一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液及制备与应用制造技术

本发明专利技术属于海洋防污涂料技术领域，公开了一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液及制备与应用。将辣椒素与丙烯酰氯在正己烷溶液中反应，得到辣椒素丙烯酸酯单体；将乳化剂、第一引发剂、缓冲剂和去离子水搅拌混合后升温至80～90℃，滴加部分核单体保温反应，得到种子乳液，然后滴加剩余的核单体和第二引发剂溶液，80～90℃下保温反应，得到核层聚合物乳液；最后在所得核层聚合物乳液中滴加壳单体和第三引发剂溶液保温反应，得到产物。本发明专利技术的制备方法简单，可操作性强，所得辣椒素改性丙烯酸乳液能有效抑制海洋生物的附着与繁殖。

Capsaicin modified acrylic acid waterborne emulsion and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液及制备与应用
本专利技术属于海洋防污涂料
，具体涉及一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液及制备与应用。
技术介绍
海洋产业的迅速发展为全球经济做出了巨大的贡献。但随之而来的海洋设备污染问题也越来越引起人们的重视。海洋中有大量的具有附着特性的海洋生物，它们往往会附着在物体表面进行生长和繁殖，如果这些海洋生物附着在船舶、水下设施、码头等物体中，就会对这些物体造成污损。为了减轻这些损耗，往往需要在海洋船体表面涂覆海洋防污涂料。早期出现的以树脂为基料的含有机锡(TBT)和氧化亚铜(Cu2O)涂料成为最行之有效的方法。有机锡和氧化亚铜涂料防污效果好，且能长期保持船体光滑，曾一度占据海洋防污涂料的主要市场。随着社会的不断发展和人们对环境保护及生命健康意识的不断提高，这种有毒化合物逐渐被取代。21世纪，开发环境友好型防污涂料成为发展方向之一。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的辣椒素改性丙烯酸水性乳液。本专利技术的再一目的在于提供上述辣椒素改性丙烯酸水性乳液作为海洋防污涂料的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液的制备方法，包括如下制备步骤：(1)将辣椒素溶解于正己烷中，然后在2～6℃温度下滴加丙烯酰氯的正己烷溶液进行反应，反应产物经分离纯化，得到辣椒素丙烯酸酯单体；(2)将乳化剂、第一引发剂、缓冲剂和去离子水搅拌混合后升温至80～90℃，然后滴加部分核单体保温反应，得到种子乳液；然后向种子乳液中滴加剩余的核单体和第二引发剂溶液，80～90℃下保温反应，得到核层聚合物乳液；(3)在步骤(2)所得乳液中滴加壳单体和第三引发剂溶液，滴完后在80～90℃下保温反应，得到辣椒素改性丙烯酸水性乳液；所述核单体为丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸正丁酯的混合物；所述壳单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和步骤(1)所得辣椒素丙烯酸酯单体的混合物。优选地，步骤(1)中所述分离纯化步骤为：反应结束后将产物抽滤，取滤液用饱和碳酸氢钠溶液洗涤，取上层有机相，再用去离子水洗涤，干燥后以洗脱剂为乙酸乙酯和正己烷的柱层析提纯，旋蒸得到辣椒素丙烯酸酯单体。优选地，步骤(2)中制备种子乳液所用核单体为核单体总质量的1/10。优选地，所述第一引发剂为过硫酸钾，第一引发剂的加入量为单体总质量的0.2％～0.3％；所述第二引发剂溶液包含过硫酸钾(KPS)、十二烷基硫酸钠(DSB)和烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，第二引发剂溶液中过硫酸钾为单体总质量的0.14％～0.15％，十二烷基硫酸钠为单体总质量的0.68％～0.73％，烷基酚聚氧乙烯醚为单体总质量的0.34％～0.37％；所述第三引发剂溶液为过硫酸钾溶液，第三引发剂的加入量为单体总质量的0.14％～0.15％。优选地，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚；乳化剂的加入量为单体总质量的2.0～2.2％。优选地，所述缓冲剂为碳酸氢钠(NaHCO3)，缓冲剂的加入量为单体总质量的0.5％～0.6％。优选地，所述核单体与壳单体的质量比为(0.9～1):1。优选地，所述核单体中丙烯酸丁酯质量为单体总质量的6.8％～7.2％，甲基丙烯酸正丁酯质量为单体总质量的41％～44％；壳单体中丙烯酸丁酯质量为单体总质量的13％～15％，甲基丙烯酸甲酯质量为单体总质量的27％～29％，丙烯酸质量为单体总质量的1.3％～1.5％，辣椒素丙烯酸酯单体质量为单体总质量的4.3～9.6％。优选地，步骤(2)的种子乳液聚合阶段，核单体滴加的时间为15min，滴完后保温时间为20min；核层聚合物的合成阶段，核单体和第二引发剂溶液的滴加时间为2h，滴完后保温时间为30min；步骤(3)中壳单体和第三引发剂溶液的滴加时间为6h，滴完后保温时间为1h；步骤(2)的种子乳液聚合阶段、核层聚合物的合成阶段以及步骤(3)的反应均在搅拌条件下进行，搅拌转速为200r/min。上述制备方法涉及的反应式如下：一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液，通过上述方法制备得到。上述辣椒素改性丙烯酸水性乳液作为海洋防污涂料的应用。本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术以辣椒素为主要改性材料，制备出含辣椒素的丙烯酸乳液，将其应用于海洋防污涂料中，能有效抑制海洋生物的附着与繁殖。