本发明属于外墙涂料技术领域，涉及乳液及其制备方法和应用，具体为一种耐候性乳液及其制备方法和应用。
背景技术：
随着社会的发展和科技的进步，人们的生活水平越来越高，对住房条件的要求越来越高，因此对建筑行业的要求也越来越多。建筑涂料在建筑行业中有着重要的应用，不仅能够美化建筑，同时对墙体有着很好的保护作用。
现在市面上存在的外墙涂料一般优等品的耐老化时间为600h，有些产品甚至达不到。但是实际施工和生活要求中对外墙涂料的要求要远高于这个程度，达到1000h以上，最好是1500h-2000h。较低的耐老化性是目前市面上存在的外墙涂料的一个严重的缺点，不仅严重的影响着外墙涂料的使用寿命，同时也增加了用户或企业在外墙涂料方面的成本。社会的发展和人民对生活品质的追求，使得对外墙涂料的性能的提高提出了要求，也迫切需要研发出一种具有良好的耐老化性能的外墙涂料。有机硅单体改性技术具有较好的耐候性，但是成本高、成膜性差，易开裂。氟碳乳液的耐候性优异，但是耐沾污性非常差，并且成本异常高。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐老化时间长、耐老化效果好、耐开裂性好、耐水性能好、抗紫外线、抗溶剂性好、储存稳定且寿命长的耐候性乳液，以及一种耐候性乳液的制备方法和应用。
本发明采用的技术方案是：
一种耐候性乳液，关键是，按重量份数计，包括以下组分：去离子水400-500份，反应型乳化剂1-50份，亲水单体0.5-50份，功能单体0.5-100份，耐候单体0.5-400份，主单体0.5-450份，硅烷偶联剂0.2-20份，引发剂0.2-10份，ph缓冲剂0.2-10份，消泡剂0.2-10份，防腐剂0.01-1份，ph调节剂2-10份；所述的亲水单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、丙烯酸异冰片酯、顺丁烯二酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的一种或两种以上；所述的功能单体为甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯中的一种或两种以上；所述的耐候单体为丙烯酸环己酯、2-甲基丙烯酸环己酯中的一种或两种以上；所述的主单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯中的一种或两种以上。
所述的反应型乳化剂为烯丙基烷基硫酸铵、含烯丙基的醇醚硫酸铵、含烯丙基的醇醚硫酸钠、烯丙基烷基磺基琥珀酸双酯钠、烷基丙烯基苯氧基聚醚硫酸铵、2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠、丙烯酰胺基异丙基磺酸钠、含双键的磺基琥珀酸双酯钠、烯丙基异构十三烷基硫酸钠、烯丙基十一烷基磺基琥珀酸戊酯钠中的一种或两种以上。
所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上。
所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种或两种以上。
所述的ph缓冲剂为碳酸钠、碳酸氢钠、、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或两种以上。
所述的ph调节剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种以上。
