一种水性丙烯酸树脂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水性丙烯酸树脂的制备方法及由所述方法制得的水性丙烯酸树脂，该方法包括以下步骤：向反应器中加入有机溶剂和链转移剂，混合；加入混合物A1，其中，混合物A1包括丙烯酸类单体I、有机硅和引发剂；加入混合物A2，其中，混合物A2包括有机溶剂、链转移剂和引发剂，反应；加入混合物B1，其中，混合物B1包括丙烯酸类单体II、有机硅和引发剂；加入混合物B2，其中，混合物B2包括有机溶剂、链转移剂和引发剂，反应。由本发明专利技术制备的丙烯酸酯水性分散体所形成的漆膜，具有良好的耐水性、抗冲击性、光泽度，以及较高的硬度、附着力等优异性能。

A kind of waterborne acrylic resin and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种水性丙烯酸树脂及其制备方法
本专利技术涉及高分子合成领域，具体涉及一种水性丙烯酸树脂的制备方法及其制备的水性丙烯酸树脂。
技术介绍
近年来，随着生活水平的不断提高和科技的不断发展，人们对环境保护越来越重视。传统的溶剂型涂料释放的可挥发有机化合物(VOC)是现代社会中的主要污染源。排放到空气中的VOC通常有刺激性气味，能够被直接吸入体内或者刺激眼睛、皮肤等，造成身体的严重损伤和精神的折磨。随着人们对环保越来越重视，水性涂料受到越来越多的关注。水性漆以水作溶剂，绿色环保且节省了大量的资源；消除了施工过程中的火灾危险性；还降低了对大气的污染。水性涂料在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆在表面进行施工；对材质表面的适应性好，涂层的附着力强。另外，涂装的工具可以用水清洗，大大的减少了清洗溶剂的消耗。水性丙烯酸树脂可作为水性涂料的成膜介质，水性丙烯酸类树脂主要是在引发剂作用下由多种丙烯酸类单体通过自由基聚合反应所生成的共聚产物。良好的光泽度、成膜性好、稳定性高和耐化学品性、生产与使用安全、且无污染、价格便宜、施工性能良好等是水性丙烯酸树脂特有的优点，它是一种绿色环保型的产品，但是，在现有技术由水性丙烯酸树脂形成的漆膜的硬度低，耐水性、附着力和抗冲击性能较差，限制了其发展。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：采用溶液聚合的方法制备水性丙烯酸树脂，通过分步加入原料，且匀速连续滴加的方式加入到反应体系中，并控制一定的回流温度，自由基聚合制得水性丙烯酸树脂，该水性丙烯酸树脂的平均粒径小，由该水性丙烯酸树脂形成的漆膜具有较高的硬度、附着力、抗冲击性能和耐水性，且该水性丙烯酸树脂的制备方法简单，易于实现，适宜大规模工业化生产，从而完成本专利技术。本专利技术一方面在于提供一种水性丙烯酸树脂的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1、向反应器中加入有机溶剂和链转移剂，混合；步骤2、向反应器中加入混合物A1，所述混合物A1包括丙烯酸类单体I、有机硅和引发剂；步骤3、向反应器中加入混合物A2，反应，所述混合物A2包括有机溶剂、链转移剂和引发剂；步骤4、向反应器中加入混合物B1，所述混合物B1包括丙烯酸类单体II、有机硅和引发剂；步骤5、向反应器中加入混合物B2，所述混合物B2包括有机溶剂、链转移剂和引发剂，反应。本专利技术的另一方面提供一种水性丙烯酸树脂，优选为根据本专利技术第一方面所述的方法制得，该水性丙烯酸树脂的平均粒径低于1200nm。本专利技术所具有的有益效果为：(1)本专利技术提供的水性丙烯酸树脂的制备方法，采用在恒定较高的温度下，分步加料且匀速滴加的方法制备水性丙烯酸树脂，使得聚合过程平稳进行，易于控制，使得水性丙烯酸树脂的生产重现性好，且具有优异的性能；(2)由本专利技术制得的水性丙烯酸树脂形成的漆膜具有较高的硬度、附着力、光泽度，良好的耐冲击性、耐水性等性能，该水性丙烯酸树脂的平均粒径低于1200nm，例如平均粒径为1039nm，粘度达到6000mPa〃s，由该水性丙烯酸树脂喷涂所形成的漆膜的硬度达到3H，附着力达到0级，抗冲击500克正面冲击时达到45cm高度，反面冲击500g，冲击高度达到35cm。(3)由本专利技术在制备水性丙烯酸树脂时加入了有机硅，从而在水性丙烯酸树脂成膜时，形成互穿网络结构，可提高漆膜的抗冲击性能。(4)本专利技术所提供的制备方法简单、原料易得、绿色环保，适用于大规模工业化生产。附图说明图1示出本专利技术实施例1制得的水性丙烯酸树脂的粒度测试结果；图2示出本专利技术实施例1制得的水性丙烯酸树脂的粒径分布曲线；图3示出接触角示意图；图4示出本专利技术实施例2制得的漆膜其上水滴的接触角冻结图像。具体实施方式下面通过附图和优选实施方式对本进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。本专利技术一方面提供一种丙烯酸酯水性分散体的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1、向反应器中加入有机溶剂和链转移剂，混合。本专利技术采用溶液聚合的方法制备水性丙烯酸树脂，溶液聚合的反应温度好控制，且在溶液聚合中由于溶剂能起到很好的稀释作用，所以使得单体和引发剂在整个聚合体系的粘度会降低，整个反应会更加容易进行并且反应更加充分，不会出现凝胶效应和局部过热的现象。根据本专利技术，步骤1中，有机溶剂选自醇类溶剂、酮类溶剂、烃类溶剂、酯类溶剂和醚类溶剂中一种或几种，优选为醇类溶剂或醚类溶剂，更优选选自乙二醇二甲醚、乙二醇丁醚和乙二醇乙醚中的一种或几种，例如乙二醇丁醚。根据本专利技术特别优选的实施方式，步骤1中，有机溶剂为乙二醇丁醚，乙二醇丁醚溶解性好，可以保证树脂合成过程中单体均相聚合，其次是在后续通过蒸馏的方式最大限度除去有机溶剂，保证树脂中有机挥发物含量低，以及在制备漆膜时有机溶剂挥发速度适宜有利于形成连续漆膜。本专利技术人发现，使用脂肪族硫醇类链转移剂时，所得到的水性丙烯酸树脂的分子量分布窄，性能稳定。