交联效果高，从而降低了乳液的成本。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
28.实施例1
29.一种聚氯乙烯杂化苯丙乳液，按重量份数计，包括去离子水20.15份，碳酸钠0.1份，十二烷基苯磺酸钠0.25份，聚氯乙烯乳液45份，苯乙烯17.5份，丙烯酸丁酯14.5份，丙烯酰胺0.3份，丙烯酸0.8份，乙烯基三甲氧基硅烷0.1份，过硫酸铵0.2份，叔丁基过氧化氢0.05份，抗坏血酸0.05份，消泡剂0.1份，防腐杀菌剂0.1份，氨水0.6份，异构十三醇聚氧乙烯醚(40个eo)0.2份；
30.其制备方法包括以下步骤：
31.(1)按照上述原料重量份数称取各组分；
32.(2)将60％配方量的去离子水和70％配方量的十二烷基苯磺酸钠混合均匀，得到乳化剂溶液；
33.(3)将丙烯酰胺、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯酸与苯乙烯、丙烯酸丁酯混合，在搅拌条件下加入到所述乳化剂溶液中分散30min，得到分散液；
34.(4)将10％配方量的去离子水、聚氯乙烯乳液、碳酸钠、剩余的十二烷基苯磺酸钠加到反应器中，在搅拌条件下，升温至78℃，待温度稳定后将10％的分散液以及20％配方量的过硫酸铵加入到反应器中，进行反应，温度冲高回落控制温度在82℃，保温时间15min，得到种子乳液；
35.(5)将剩余的分散液与剩余的过硫酸铵同步滴加到所述种子乳液中，滴加温度80-84℃，滴加时间为150min，滴加完毕后保温120min；降温至70℃，同步滴加叔丁基过氧化氢、抗坏血酸的水溶液，滴加时间为30min，滴加完毕后保温30min，然后降温至40℃，加入氨水、异构十三醇聚氧乙烯醚(40个eo)、消泡剂、防腐杀菌剂，搅拌均匀得到苯丙乳液。
36.实施例2
37.一种聚氯乙烯杂化苯丙乳液，按重量份数计，包括去离子水20.3份，碳酸钠0.1份，十二烷基苯磺酸钠0.25份，聚氯乙烯乳液45份，苯乙烯17.5份，丙烯酸丁酯14.5份，丙烯酰胺0.5份，丙烯酸0.6份，乙烯基三甲氧基硅烷0.1份，过硫酸铵0.2份，叔丁基过氧化氢0.05
份，抗坏血酸0.05份，消泡剂0.1份，防腐杀菌剂0.1份，氨水0.45份，异构十三醇聚氧乙烯醚(40个eo)0.2份；
38.其制备方法包括以下步骤：
39.(1)按照上述原料重量份数称取各组分；
40.(2)将60％配方量的去离子水和70％配方量的十二烷基苯磺酸钠混合均匀，得到乳化剂溶液；
41.(3)将丙烯酰胺、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯酸与苯乙烯、丙烯酸丁酯混合，在搅拌条件下加入到所述乳化剂溶液中分散30min，得到分散液；
42.(4)将10％配方量的去离子水、聚氯乙烯乳液、碳酸钠、剩余的十二烷基苯磺酸钠加到反应器中，在搅拌条件下，升温至78℃，待温度稳定后将10％的分散液以及20％配方量的过硫酸铵加入到反应器中，进行反应，温度冲高回落控制温度在82℃，保温时间15min，得到种子乳液；
43.(5)将剩余的分散液与剩余的过硫酸铵同步滴加到所述种子乳液中，滴加温度80-84℃，滴加时间为150min，滴加完毕后保温120min；降温至70℃，同步滴加叔丁基过氧化氢、抗坏血酸的水溶液，滴加时间为30min，滴加完毕后保温30min，然后降温至40℃，加入氨水、异构十三醇聚氧乙烯醚(40个eo)、消泡剂、防腐杀菌剂，搅拌均匀得到苯丙乳液。
44.实施例3
45.一种聚氯乙烯杂化苯丙乳液，按重量份数计，包括去离子水20.5份，碳酸钠0.1份，十二烷基苯磺酸钠0.25份，聚氯乙烯乳液45份，苯乙烯17.5份，丙烯酸丁酯14.5份，丙烯酰胺0.5份，丙烯酸0.6份，乙烯基三甲氧基硅烷0.1份，过硫酸铵0.2份，叔丁基过氧化氢0.05份，抗坏血酸0.05份，消泡剂0.1份，防腐杀菌剂0.1份，氨水0.45份，异构十三醇聚氧乙烯醚(40个eo)0.2份；
46.其制备方法包括以下步骤：