所述的一种耐候性乳液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照如权利要求1所述的原料配比称取各组分；
步骤2、采用去离子200-240份水将反应型乳化剂溶解，得到乳化剂溶液；
步骤3、将亲水单体、功能单体、耐候单体、硅烷偶联剂与主单体混合，在搅拌条件下加入到所述乳化剂溶液中进行分散，得到分散液；
步骤4、将200-240份水和ph缓冲剂加入到反应器中，在搅拌条件下，升温至80-88℃，将1-10wt％的所述分散液、10-30wt％的引发剂一次性加入到反应器中，进行反应，得到种子液；
步骤5、将剩余的引发剂用余量去离子水溶解，得到引发剂溶液，然后将引发剂溶液与剩余的分散液滴加到所述种子液中，滴加180-300min，滴加温度82-88℃，滴加完毕后保温60-180min，降温至50℃以下，加入ph调节剂、消泡剂、防腐剂，搅拌均匀得到耐候性乳液。
如上述所述的耐候性乳液在外墙涂料中的应用。
如上述所述的一种耐候性乳液在外墙涂料中的应用，所述的外墙涂料按重量份数计，包括以下组分：水10-25份，成膜助剂醇酯十二1-5份，金属皂消泡剂0.1-1份，有机硅消泡剂0.1-1份，钠盐分散剂0.1-1份，丙二醇1-5份，润湿剂0.1-0.5份，金红石钛白粉10-25份，700目重质碳酸钙10-30份，1250目煅烧高岭土5-10份,羟乙基纤维素0.1-1份，氨水0.1-1份，权利要求1所述的耐候性乳液20-50份，卡松杀菌剂0.1-1份，矿物油消泡剂0.1-1份，疏水改性碱溶胀增稠剂0.1-1份。
本发明的有益效果是：一种耐候性乳液，使用反应型乳化剂参与反应实现无皂聚合，反应型乳化剂、功能单体、耐候单体，能够增加耐水性和耐溶剂性，还能提高乳液膜的内聚力和韧性，降低开裂性，从而提高户外使用的寿命；亲水单体在反应中提供胶体稳定性，同时与耐候单体配合协助分散剂和润湿剂来稳定涂料中粉料，耐候单体的环状侧链与亲水单体配合可以抵御紫外线的攻击，大大降低漆膜粉化的问题；硅烷偶联剂的硅氧键和颜料、基材以及自身的硅氧键缩合，进一步提高乳胶膜的交联密度，提高漆膜的耐水性能；将功能单体、耐候单体、硅烷偶联剂联用，并且使用反应型乳化剂，最终使乳液具有优异的耐老化性、耐沾污性、耐水性和耐溶剂性，真正实现了外墙涂料的长期保护和装饰作用；功能单体、耐候单体等配合使用，耐老化、耐开裂，可以减少硅烷偶联剂的用量。
一种耐候性乳液的制备方法，与现有技术相比，制备过程中引入硅烷偶联剂与功能单体、韧性单体、耐候单体，并且通过原料成分与制备方法的配合，能够在乳液成膜过程中，进一步提高乳胶膜的交联密度，提高漆膜的耐水性能。
一种耐候性乳液制得的外墙涂料，用该乳液制备的外墙涂料具有优异的耐水性、耐老化性、耐开裂性、耐气候性、耐沾污性及耐溶剂性，且该外墙涂料储存稳定、使用寿命长。
具体实施方式
本发明提供了一种耐老化时间长、耐开裂性好、耐老化效果好、耐水性能好、抗紫外线、抗溶剂性好、储存稳定且寿命长的耐候性乳液，以及一种耐候性乳液的制备方法和应用。
下面结合具体实施例对本发明做进一步地说明。本实施例中选用的烯丙基十一醇醚硫酸铵为日本艾迪科的sr-10，烷基丙烯基苯氧基聚醚硫酸铵选用的日本艾迪科的se-10n。
一、具体实施例
i、一种耐候性乳液
各组分含量如下表1所示。
表1：
上述耐候性乳液的制备方法包括以下步骤：
步骤1、按照上述的原料配比称取各组分；
步骤2、采用去离子水200份将反应型乳化剂溶解，得到乳化剂溶液；
步骤3、将亲水单体、功能单体、耐候单体、硅烷偶联剂与主单体混合，在搅拌条件下加入到所述乳化剂溶液中进行分散，得到分散液；
