一种水性丙烯酸树脂及其制备方法_2

文档序号:9365911阅读:来源:国知局
羟乙酯 12. 5体积份。
[0070] 所述引发剂选择的范围与步骤1中所述引发剂选择的范围相同,优选为与步骤1 中所述引发剂相同。
[0071] 所述链转移剂选择的范围与步骤1中所述链转移剂选择的范围相同,优选为与步 骤1中所述链转移剂相同。
[0072] 所述丙烯酸类化合物为具有羧基的丙烯酸类化合物,优选为丙烯酸和/或甲基丙 烯酸。
[0073] 所述混合物B包括如下重量/体积份的组分,
[0079] 其中,1体积份/1重量份,相当于,lmL/lg,或者1L/Ikg。
[0080] 本发明人发现,在步骤2所加入的原料中引入丙烯酸类化合物,增强了制得的水 性丙烯酸树脂的亲水性,使其既能够在水溶液中稳定存在,同时又具有良好的耐水性,不受 任何理论束缚,本发明人认为,步骤2加入的原料以步骤1制得的聚合物为内核,在其表面 包覆聚合,形成双层结构的水性丙烯酸树脂,其中,步骤1制得的丙烯酸酯聚合物上不存在 自由的羧基,表现为疏水性,而步骤2加入的原料中引入了丙烯酸类化合物,而自由的羟基 并非聚合反应的活性位点,因此,经过步骤2后制得的水性丙烯酸树脂,在其表面上具有自 由的羧基,从而,增加了水性丙烯酸树脂的亲水性,进而,经过步骤1和步骤2制得的水性丙 烯酸树脂既具有良好的亲水性,即,水溶性增强,同时又具有良好的耐水性。
[0081] 令人惊喜的是,本发明人发现,当步骤1与步骤2分别按照以下体积/重量配比投 料时,制得的水性丙烯酸树脂在硬度、耐水性等方面的性能显著提升,
[0082] 步骤1中,
[0086] 其中,1体积份/1重量份,相当于,lmL/lg,或者1L/Ikg。
[0087] 步骤3,向步骤2得到的体系中补加引发剂和链转移剂,保温。
[0088] 本发明人发现,向步骤2得到的体系中补加引发剂和链转移剂后,使得丙烯酸酯 类单体进一步完全聚合,减少反应单体的残余量,聚合反应更为充分彻底,反应效率提高, 同时能够调节丙烯酸树脂的粘度,因此,本发明选择在步骤2滴加完成后继续向反应体系 中补充滴加引发剂和链转移剂。
[0089] 步骤3中所用引发剂的选择范围与步骤1和/或步骤2中所用引发剂的选择范围 相同,优选为与步骤1和/或步骤2中所用引发剂相同,所用链转移剂的选择范围与步骤I和/或步骤2中所用链转移剂的选择范围相同,优选为与步骤1和/或步骤2中所用链转 移剂相同。
[0090]引发剂和链转移剂的补加方式并不受到特别地限制,可将引发剂和链转移剂依次 加入到反应体系中,也可以将引发剂和链转移剂充分溶解在有机溶剂中后,滴加到反应体 系中。其中,有机溶剂的选择范围与步骤1中溶剂的选择范围相同,优选醚类溶剂,最优选 乙二醇丁醚。
[0091]步骤3中引发剂的补加量为步骤1中所用引发剂的2wt%~40wt%,优选为 3.0%~7. 5%,更优选为3. 5%~5.0% ;
[0092] 步骤3中链转移剂补加量为步骤1中所用链转移剂的2wt%~15wt%,优选为 2. 5%~6. 0%,更优选为3. 0%~5. 0%。
[0093]引发剂和链转移剂补加完毕后,使反应体系在引发剂的引发温度下保温,以促进 反应的完全进行,选择保温时间为1~5小时,更优选为2~4小时,如3小时,保温的温度 为KKTC~130°C,优选为IKTC~125°C,更优选为120°C。
[0094] 步骤4,降温后加入碱,再加入7jC,搅拌,得到水性丙烯酸树脂。
[0095]反应完毕后,使体系降温至80°C~100°C,本发明对降温方法和/或降温条件不做 特别限定,可以为自然冷却,也可以为人为强制冷却。
[0096] 本发明人发现,向反应体系中加入有机碱后,聚合物表面自由的羧基能够与碱反 应形成盐,从而使聚合物以盐的形式稳定存在,制得的终产物水性丙烯酸树脂在成膜后,漆 膜丰满,平整度好,从而使得树脂成膜后光泽度高,同时,也增加了聚合物的亲水性。
[0097] 本发明中,所述有机碱为小分子有机碱,所述小分子有机碱为胺类化合物,如,二 乙胺、三乙胺、N,N-二甲基乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺或氨水中的一种或多种,优选为N, N-二甲基乙醇胺和/或二乙醇胺,更优选为N,N-二甲基乙醇胺。
[0098] 有机碱的摩尔量以有机碱分子的摩尔量计,步骤2原料中丙烯酸的摩尔量以丙烯 酸分子的摩尔量计,有机碱的摩尔量与步骤2原料中丙稀酸的摩尔量之比为有机碱的摩尔 量:步骤2原料中丙烯酸的摩尔量=(80~100): 100,优选为(90~98): 100,如95:100。 通过以上加入碱,使得体系的pH为弱碱性。
