一种改性丙烯酸酯乳液及含有该乳液的水性涂料制造技术

本发明专利技术公开了一种改性丙烯酸酯乳液及含有该乳液的水性涂料。本发明专利技术采用丙烯酰胺化粉煤灰负载氮掺杂纳米TiO

【技术实现步骤摘要】
一种改性丙烯酸酯乳液及含有该乳液的水性涂料
本专利技术涉及乳液及涂料，具体涉及一种丙烯酰胺化粉煤灰负载光催化剂改性的丙烯酸酯乳液及其制备方法，以及含有该乳液的水性涂料。
技术介绍
传统溶剂型涂料含有大量的有机性挥发物，包括甲醛、三苯、酮类、醚类等，它们不仅对空气造成了污染，还影响了人体健康和节能减排。目前，国家已经逐步出台政策限制溶剂型涂料的生产和使用，加大水性涂料的市场占有率已迫在眉睫，开发高性能的水性涂料已经成为未来的发展趋势。丙烯酸酯乳液因其光泽好、耐腐蚀及耐污染性好等优点而成为水性涂料的主要基料；但其在实际应用中，由于自身结构的限制，仍存在一些问题，如硬度低、耐溶剂性、耐水性差等，其应用受到了限制。近年来，由于人们对绿色化工的重视程度不断增加以及聚合理论和技术的不断发展与完善，水性丙烯酸酯乳液的改性广受关注。丙烯酸酯乳液改性一般有三种方法：一，通过改进聚合工艺或通过乳液粒子设计和采用乳液聚合新工艺来改善丙烯酸酯乳液的性能；二，通过引入其他功能性基团，使丙烯酸酯乳液具有多功能或某种特定功能；三，通过与无机纳米粒子或其他乳液共混制备性能优良的混合乳液。随着时代的发展以及人们对高质量绿色化学品的追求，普通丙烯酸酯改性方法已经不能满足需求，科研人员纷纷寻求其他新型改性方法或者尝试将2种或者2种以上的改性方法同时引入获得功能更为完善的改性丙烯酸酯产品。专利CN104497777A公开了一种室温自交联水性涂料及其制备方法，专利同时利用无机纳米粒子二氧化硅和环氧树脂采用半连续种子乳液聚合工艺制备了双重改性的具有核壳结构的室温自交联丙烯酸酯乳液。但其制备的乳液采用纳米二氧化硅为核，成本较高；同时，乳液不具备吸附降解室内有机挥发物的功能。当今人们工作生活的室内环境中的质量越来越引起了人们的重视。装修材料释放出的有毒气体，如甲醛等造成的室内空气污染，对人们的身体和心理健康产生了严重的危害，并且其本身还极难去除。有资料表明，甲醛的自然释放周期长达8～9年。针对严重的室内空气污染，从源头控制污染是最有效的方法。传统的物理性空气净化技术对室内空气污染物中的甲醛、苯系物等有机污染物的处理能力有限。而不会产生二次污染的光催化技术具有极强的除菌、清污、去除甲醛等清洁功能，是目前去除甲醛最好的催化分解技术。中国专利CN102146256A公开了一种新型抗甲醛净味的全效水性内墙涂料。其采用将除醛乳液、竹炭粉、TiO2光催化剂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、填料与其他助剂直接共混在一起，虽然操作简单，但竹炭粉、TiO2光催化剂、填料等没有经过有机改性，其很难在乳液中良好分散，造成光催化效果不能良好发挥；这些物质的团聚容易造成沉淀，降低涂料的存储寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种丙烯酰胺化粉煤灰负载光催化剂改性的丙烯酸酯乳液和含有该乳液的水性涂料，以及它们的制备方法。本专利技术提供的一种丙烯酰胺化粉煤灰负载光催化剂改性的丙烯酸酯乳液，采用了粉煤灰作为改性填料，原料易得成本低，且具有多孔结构，可以对室内挥发性有机物实现良好吸附；同时粉煤灰负载了氮掺杂纳米TiO2光催化剂，可以实现光催化剂在乳液中的良好分散，显著提高了对室内挥发性有机物的光催化效率；乳液制备采用了半连续种子乳液聚合工艺，制备出了具有核壳结构的改性丙烯酸酯乳液，显著延长了产品的存放时间。所述改性丙烯酸酯乳液的具体技术方案如下：一种改性丙烯酸酯乳液，通过包括如下步骤的方法制得：(1)、丙烯酰胺化粉煤灰的制备：将20质量份的原始粉煤灰粉料加入到200～300质量份的氢氧化钠水溶液(2-3mol/L)中高速搅拌分散，然后在100-120℃的冷凝回流条件下机械搅拌4h；待所得混合物冷却至室温后，用去离子水抽滤，将产物洗涤至其滤液的pH值为8-10，把滤饼放在150-180℃的鼓风干燥箱中烘干12h，得到表面羟基化的粉煤灰；将25-30质量份羟基化粉煤灰和80～100质量份的N-甲基吡咯烷酮加入反应釜中高速搅拌分散，然后加入5-6质量份硅烷偶联剂kh