步骤4、将250份去离子水、ph缓冲剂加入到反应器中，在搅拌条件下，升温至82℃，稳定15min，将10wt％的所述分散液、30wt％的引发剂一次性加入到反应器中，反应20min，得到种子液；
步骤5、将剩余的引发剂用剩余的去离子水溶解，得到引发剂溶液，然后将引发剂溶液与剩余的分散液滴加到所述种子液中，滴加时间为240min，滴加温度为85℃，滴加完毕后保温120min，保温完毕后降温至50℃以下，用氨水调节ph至7-8，然后加入消泡剂、防腐剂，搅拌均匀得到耐候性乳液。
实施例11
一种耐候性乳液，按重量份数计，包括去离子水400份，烯丙基异构十三烷基硫酸钠1份，丙烯酸0.2份，甲基丙烯酸0.3份，甲基丙烯酸正丁酯0.5份，丙烯酸环己酯400份，甲基丙烯酸甲酯95份，丙烯酸丁酯50份，丙烯酸-2-异辛酯50份，乙烯基三乙氧基硅烷0.2份，过硫酸钾0.2份，碳酸氢钠0.2份，消泡剂0.2份，防腐剂0.2份，氨水2份。
本实施例所述的一种耐候性乳液由如下方法制备，包括以下步骤：
步骤1、按照上述的原料配比称取各组分；
步骤2、采用去离子水将烯丙基异构十三烷基硫酸钠溶解，得到烯丙基异构十三烷基硫酸钠溶液；
步骤3、将丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸环己酯、乙烯基三乙氧基硅烷与甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-异辛酯混合，在搅拌条件下加入到所述烯丙基异构十三烷基硫酸钠溶液中进行分散，得到分散液；
步骤4、将水和碳酸氢钠加入到反应器中，在搅拌条件下，升温至80℃，将1wt％的所述分散液、10wt％的过硫酸钾加入到反应器中，进行反应，得到种子液；
步骤5、将剩余的过硫酸钾用水溶解，得到引发剂溶液，然后将引发剂溶液与剩余的分散液滴加到所述种子液中，滴加时间为240min，滴加温度为85℃，滴加完毕后保温60min，降温至50℃以下，加入氨水调节ph值至7-8，然后加入消泡剂、防腐剂，搅拌均匀得到耐候性乳液。
实施例12
一种耐候性乳液，按重量份数计，包括去离子水400份，烯丙基十一醇聚醚(10eo)硫酸铵1份，丙烯腈0.3份，丙烯酰胺0.2份，丙烯酸叔丁酯0.1份，甲基丙烯酸叔丁酯0.4份，2-甲基丙烯酸环己酯145份，苯乙烯200份，丙烯酸-2-乙基己酯200份，丙烯酸丁酯50份，乙烯基三甲氧基硅烷0.2份，过硫酸铵0.2份，碳酸钠0.2份，消泡剂0.2份，防腐剂0.2份，氨水2份。
本实施例所述的一种耐候性乳液由如下方法制备，包括以下步骤：
步骤1、按照上述的原料配比称取各组分；
步骤2、采用去离子水将烯丙基十一醇聚醚(10eo)硫酸铵溶解，得到含烯丙基的十一醇醚(10eo)硫酸铵溶液；
步骤3、将丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、2-甲基丙烯酸环己酯、乙烯基三甲氧基硅烷与苯乙烯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸丁酯混合，在搅拌条件下加入到所述烯丙基十一醇聚醚(10eo)硫酸铵溶液中进行分散，得到分散液；
步骤4、将水和碳酸氢钠加入到反应器中，在搅拌条件下，升温至85℃，将5wt％的所述分散液、20wt％的过硫酸铵加入到反应器中，进行反应，反应20min，得到种子液；
步骤5、将剩余的过硫酸铵溶解，得到引发剂溶液，然后将引发剂溶液与剩余的分散液滴加到所述种子液中，滴加时间为240min，滴加温度为88℃，滴加完毕后保温60min，降温至50℃以下，加入氨水调节ph值至7-8，加入消泡剂、防腐剂，搅拌均匀得到耐候性乳液。
实施例13