[0099]向加入有机碱后的体系中加水、搅拌,能够直接制得性能优良的水性丙烯酸树脂, 而不需要除去体系中的溶剂。
[0100] 所述水为去离子水、蒸馏水、自来水以及纯净水中的一种或多种,优选去离子水。
[0101] 以终产品水性丙烯酸的总重量计为100重量份,其中,加入的水为50~70重量 份,优选为55~65重量份,如60重量份。
[0102] 在常规制备水性丙烯酸树脂时,通常采用蒸馏的方式除去制备体系中的溶剂,需 要消耗的时间约为制备水性丙烯酸树脂总时间的1/2,这不仅浪费大量时间,而且由于蒸馏 所用温度较高,因此,需要消耗大量能源,所以,常规方法中除去制备体系中的溶剂这一步 骤不仅是制备水性丙烯酸树脂快慢的决速环节,而且还会造成能源的巨大损失和环境的污 染。
[0103] 而根据本发明的方法制得的丙烯酸树脂,不需要除去体系中的溶剂,而直接向体 系中加水即可制得终产物水性丙烯酸树脂,不仅节省了大量的时间成本,极大地提高的生 产效率,而且降低了能源的损耗,节省了经济成本;同时,本发明中所用的溶剂为环境友好 型的绿色溶剂,其不会造成环境污染。
[0104] 常规方法制得的水性丙烯酸树脂在使用时,需要加入固化剂等助剂,而根据本发 明方法制得的水性丙烯酸树脂在使用时不需要加入固化剂等助剂,所制得的水性丙烯酸漆 膜的性能与现有技术中的水性丙烯酸漆膜的性能相当,甚至在硬度、抗冲击、附着力和接触 角等方面的性能优于现有技术中的水性丙烯酸漆膜。
[0105] 根据本发明的第二方面,提供一种由上述方法制得的水性丙烯酸树脂,其特征在 于,所述水性丙烯酸树脂由上述第一方面所述的方法制得。
[0106] 根据本发明获得的水性丙烯酸树脂在使用时即使不加入固化剂,得到的丙烯酸树 脂漆膜与常规加入固化剂制得的丙烯酸树脂漆膜具有相近的性能,这些性能主要表现在硬 度、附着力、抗冲击性能、接触角、耐水性和粒度等方面,具体参见实验例。
[0107] 根据本发明的第三方面,提供由上述第一方面的方法制得的水性丙烯酸树脂或第 二方面提供的水性丙烯酸树脂的使用方法,其特征在于,所述水性丙烯酸树脂在使用时不 加入固化剂。
[0108] 根据本发明的第四方面,提供由上述第一方面的方法制得的水性丙烯酸树脂或第 二方面提供的水性丙烯酸树脂作为黏合剂的用途。
[0109] 根据本发明提供的水性丙烯酸及其制备方法,具有以下有益效果:
[0110] (1)使用了较高的反应温度,110-120°C,同时使用在该温度范围内分解速率合适 的引发剂;
[0111] (2)所述方法在绿色有机溶剂中进行反应,不需要除去多余的溶剂,聚合反应完毕 后直接加水乳化即得产品,节省大量制备时间,节约能源;
[0112] (3)该方法采用自由基聚合多层复合技术;
[0113] (4)所述方法制得的丙烯酸聚合物至少具有疏水性内核和亲水性表面包覆物两层 结构,从而制得的水性丙烯酸树脂既具有良好的亲水性,同时又具有良好的耐水性;
[0114] (5)制得的水性丙烯酸树脂在不使用任何固化剂的情况下,所得到漆膜的硬度可 以达到3H,附着力可以达到0级,耐水性可以达到24h以上,抗冲击性能可以达到杜邦抗冲 击仪最大检测极限。
[0115] 实施例
[0116]实施例1
[0117] (1)用量筒量取50mL乙二醇丁醚倒入四口烧瓶中,用电热套加热至116°C;分别量 取18mL甲基丙稀酸甲酯,18mL丙稀酸丁酯,15mL甲基丙稀酸轻乙酯,称取2. 95g过氧化苯 甲酰,4.OmL正十二硫醇,在烧杯中混合,超声处理,固体全部溶解得到混合物A,将混合物A 倒入滴液漏斗,用滴液漏斗向四口瓶中滴加混合物A,3小时均匀滴完;滴加完毕后在120°C 保温1小时;
[0118] (2)分别量取36mL甲基丙烯酸甲酯,36mL丙烯酸丁酯,25mL甲基丙烯酸羟乙酯, IOmL丙烯酸,称取2. 7mL正十二硫醇,2.OOg过氧化苯甲酰在烧杯中混合均匀得到混合物B, 将混合物B倒入滴液漏斗中,向四口瓶中匀速滴加混合物B,3小时滴毕。
[0119] (3)补加引发剂和链转移剂,量取IOmL乙二醇丁醚,向其中加入0.Ig过氧化苯甲 酰和0.ImL正十二硫醇,待完全溶解后匀速滴加0. 5~1小时;在120°C下保温2小时。
[0120] (4)降温至90°C后滴加含有132mmol二乙醇胺的乙二醇丁甲醚溶液,然后加入 130mL的水快速搅拌半小时,获得水性丙烯酸树脂,其性能参数如下实验例表1中所示。
[0121] 以上获得的水性丙烯酸树脂在使用时,不加入固化剂。
[0122] 实施例2
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