一种高附着力净味水性丙烯酸酯乳液及其制备方法技术

技术编号:24324277 阅读:129 留言:0更新日期:2020-05-29 17:37
本发明专利技术涉及一种高附着力净味水性丙烯酸酯乳液及其制备方法。所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液主要成分为侧链含有咪唑及其衍生物基团的改性聚丙烯酸酯,内聚力强,稳定性好,成膜后透明度高;在合成过程中咪唑及其衍生物与残留的丙烯酸酯单体发生加成反应生成无臭无味不挥发,表面张力低的化合物,作为高效基材润湿剂,明显提高乳液对基材的润湿性,同时作为界面剂,一端与基材紧密作用,另一端与含有咪唑结构的丙烯酸酯聚合物结合,提高聚合物在难附着基材表面的附着力。

High adhesion and pure taste waterborne acrylate emulsion and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种高附着力净味水性丙烯酸酯乳液及其制备方法
本专利技术涉及一种高附着力净味水性丙烯酸酯乳液及其制备方法。
技术介绍
随着环保法规的逐渐加强以及国家对节能减排的控制和人们环保意识的增强,低VOC甚至零VOC无毒、无污染的新材料得到广泛认可和飞速发展。水性涂料因此得到人们的大力追捧。水性涂料是由水性乳液在水为载体时添加水性助剂及颜填料等制作而成,其表面张力高,对某些低表面张力的基材的附着力极差,严重影响涂料的通用性。水性乳液在合成过程随着反应程度提高,其笼蔽效应、玻璃化效应、单体竞聚率等的影响越来越大,将阻止单体进一步聚合,加之游离的单体浓度低,与自由基碰撞的几率大幅下降,因此常规水性乳液中存在一定量的单体,造成水性乳液气味较难闻,影响乳液性能,损害消费者身心健康。为了使水性涂料更好地在基材上铺展和附着,本领域技术人员常常通过加入低表面张力的润湿剂的方式提高水性涂料对基材的附着力,但对于某些特定基材,如聚乙烯、聚丙烯、或含有脱模剂的基材表面,加入润湿剂依然无法满足客户需求。另一种方式就是在合成过程中引入低表面张力的基团,如有机硅类链段,降低胶乳颗粒的界面张力,达到提高附着力的目的。但由于胶乳颗粒在基材表面的铺展和扩散不如小分子润湿剂迅速,部分基材,尤其是表面存在大量微孔或凹陷的基材,其附着力效果不佳。本领域技术人员研发了多种方式去除单体残留:蒸馏法、汽提法、补加引发剂法、氧化还原体系法、碱性物质转化法等。蒸馏法和汽提法是以蒸馏或者蒸汽抽提的形式将单体挥发出体系。两者均需消耗大量热量,延长生产周期,同时,由于两者均需在较高温度下操作,对乳液的性能有一定影响,效果不佳。补加引发剂法则通过后期补加引发剂,提高体系自由基浓度,达到充分聚合的目的。由于残留单体不多,加入的引发剂过量,在有限的反应时间内未完全分解,留在体系中,可能对乳液后期性能及存储稳定性造成很大的影响。氧化还原体系法通过加入氧化剂和还原剂,通过氧化还原形成自由基,提高体系自由基浓度,降低单体残留。对比补加引发剂法,氧化还原体系法最终可实现无氧化剂和还原剂,对乳液后期性能及存储稳定性影响不大,现在的乳液合成工艺基本上都采用此方法。通常使用的氧化还原体系有过氧化氢-吊白块,叔丁基过氧化氢-吊白块,叔丁基过氧化氢-FF6M,过氧化氢-抗坏血酸,过氧化氢-亚硫酸氢钠等,但由于氧化还原体系生成的自由基寿命短,其与残留单体反应的效率不高,常常无法完全消除残留单体,影响产品质量。碱性物质反应法是利用碱性物质与丙烯酸单体中的双键发生加成反应,将丙烯酸单体与碱性物质结合,达到消除气味的目的。常用的碱性物质包括氨水、有机胺、水合肼等。氨水、有机胺等需要在很高的温度下与体系中的残留单体反应,可能造成乳液爆聚、破乳等问题,并且无法完全消除残留单体;水合肼与丙烯酸酯类单体在加热条件下反应活性较高,效果较好,但由于水合肼自身毒性高、易挥发,存储不当可能造成爆炸等严重后果,并且残留的水合肼常规分离方式无法从体系中去除,在乳液聚合后处理时必须确保用量准确,在实际应用中无法实现大规模批量放大生产。
技术实现思路