一种耐候性乳液，按重量份数计，包括去离子水500份，2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠25份，丙烯酰胺基异丙基磺酸钠25份，丙烯酰胺10份，甲基丙烯酰胺40份，甲基丙烯酸正丁酯50份，甲基丙烯酸叔丁酯10份，丙烯酸叔丁酯40份，丙烯酸环己酯237份，丙烯酸丁酯10份，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷10份，乙烯基三甲氧基硅烷5份，乙烯基三乙氧基硅烷5份，过硫酸铵5份，过硫酸钠5份，碳酸铵5份，碳酸氢铵5份，消泡剂10份，防腐剂1份，氢氧化钾2份。
本实施例所述的一种耐候性乳液由如下方法制备，包括以下步骤：
步骤1、按照上述的原料配比称取各组分；
步骤2、采用去离子将2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠和丙烯酰胺基异丙基磺酸钠溶解，得到2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠和丙烯酰胺基异丙基磺酸钠的混合溶液；
步骤3、将丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯酸丁酯混合，在搅拌条件下加入到所述2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠和丙烯酰胺基异丙基磺酸钠的混合溶液中进行分散，得到分散液；
步骤4、将水和碳酸铵、碳酸氢铵加入到反应器中，在搅拌条件下，升温至88℃，稳定15min，将10wt％的所述分散液、30wt％的过硫酸钠和过硫酸铵加入到反应器中，进行反应，反应20min，得到种子液；
步骤5、将剩余的过硫酸钠和过硫酸铵用溶解，得到引发剂溶液，然后将引发剂溶液与剩余的分散液滴加到所述种子液中，滴加时间为240min，滴加温度为88℃，滴加完毕后保温180min，降温至50℃以下，加入氢氧化钾调节ph值，加入消泡剂、防腐剂，搅拌均匀得到耐候性乳液。
实施例14
一种耐候性乳液，按重量份数计，包括去离子水450份，丙烯酰胺基异丙基磺酸钠25份，丙烯酸异冰片酯5份，顺丁烯二酸10份，甲基丙烯酸缩水甘油酯10份，甲基丙烯酸叔丁酯50份，丙烯酸环己酯100份，2-甲基丙烯酸环己酯100份，甲基丙烯酸甲酯219.5份，乙烯基三甲氧基硅烷10份，过硫酸钾5份，碳酸铵5份，消泡剂5份，防腐剂0.5份，氢氧化钠2份，氢氧化钾3份。
本实施例所述的一种耐候性乳液由如下方法制备，包括以下步骤：
步骤1、按照上述的原料配比称取各组分；
步骤2、采用去离子水将丙烯酰胺基异丙基磺酸钠溶解，得到丙烯酰胺基异丙基磺酸钠溶液；
步骤3、将丙烯酸异冰片酯、顺丁烯二酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、2-甲基丙烯酸环己酯、乙烯基三甲氧基硅烷与甲基丙烯酸甲酯混合，在搅拌条件下加入到所述丙烯酰胺基异丙基磺酸钠溶液中进行分散，得到分散液；
步骤4、将水和碳酸铵加入到反应器中，在搅拌条件下，升温至85℃，将1wt％的所述分散液、20wt％的过硫酸钾加入到反应器中，进行反应，得到种子液；
步骤5、将剩余的过硫酸钾溶解，得到引发剂溶液，然后将引发剂溶液与剩余的分散液滴加到所述种子液中，滴加时间为240min，滴加温度为82℃，滴加完毕后保温150min，降温至50℃以下，加入氢氧化钠、氢氧化钾调节ph值，加入消泡剂、防腐剂，搅拌均匀得到耐候性乳液。
实施例15