根据本专利技术，步骤1中，链转移剂选自脂肪族硫醇中的一种或几种，优选选自正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、正十八烷基硫酸和巯基乙醇中的一种或几种，优选为正十二烷基硫醇。根据本专利技术，步骤1中，基于有机溶剂为110重量份，链转移剂为1～12重量份，优选为2～10重量份，更优选为4～8重量份，例如为6.95重量份。本专利技术中，在步骤1中，先在反应器中加入有机溶剂和链转移剂，优选采用搅拌的方式使有机溶剂和链转移剂充分混合，能够使后续添加的丙烯酸类单体I和II快速形成小分子交联，使制得的水性丙烯酸树脂分子量分布更窄，也使得聚合反应更加充分。根据本专利技术，步骤1中，采用搅拌的方式进行混合，搅拌速度200～600r/min，优选为300～500r/min，更优选为400r/min。本专利技术中，步骤1中，将有机溶剂和链转移剂加入到反应器中，将反应器置于恒温条件下，优选将反应器置于恒温水浴锅中升温，体系在较高温度下，当加入后续反应物后可使得聚合反应快速进行。根据本专利技术，步骤1中，控制反应体系的温度为70～90℃，更优选为80～90℃，例如85℃。控制体系在该温度下进行反应，可获得性能良好的水性丙烯酸树脂，当反应体系温度较高时，制得的水性丙烯酸的分子交联密度过大，甚至发生凝胶反应；当反应体系温度较低时，水性丙烯酸树脂形成的漆膜的耐水性和附着力较差。步骤2、向反应器中加入混合物A1，所述混合物A1包括丙烯酸类单体I、有机硅和引发剂；根据本专利技术，向反应器中加入混合物A1，优选以匀速连续滴加的方式加入。采用匀速连续滴加的方式滴加原料，使得原料在混合物中易于分散，从而使得聚合反应易于控制，避免一次性加料导致产品性能较差，反应不完全等。根据本专利技术，混合物A1以匀速连续滴加的方式加入到反应器中，在1～5h内滴加完毕，优选在2～4h滴加完毕，更优选为在3h内滴加完毕。根据本专利技术，基于步骤1中有机溶剂为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性丙烯酸树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、向反应器中加入有机溶剂和链转移剂，混合；/n步骤2、向反应器中加入混合物A1，所述混合物A1包括丙烯酸类单体I、有机硅和引发剂；/n步骤3、向反应器中加入混合物A2，反应，所述混合物A2包括有机溶剂、链转移剂和引发剂；/n步骤4、向反应器中加入混合物B1，所述混合物B1包括丙烯酸类单体II、有机硅和引发剂；/n步骤5、向反应器中加入混合物B2，所述混合物B2包括有机溶剂、链转移剂和引发剂，反应。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性丙烯酸树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、向反应器中加入有机溶剂和链转移剂，混合；
步骤2、向反应器中加入混合物A1，所述混合物A1包括丙烯酸类单体I、有机硅和引发剂；
步骤3、向反应器中加入混合物A2，反应，所述混合物A2包括有机溶剂、链转移剂和引发剂；
步骤4、向反应器中加入混合物B1，所述混合物B1包括丙烯酸类单体II、有机硅和引发剂；
步骤5、向反应器中加入混合物B2，所述混合物B2包括有机溶剂、链转移剂和引发剂，反应。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，
控制体系温度为70～90℃，优选为80～90℃，例如85℃，和/或
采用搅拌的方式进行混合，搅拌速度为200～600r/min，优选为300～500r/min，更优选为400r/min。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1中，
基于有机溶剂为110重量份，链转移剂为1～12重量份，优选地为2～10重量份。
所述有机溶剂选自醇类溶剂、酮类溶剂、烃类溶剂、酯类溶剂和醚类溶剂中一种或几种，优选为醇类溶剂或醚类溶剂，更优选选自乙二醇二甲醚、乙二醇乙醚和乙二醇丁醚中的一种或几种，例如乙二醇丁醚，
所述链转移剂选自脂肪族硫醇中的一种或几种，优选选自正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、正十八烷基硫酸和巯基乙醇中的一种或几种，更优选为正十二烷基硫醇。


4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，
基于步骤1中有机溶剂为110重量份，
步骤2中：
丙烯酸类单体I120～180重量份，优选为130～150重量份；
有机硅3～10重量份，优选为5～9重量份；和
引发剂2～6重量份，优选为2～4重量份，
所述丙烯酸类单体I选自甲基丙烯酸、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种，优选为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸羟乙酯，
所述有机硅为硅烷偶联剂，优选选自乙烯基三乙氧基硅烷乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中一种或几种，
所述引发剂为自由基引发剂，优选选自过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二乙酰中的一种或几种，优选为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。


5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，基于步骤1中有机溶剂为110重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶栋梁，金凤，宋苗苗，车红彪，王永忠，姜广鹏，陈继堂，张琳，崔玉民，张宏，李慧泉，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34