47.(1)按照上述原料重量份数称取各组分；
48.(2)将60％配方量的去离子水和70％配方量的十二烷基苯磺酸钠混合均匀，得到乳化剂溶液；
49.(3)将丙烯酰胺、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯酸与苯乙烯、丙烯酸丁酯混合，在搅拌条件下加入到所述乳化剂溶液中分散30min，得到分散液；
50.(4)将10％配方量的去离子水、聚氯乙烯乳液、碳酸钠、剩余的十二烷基苯磺酸钠加到反应器中，在搅拌条件下，升温至78℃，待温度稳定后将10％的分散液以及20％配方量的过硫酸铵加入到反应器中，进行反应，温度冲高回落控制温度在82℃，保温时间15min，得到种子乳液；
51.(5)将剩余的分散液与剩余的过硫酸铵同步滴加到所述种子乳液中，滴加温度80-84℃，滴加时间为150min，滴加完毕后保温120min；降温至70℃，同步滴加叔丁基过氧化氢、抗坏血酸的水溶液，滴加时间为30min，滴加完毕后保温30min，然后降温至40℃，加入氨水、异构十三醇聚氧乙烯醚(40个eo)、消泡剂、防腐杀菌剂，搅拌均匀得到苯丙乳液。
52.实施例1～3的聚氯乙烯杂化苯丙乳液原料中各组分重量份数见下表：
53.表1实施例1～3的聚氯乙烯杂化苯丙乳液原料中各组分重量份数
[0054][0055][0056]
实施例1～3的苯丙乳液的性能见下表：
[0057]
表2实施例1～3的苯丙乳液的性能
[0058][0059]
注：钙离子稳定性(0.5％cacl2溶液)、残余单体总和，根据国标gb/t 20623-2006《建筑涂料用乳液》检测方法测定，对比例的苯丙乳液由市面上购得，其性能参数信息见表1。
[0060]
应用例1
[0061]
以实施例1制备的聚氯乙烯杂化苯丙乳液为基料制备建筑内墙涂料，其包括水38.7份，醇酯十二1.0份，矿物油消泡剂0.3份，钠盐分散剂：0.5份，丙二醇0.5份，润湿剂0.1份，金红石钛白粉2.5份，800目重质碳酸钙25.0份，水洗高岭土7.5份，4000目煅烧高岭土13份，羟乙基纤维素0.6份，amp-95 0.1份，实施例1制备的聚氯乙烯杂化苯丙乳液10.0份，卡松杀菌剂0.1份，增稠剂0.1份。
[0062]
应用例2
[0063]
以实施例2制备的聚氯乙烯杂化苯丙乳液为基料制备建筑内墙涂料，其包括水
38.7份，醇酯十二1.0份，矿物油消泡剂0.3份，钠盐分散剂：0.5份，丙二醇0.5份，润湿剂0.1份，金红石钛白粉2.5份，800目重质碳酸钙25.0份，水洗高岭土7.5份，4000目煅烧高岭土13份，羟乙基纤维素0.6份，amp-95 0.1份，实施例2制备的聚氯乙烯杂化苯丙乳液10.0份，卡松杀菌剂0.1份，增稠剂0.1份。
[0064]
应用例3
[0065]
以实施例3制备的聚氯乙烯杂化苯丙乳液为基料制备建筑内墙涂料，其包括水38.7份，醇酯十二1.0份，矿物油消泡剂0.3份，钠盐分散剂：0.5份，丙二醇0.5份，润湿剂0.1份，金红石钛白粉2.5份，800目重质碳酸钙25.0份，水洗高岭土7.5份，4000目煅烧高岭土13份，羟乙基纤维素0.6份，amp-95 0.1份，实施例3制备的聚氯乙烯杂化苯丙乳液10.0份，卡松杀菌剂0.1份，增稠剂0.1份。
[0066]
应用对比例1：与应用例1的区别仅在于苯丙乳液为对比例1的苯丙乳液。
[0067]
根据国标gb/t 9756-2018《合成树脂乳液内墙涂料》的规定，检测应用例1～3的内墙涂料的性能，测试结果见下表：
[0068]
表3应用例1～3的内墙涂料的性能检测结果
[0069]
项目应用例1应用例2应用例3应用对比例1对比率/％93.594.093.592.5耐洗刷性/次450600550350
[0070]
从表3中数据可以看出，采用本发明实施例制备的苯丙乳液为基料，制得的内墙涂料的漆膜对比率高，耐洗刷性高，本发明的苯丙乳液的应用性能优异，成本低，在建筑涂料领域具有很高的应用前景。
[0071]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。