-550，在100-120℃氮气气氛反应3-5h后抽滤提纯并干燥制得硅烷化粉煤灰；将25-30质量份的硅烷化粉煤灰在100～150质量份的N-甲基吡咯烷酮中高速搅拌分散，将分散液加入到反应釜中，然后加入25-30质量份3,5-二氨基苯甲酸，在140-180℃和氮气气氛下反应4-6h后，冷却至室温，抽滤提纯并干燥，即制得超支化粉煤灰；最后将50-60质量份超支化粉煤灰放入反应釜中，加入100～120质量份的丙烯酸，在氮气氛围下100-160℃反应3-5h，冷却至室温后，提纯、干燥，制得丙烯酰胺化粉煤灰；(2)、光催化剂N-TiO2的制备：在室温条件下将钛酸丁酯溶解于无水乙醇中，再缓慢加入硝酸调节溶液的pH值为2.5-4.0；然后将浓氨水缓慢滴入混合溶液中，充分搅拌1-2h得到纳米N-TiO2分散液；将所述分散液进行充分冷冻干燥，得到纳米粉末；最后将粉末在500～600℃的条件下焙烧1～2h得到光催化剂N-TiO2粉末；其中钛酸丁酯、无水乙醇和浓氨水的体积比为2:8-12:1。(3)、丙烯酰胺化粉煤灰/N-TiO2的制备：将三乙醇胺、去离子水、无水乙醇按体积比为2:3:15～20的比例混合均匀，配成混合溶液；然后将混合溶液质量5～10％的N-TiO2粉末倒入到上述混合溶液中，然后加入去离子水质量15％～20％的PEG(聚乙二醇2000)直至溶解，在高速搅拌下进行充分分散，得到N-TiO2分散液；最后将丙烯酰胺化粉煤灰加入其中，丙烯酰胺化粉煤灰与N-TiO2粉末的质量比为10～5:1，高速搅拌充分分散后，在60℃水浴中中速搅拌熟化约4小时，得到丙烯酰胺化粉煤灰/N-TiO2溶胶；溶胶冷却至室温，然后进行充分冷冻干燥，即得到丙烯酰胺化粉煤灰/N-TiO2。(4)、复合乳化剂溶液的制备：将3-6质量份的OP-10和1-3质量份的十二烷基硫酸钠溶解在150质量份的去离子水中，搅拌均匀即可；(5)、引发剂水溶液的制备：将0.5-1.0质量份的过硫酸铵或过硫酸钾溶解在50质量份的水中制得；(6)、核预乳液的制备：按质量份计将20-26的甲基丙烯酸甲酯，19-25的丙烯酸丁酯，1-2的苯乙烯，7-15的环氧树脂(E-44或E-51)混合均匀，滴加到50质量份的步骤(4)制得的复合乳化剂溶液中，在55℃下高速搅拌1小时，制得乳白色核预乳液；(7)、壳预乳液的制备：按质量份计将28-34的甲基丙烯酸甲酯，29-36的丙烯酸丁酯，2-5的丙烯酰胺，2.5-6的羟甲基丙烯酰胺，2.5-6的双丙酮丙烯酰胺混合均匀，滴加到50质量份的步骤(4)制得的复合乳化剂溶液中，在55℃下高速搅拌1小时，制得乳白色壳预乳液；(8)、改性丙烯酸酯乳液的制备：在反应釜中加入50质量份的步骤(4)制得的复合乳化剂溶液，然后加入12-20质量份的步骤(3)制得的丙烯酰胺化粉煤灰/N-TiO2，升温至50℃高速搅拌30min；然后在15min内将步骤(6)得到的核预乳液的1/10和步骤(5)得到的引发剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性丙烯酸酯乳液，其特征在于，通过包括如下步骤的方法制得：/n(1)、丙烯酰胺化粉煤灰的制备：将20质量份的原始粉煤灰粉料加入到200～300质量份的氢氧化钠水溶液(2-3mol/L)中高速搅拌分散，然后在100-120℃的冷凝回流条件下机械搅拌4h；待所得混合物冷却至室温后，用去离子水抽滤，将产物洗涤至其滤液的pH值为8-10，把滤饼放在150-180℃的鼓风干燥箱中烘干12h，得到表面羟基化的粉煤灰；将25-30质量份羟基化粉煤灰和80～100质量份的N-甲基吡咯烷酮加入反应釜中高速搅拌分散，然后加入5-6质量份硅烷偶联剂kh-550，在100-120℃氮气气氛反应3-5h后抽滤提纯并干燥制得硅烷化粉煤灰；将25-30质量份的硅烷化粉煤灰在100～150质量份的N-甲基吡咯烷酮中高速搅拌分散，将分散液加入到反应釜中，然后加入25-30质量份3,5-二氨基苯甲酸，在140-180℃和氮气气氛下反应4-6h后，冷却至室温，抽滤提纯并干燥，即制得超支化粉煤灰；最后将50-60质量份超支化粉煤灰放入反应釜中，加入100～120质量份的丙烯酸，在氮气氛围下100-160℃反应3-5h，冷却至室温后，提纯、干燥，制得丙烯酰胺化粉煤灰；/n(2)、光催化剂N-TiO...