本专利技术涉及一种高附着力净味水性丙烯酸酯乳液及其制备方法。所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液主要成分为侧链含有咪唑及其衍生物基团的改性聚丙烯酸酯,内聚力强,稳定性好,成膜后透明度高,与低表面基材的附着力好;在合成过程中咪唑及其衍生物与残留的丙烯酸酯单体发生加成反应生成无臭无味不挥发,表面张力低的化合物,作为高效基材润湿剂,明显提高乳液对基材的润湿性,同时作为界面剂,一端与基材紧密作用,另一端与含有咪唑结构的丙烯酸酯聚合物结合,提高聚合物在难附着基材表面的附着力。所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液的后处理简便,绿色高效。本专利技术的目的在于提供一种高附着力净味水性丙烯酸酯乳液及其制备方法。所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液主要成分为侧链含有咪唑及其衍生物基团的改性聚丙烯酸酯,内聚力强,稳定性好,成膜后透明度高,与低表面基材的附着力好。所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液在合成过程中咪唑及其衍生物与残留的丙烯酸酯单体发生加成反应生成无臭无味不挥发,表面张力低的咪唑及其衍生物改性丙烯酸及其酯,沸点超过320℃,在几乎完全去除残留单体的同时,得到了一类润湿性能良好、铺展速度快、表面张力低的小分子润湿剂,在涂料应用过程中,迅速在基材表面铺展,对基材形成极好的润湿;同时作为界面剂一端与基材紧密作用,另一端与含有咪唑结构的丙烯酸酯聚合物结合,进一步提高聚合物在难附着基材表面的附着力。所述乳液后处理简便,通过大孔混床树脂可将催化剂、助催化剂、过量的反应原料咪唑及其衍生物完全分离出体系,催化剂、咪唑及其衍生物经简单处理即可重新使用,绿色高效。本专利技术采用的技术方案是,所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液由如下结构通式的化合物结构构成:;其中所述a-f为聚合度数值;a=0-200的整数,b=0-200的整数,c=0-200的整数,d=0-200的整数,e=20-125的整数,f=20-125的整数,a、b、c、d至多仅允许一个数取值为0;R1-R4为H、甲基、乙基、1-丁基、2-乙基-1-己基中的几种的组合物,有且只有一个为H,且当取代基为H时,相应的聚合度取值为5-30的整数;R5-R8为H和甲基中的一种或两种的组合物;R9为中的一种。所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液在合成过程中还生成了如下结构的化合物:;其中R10为H和甲基中的一种或两种的组合物;R11为H、甲基、乙基、1-丁基、2-乙基-1-己基及烯丙基中的一种及一种以上的组合物。所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液的制备方法为:(1)以摩尔份数计,将1份含烯丙基的丙烯酸酯与1.05-1.13份咪唑或咪唑衍生物在氮气保护下搅拌均匀,加入0.05-0.1份催化剂和0.03-0.05份助催化剂,升温至40~60℃,恒温3-8小时,降温至15-25℃,得含烯丙基的咪唑改性丙酸酯;(2)以重量份数计,将4-30份丙烯酸酯搅拌混合均匀,得到单体组合物。将0.1-0.8份乳化剂溶于4-40份去离子水中,完全溶解后,将单体组合物加入乳化剂的水溶液中,高速分散0.5-1小时,得到稳定的预乳液;将0.4-6份预乳液和0.05-0.8份引发剂加入反应釜中,加热至75-90℃,反应0.5-1小时直至体系呈现蓝光,2-4小时内在设定温度下将剩余的预乳液滴加完毕,保温0.5-2小时,得丙烯酸前体乳液;(3)以重量份数计,取100份步骤(2)得到的丙烯酸前体乳液,补加入0.5-1.2份引发剂,缓慢加入10-50份步骤(1)得到的咪唑改性丙酸酯,滴加在2-4小时内完成,保持75-90℃搅拌1-2小时后,降温至30-40℃,加入大孔混床树脂,搅拌0.5-1小时后过滤分离大孔混床树脂,加入pH调节剂至体系pH=6-8,得高附着力净味水性丙烯酸酯乳液;其中所述含烯丙基的丙烯酸酯为丙烯酸烯丙酯和甲基丙烯酸烯丙酯中的一种;所述咪唑或咪本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种高附着力净味水性丙烯酸酯乳液,其特征在于,所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液由如下结构通式的化合物结构构成:/n

【技术特征摘要】
1.一种高附着力净味水性丙烯酸酯乳液,其特征在于,所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液由如下结构通式的化合物结构构成:


其中所述a-f为聚合度数值;a=0-200的整数,b=0-200的整数,c=0-200的整数,d=0-200的整数,e=20-125的整数,f=20-125的整数,a、b、c、d至多仅允许一个数取值为0;
R1-R4为H、甲基、乙基、1-丁基、2-乙基-1-己基中的几种的组合物,有且只有一个为H,且当取代基为H时,相应的聚合度取值为5-30的整数;
R5-R8为H和甲基中的一种或两种的组合物;
R9为中的一种;
所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液的制备方法为:
(1)以摩尔份数计,将1份含烯丙基的丙烯酸酯与1.05-1.13份咪唑或咪唑衍生物在氮气保护下搅拌均匀,加入0.05-0.1份催化剂和0.03-0.05份助催化剂,升温至40~60℃,恒温3-8小时,降温至15-25℃,得含烯丙基的咪唑改性丙酸酯;
(2)以重量份数计,将4-30份丙烯酸酯搅拌混合均匀,得到单体组合物;
将0.1-0.8份乳化剂溶于4-40份去离子水中,完全溶解后,将单体组合物加入乳化剂的水溶液中,高速分散0.5-1小时,得到稳定的预乳液;将0.4-6份预乳液和0.05-0.8份引发剂加入反应釜中,加热至75-90℃,反应0.5-1小时直至体系呈现蓝光,2-4小时内在设定温度下将剩余的预乳液滴加完毕,保温0.5-2小时,得丙烯酸前体乳液;
(3)以重量份数计,取100份步骤(2)得到的丙烯酸前体乳液,补加入0.5-1.2份引发剂,缓慢加入10-50份步骤(1)得到的咪唑改性丙酸酯,滴加在2-4小时内完成,保持75-90℃搅拌1-2小时后,降温至30-40℃,加入大孔混床树脂,搅拌0.5-1小时后过滤分离大孔混床树脂,加入pH调节剂至体系pH=6-8,得高附着力净味水性丙烯酸酯乳液;
其中所述含烯丙基的丙烯酸酯为丙烯酸烯丙酯和甲基丙烯酸烯丙酯中的一种;
所述咪唑或咪唑衍生物为咪唑,4-甲基咪唑,4-硝基咪唑中的一种;
所述丙烯酸酯单体为丙烯酸,甲基丙烯酸,丙烯酸甲酯,甲基丙烯酸甲酯,丙烯酸乙酯,丙烯酸丁酯,甲基丙烯酸丁酯,丙烯酸(2-乙基己基)酯和甲基丙烯酸(2-乙基己基)酯中的几种的组合物;
所述乳化剂选自CM-30,SDS和T-80中的一种;
所述引发剂选自过硫酸钾和过硫酸铵中的一种;
所述催化剂为氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑;
所述助催化剂选自苄基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵和三辛基甲基溴化铵中的一种;
所述pH调节剂选自氢氧化钠、氨水、三乙胺、N,N-二甲基乙醇胺中的一种;
所述大孔混床树脂为Purolite®MB424,在过滤出体系后用丙酮溶解残留的聚合物,之后用1mol/L的盐酸乙醇溶液洗脱,洗脱液加入过量浓氨水得到催化剂、助催化剂、咪唑及衍生物的混合物。


2.根据权利要求1所述的高附着力净味水性丙烯酸酯乳液,其特征在于:所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液在合成过程中还生成了如下结构的化合物:


其中R10为H和甲基中的一种或两种的组合物;
R11为H、甲基、乙基、1-丁基、2-乙基-1-己基及烯丙基中的一种及一种以上的组合物。


3.根据权利要求1所述的高附着力净味水性丙烯酸酯乳液,其特征在于:所述高附着力净味水性丙烯酸酯乳液的制备方法为:
(1)以摩尔份数计,将1mol丙烯酸烯丙酯与1.05mol4-硝基咪唑在氮气保护下搅拌均匀,加入0.1mol催化剂氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑和0.03mol四丁基溴化铵,升温至60℃,恒温6小时,降温至15℃,得3-(4-硝基咪唑基)丙酸烯丙酯;
(2)将400g由15g丙烯酸,137g甲基丙烯酸甲酯,155g甲基丙烯酸丁酯和93g丙烯酸(2-乙基己基)酯搅拌混合均匀,得到单体组合物;
将10g乳化剂CM-30溶于400g去离子水中,完全溶解后,将单体组合物加入乳化剂的水溶液中,高速分散0.5-1小时,得到白色粘稠的稳定预乳液;将50g预乳液和5g引发剂过硫酸铵加入反应釜中,加热至75℃,反应0.5小时后体系呈现蓝光,2小时内在75℃下将剩余的预乳液滴加完毕,继续保温2小时后,降温至40℃,得丙烯酸前体乳液;
(3)取300g步骤(2)得到的丙烯酸前体乳液,补加入3.55g过硫酸铵,缓慢滴加150g3-(4-硝基咪唑基)丙酸烯丙酯,滴加在4小时完成,75℃保温2小时后,降温至38℃,加入...

【专利技术属性】
技术研发人员:邱元进饶长贵陈国栋
申请(专利权)人:福建华夏蓝新材料科技有限公司
类型:发明
国别省市:福建;35

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