辣椒素天然绿色环保，不会危害海洋生态系统。本专利技术通过自由基聚合，将辣椒素上的双键和丙烯酸类树脂上的双键交联在一起，得到改性丙烯酸树脂，制备聚合物乳液，赋予涂料环保型抗菌防海洋生物啃咬或吸附的功能。与单纯将辣椒素共混进涂料的做法相比，由于辣椒素是直接与大分子相连，难以析出，可保证抑制效果更持久。(2)本专利技术采用种子乳液聚合的方法制备水性辣椒素改性丙烯酸乳液，与溶剂型制备方法相比，制备过程绿色环保。制备方法简单，可操作性强，所需原料除辣椒素外均为常见试剂，价格便宜，适合作工业化生产。(3)本专利技术合成的乳液粒径均匀，粒度较小。(4)本专利技术合成的乳液玻璃化温度较低，常温下即可固化成膜，实际应用施工方便。附图说明图1为本专利技术实施例1的辣椒素改性丙烯酸水性乳液的傅里叶红外光谱图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例的辣椒素改性丙烯酸水性乳液，配方表如下：具体制备步骤为：(1)称取5.00g辣椒素加入250ml三口烧瓶中，用50mL量筒量取30mL正己烷倒入三口烧瓶中，置于冰水浴中，在三口烧瓶上安装搅拌机及搅拌桨，转速调至200rpm，使辣椒素充分溶解，至温度降至2-4℃。取50mL锥形瓶，依次加入5ml正己烷、2.23g丙烯酰氯。在低于6℃的条件下将稀释过的丙烯酰氯以大约1滴每秒的速度滴加入三口烧瓶中。在该条件下反应12小时。反应结束后将产物倒入布氏漏斗中抽滤，并用正己烷将三口烧瓶冲洗2-3次，洗涤液倒入漏斗中，用正己烷将沉淀从黄色洗涤至白色后，取滤液，先用与正己烷等量的饱和碳酸氢钠溶液洗涤2次，取上层有机相，再用去离子水洗涤2-3次，干燥后过柱提纯(洗脱剂为乙酸乙酯和正己烷)，旋蒸得到辣椒素丙烯酸酯单体。(2)在装有搅拌桨、冷凝管、温度计的250mL四口烧瓶中，加入1g十二烷基硫酸钠(DSB)、0.5g烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、0.18g过硫酸钾(KPS)、0.38g碳酸氢钠和50g去离子水，搅拌并同时升温至90℃，滴加1/10的核单体(5g丙烯酸丁酯、30g甲基丙烯酸正丁酯)，15min滴完，制得种子乳液。保温20min后，平行滴加剩余的核单体和引发剂溶液(0.50gDSB、0.25gOP-10、0.10gKPS、12.50g去离子水)，滴加时间为2h，滴加后保温30min，即得核乳液。保温结束后平行滴加壳单体(10g丙烯酸丁酯、20g甲基丙烯酸甲酯、1g丙烯酸、5g辣椒素丙烯酸酯单体)和引发剂溶液(0.1gKPS、12.5g去离子水)，滴加时间为6h。滴完后保温1h，降温至40℃以下，出料，过滤，即得产品。乳液在蒸发皿中成膜干燥7d即得乳胶膜。本实施例制备的乳液主要性能表征方法如下：平均粒径：马尔文纳米粒度分析仪；玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)将辣椒素溶解于正己烷中，然后在2～6℃温度下滴加丙烯酰氯的正己烷溶液进行反应，反应产物经分离纯化，得到辣椒素丙烯酸酯单体；(2)将乳化剂、第一引发剂、缓冲剂和去离子水搅拌混合后升温至80～90℃，然后滴加部分核单体保温反应，得到种子乳液；然后向种子乳液中滴加剩余的核单体和第二引发剂溶液，80～90℃下保温反应，得到核层聚合物乳液；(3)在步骤(2)所得乳液中滴加壳单体和第三引发剂溶液，滴完后在80～90℃下保温反应，得到辣椒素改性丙烯酸水性乳液；所述核单体为丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸正丁酯的混合物；所述壳单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和步骤(1)所得辣椒素丙烯酸酯单体的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)将辣椒素溶解于正己烷中，然后在2～6℃温度下滴加丙烯酰氯的正己烷溶液进行反应，反应产物经分离纯化，得到辣椒素丙烯酸酯单体；(2)将乳化剂、第一引发剂、缓冲剂和去离子水搅拌混合后升温至80～90℃，然后滴加部分核单体保温反应，得到种子乳液；然后向种子乳液中滴加剩余的核单体和第二引发剂溶液，80～90℃下保温反应，得到核层聚合物乳液；(3)在步骤(2)所得乳液中滴加壳单体和第三引发剂溶液，滴完后在80～90℃下保温反应，得到辣椒素改性丙烯酸水性乳液；所述核单体为丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸正丁酯的混合物；所述壳单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和步骤(1)所得辣椒素丙烯酸酯单体的混合物。2.根据权利要求1所述的一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述分离纯化步骤为：反应结束后将产物抽滤，取滤液用饱和碳酸氢钠溶液洗涤，取上层有机相，再用去离子水洗涤，干燥后以洗脱剂为乙酸乙酯和正己烷的柱层析提纯，旋蒸得到辣椒素丙烯酸酯单体。3.根据权利要求1所述的一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液的制备方法，其特征在于：步骤(2)中制备种子乳液所用核单体为核单体总质量的1/10。4.根据权利要求1所述的一种辣椒素改性丙烯酸水性乳液的制备方法，其特征在于：所述第一引发剂为过硫酸钾，第一引发剂的加入量为单体总质量的0.2％～0.3％；所述第二引发剂溶液包含过硫酸钾、十二烷基硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡剑峰，刘玮琪，瞿金清，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44