一种耐候性乳液，按重量份数计，包括去离子水419份，异构十三烷基丙烯基苯氧基聚醚硫酸钠20份，烯丙基十一醇聚醚(10eo)硫酸铵10份，异构十三烷基丙烯基苯氧基聚醚硫酸铵20份，甲基丙烯酸缩水甘油酯5份，丙烯酸5份，甲基丙烯酸40份，甲基丙烯酸叔丁酯100份，丙烯酸环己酯200份，甲基丙烯酸甲酯120份，乙烯基三甲氧基硅烷20份，过硫酸钾10份，碳酸铵10份，消泡剂10份，防腐剂1份，氨水1份，氢氧化钠4份，氢氧化钾5份。
本实施例所述的一种耐候性乳液由如下方法制备，包括以下步骤：
步骤1、按照上述的原料配比称取各组分；
步骤2、采用去离子水将异构十三烷基丙烯基苯氧基聚醚硫酸钠、烯丙基十一醇聚醚(10eo)硫酸铵和异构十三烷基丙烯基苯氧基聚醚硫酸铵溶解，得到异构十三烷基丙烯基苯氧基聚醚硫酸钠、烯丙基十一醇聚醚(10eo)硫酸铵和异构十三烷基丙烯基苯氧基聚醚硫酸铵的混合溶液；
步骤3、将甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、乙烯基三甲氧基硅烷与甲基丙烯酸甲酯混合，在搅拌条件下加入到所述异构十三烷基丙烯基苯氧基聚醚硫酸钠、烯丙基十一醇聚醚(10eo)硫酸铵和异构十三烷基丙烯基苯氧基聚醚硫酸铵的混合溶液中进行分散，得到分散液；
步骤4、将水和碳酸铵加入到反应器中，在搅拌条件下，升温至85℃，将1wt％的所述分散液、20wt％的过硫酸钾加入到反应器中，进行反应，得到种子液；
步骤5、将剩余的过硫酸钾溶解，得到引发剂溶液，然后将引发剂溶液与剩余的分散液滴加到所述种子液中，滴加时间260min，滴加温度86℃，完毕后保温150min，降温至50℃以下，加入氨水、氢氧化钠、氢氧化钾调节ph值至7-8，加入消泡剂、防腐剂，搅拌均匀得到耐候性乳液。
ii外墙涂料
为了更好的说明本发明实施例提供的耐候性乳液的特性，将实施例1到15所述的耐候性乳液为基料制备外墙涂料。所述外墙涂料的具体组分和用量如表2-3所示。
表2：
表3
二、效果实验
1、将实施例1-15制备的耐候性乳液及由该耐候性乳液制备的外墙涂料进行性能检测，外墙耐候性乳液的参数如表4，乳液检测结果如表5，涂料基本物性及性能检测结果如表6、表7：
表4：
表5：
表6：
表7：
2、乳液的原料选择与配比对制得的外墙涂料影响
为了更好的说明本发明实施例提供的耐候性乳液的特性，选择具体实施例4中的乳液为例，以本发明的耐候性乳液制备方法、外墙涂料组分含量为试验例：
对比例1：普通苯丙乳液制得的外墙涂料。
表8：试验例与对比例外墙涂料各组分用量
比较制得的外墙涂料效果性能如下表8-10：
表9：
表10：
表11：
注：检测乳液机械稳定性、钙离子稳定性(0.5％cacl2溶液)、残余单体总和、贮存稳定性，根据国标gb/t20623-2006检测方法测定。涂料的性能根据gb/t9755-2014检测方法测定，其中耐水性测试比标准方法长48h。
由表8-11可知，本发明的乳液稳定性佳、耐人工气候老化性好。由表6、7可知，正是由于本发明中耐候单体与亲水单体、分散剂、润湿剂和硅烷偶联剂的配合，能够稳定涂料中粉料，使外墙涂料不易变色；耐候单体(如丙烯酸环己酯)和功能单体(如甲基丙烯酸正丁酯)配合，能够使最终制得的外墙涂料具有优异的耐老化性和耐开裂性，并且由于功能单体与耐候单体配合能提高乳液膜的内聚力和韧性，能够降低硅烷偶联剂的使用。耐候单体和功能单体以及与其他组分的搭配结合、原料用量比例和制备方法最终使得本发明乳液制备的涂料的耐老化性能突出，特别是耐人工气候老化性明显优于对比例1，且耐沾污性能优异，储存稳定性及耐水性、耐碱性同样优于对比例1。综合性能优异，在外墙涂料领域具有很高的应用前景。