【技术特征摘要】
1.一种改性丙烯酸酯乳液，其特征在于，通过包括如下步骤的方法制得：
(1)、丙烯酰胺化粉煤灰的制备：将20质量份的原始粉煤灰粉料加入到200～300质量份的氢氧化钠水溶液(2-3mol/L)中高速搅拌分散，然后在100-120℃的冷凝回流条件下机械搅拌4h；待所得混合物冷却至室温后，用去离子水抽滤，将产物洗涤至其滤液的pH值为8-10，把滤饼放在150-180℃的鼓风干燥箱中烘干12h，得到表面羟基化的粉煤灰；将25-30质量份羟基化粉煤灰和80～100质量份的N-甲基吡咯烷酮加入反应釜中高速搅拌分散，然后加入5-6质量份硅烷偶联剂kh-550，在100-120℃氮气气氛反应3-5h后抽滤提纯并干燥制得硅烷化粉煤灰；将25-30质量份的硅烷化粉煤灰在100～150质量份的N-甲基吡咯烷酮中高速搅拌分散，将分散液加入到反应釜中，然后加入25-30质量份3,5-二氨基苯甲酸，在140-180℃和氮气气氛下反应4-6h后，冷却至室温，抽滤提纯并干燥，即制得超支化粉煤灰；最后将50-60质量份超支化粉煤灰放入反应釜中，加入100～120质量份的丙烯酸，在氮气氛围下100-160℃反应3-5h，冷却至室温后，提纯、干燥，制得丙烯酰胺化粉煤灰；
(2)、光催化剂N-TiO2的制备：在室温条件下将钛酸丁酯溶解于无水乙醇中，再缓慢加入硝酸调节溶液的pH值为2.5-4.0；然后将浓氨水缓慢滴入混合溶液中，充分搅拌1-2h得到纳米N-TiO2分散液；将所述分散液进行充分冷冻干燥，得到纳米粉末；最后将粉末在500～600℃的条件下焙烧1～2h得到光催化剂N-TiO2粉末；其中钛酸丁酯、无水乙醇和浓氨水的体积比为2:8-12:1。
(3)、丙烯酰胺化粉煤灰/N-TiO2的制备：将三乙醇胺、去离子水、无水乙醇按体积比为2:3:15～20的比例混合均匀，配成混合溶液；然后将混合溶液质量5～10％的N-TiO2粉末倒入到上述混合溶液中，然后加入去离子水质量15％～20％的PEG，在高速搅拌下进行充分分散，得到N-TiO2分散液；最后将丙烯酰胺化粉煤灰加入其中，丙烯酰胺化粉煤灰与N-TiO2粉末的质量比为10～5:1，高速搅拌充分分散后，在60℃水浴中中速搅拌熟化约4小时，得到丙烯酰胺化粉煤灰/N-TiO2溶胶；溶胶冷却至室温，然后进行充分冷冻干燥，即得到丙烯酰胺化粉煤灰/N-TiO2；
(4)、复合乳化剂溶液的制备：将3-6质量份的OP-10和1-3质量份的十二烷基硫酸钠溶解在150质量份的去离子水中，搅拌均匀即可；
(5)、引发剂水溶液的制备：将0.5-1.0质量份的过硫酸铵或过硫酸钾溶解在50质量份的水中制得；
(6)、核预乳液的制备：按质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘付永，张荣，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14