一种无机杂化丙烯酸乳液及其制备方法、涂料及其应用技术

本发明专利技术公开了一种无机杂化丙烯酸乳液及其制备方法、涂料及其应用，该无机杂化丙烯酸乳液的制备原料包括丙烯酸乳液基础原料和杂化添加剂；丙烯酸乳液基础原料包括：丙烯酸酯不饱和单体、苯乙烯、单官能团功能单体、多官能团交联单体、乳化剂和引发剂；杂化添加剂包括硅烷偶联剂和碱金属硅酸盐，杂化添加剂的用量占制备原料总质量的8～15％。其中，硅烷偶联剂和碱金属硅酸盐的添加，可实现对丙烯酸乳液的杂化，所得无机杂化丙烯酸乳液存储稳定性高，应用涂覆成膜时能够快速建立成膜强度，实现快速干燥，所形成涂膜硬度强，耐刮擦性好，且耐水性强。性强。

【技术实现步骤摘要】
一种无机杂化丙烯酸乳液及其制备方法、涂料及其应用


[0001]本专利技术涉及涂料
，尤其是涉及一种无机杂化丙烯酸乳液及其制备方法、涂料及其应用。

技术介绍

[0002]有机丙烯酸乳液作为建筑涂料、工业涂料的主要成膜物质在近年来被广泛应用，其主要特点是对颜填料粘结力好，能通过自干或者烘干成膜，干燥成膜后具备一定的耐水性、耐候性和耐沾污性能。但由于常规丙烯酸乳液干燥速度慢，极大限制其在需要快干涂装生产线，或者快速施工场合的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种无机杂化丙烯酸乳液及其制备方法、涂料及其应用。
[0004]本专利技术的第一方面，提出了一种无机杂化丙烯酸乳液，其制备原料包括丙烯酸乳液基础原料和杂化添加剂；所述丙烯酸乳液基础原料包括：丙烯酸酯不饱和单体、苯乙烯、单官能团功能单体、多官能团交联单体、乳化剂和引发剂；所述杂化添加剂包括硅烷偶联剂和碱金属硅酸盐，所述杂化添加剂的用量占所述制备原料的总质量的8～15％。
[0005]根据本专利技术实施例无机杂化丙烯酸乳液，至少具有以下有益效果：该无机杂化丙烯酸乳液在丙烯酸物乳液基础原料的基础上，添加碱金属硅酸盐和硅烷偶联剂进行无机杂化，其应用涂覆于基材成膜时，由于乳液中的碱金属硅酸盐可与空气中的二氧化碳反应生成高模数硅酸盐、碳酸盐和二氧化硅(如下反应式Ⅰ)，使得无机杂化乳液涂膜能够快速建立成膜强度，达到快速干燥的效果；而不像普通乳液需要进行乳胶粒子变形、分子链相互扩散和渗透，以致相互缠绕，方可达到聚结的物理成膜。另外，如若将该无机杂化丙烯酸乳液应用于含钙(或钙离子)和/或二氧化硅的基材上，可进一步达到快速干燥的目的，具体地，由于乳液中碱金属硅酸盐可与基材中的钙离子/二氧化硅反应生成硅酸盐(如下反应式Ⅱ、Ⅲ)，且针对在含钙离子的基材上所形成的膜层，空气中的二氧化碳会进一步促进反应的进行，从而可更迅速地建立强度，提高性能，并且可与基材中的钙离子/二氧化硅持续发生反应，达到涂膜基材一体的效果，接触面可作为衔接层更好地承接基材和膜层，这使得对于需要快速施工的场合可以更为放心使用。
[0006]反应式I：
[0007]反应式II：
[0008]反应式III：
[0009]另外，由于碱金属硅酸盐自身可发生如下反应式Ⅳ所示的缩合离解可逆反应的同时，还极易同多价金属离子Mg
2+
、Ca
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Fe
3+
、Al
3+
等发生几乎是不可逆的离子反应(类似于如下反应式
Ⅴ
)，生成不溶性的硅酸盐而增稠，甚至凝胶固化；同时无机杂化涂料的pH高，碱性强，电解质浓度大，极易会对涂料中乳液所含亲水性基团(如羧基和羟基)及其它有机物造成水解和表面电荷中和，破坏乳液等的稳定性。对此，以上无机杂化丙烯酸乳液利用硅烷偶联剂对碱金属硅酸盐进行表面改性，以进行稳定化处理(如下反应式
Ⅵ
)，让碱金属硅酸盐中的硅原子上接上有机基团，可适当降低碱金属硅酸盐的活性官能团(硅醇基)数，以降低碱金属硅酸盐的反应活性，同时通过有机基团的空间位阻也可以进一步提高碱金属硅酸盐的稳定性；用硅烷偶联剂对碱金属硅酸盐进行改性后，硅烷偶联剂中的双键能够接枝在丙烯酸聚合物的链节上，可达到无机杂化的目的，进而可提高碱金属硅酸盐在丙烯酸乳液中的掺杂量，进而产品无机杂化丙烯酸乳液在成膜后由于碱金属硅酸盐中硅氧键的刚性，可显著提高膜层的硬度，进而提高膜层的表面耐刮擦性；并且，在采用碱金属硅酸盐的同时，添加硅烷偶联剂进行改性，可使产品丙烯酸乳液对碱金属硅酸盐的相容性好，储存稳定性佳，可实现有机无机复合，进而可克服常规丙烯酸乳液热粘冷脆的缺陷。
[0010]反应式IV：
[0011]反应式V：
[0012]反应式
Ⅵ
：
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，基于所述杂化添加剂的总质量，所述杂化添加剂包括20～35％硅烷偶联剂和65～80％碱金属硅酸盐。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述碱金属硅酸盐选自硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂中的至少一种；所述硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，按质量份计，所述丙烯酸乳液基础原料包括：10～27份丙烯酸酯不饱和单体、5～15份苯乙烯、1～3.5份单官能团功能单体、0.5～5份多官能团交联单体、0.6～2份乳化剂、0.15～0.4份引发剂、1～2份pH调节剂、21～56份水。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述单官能团功能单体选自甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺、N
‑
羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、衣康酸中的至少一种。优选
采用丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述多官能团交联单体选自三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、羟乙基丙烯酰脲中的至少一种。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述丙烯酸酯不饱和单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸丁酯中的至少一种。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述乳化剂选自聚氧乙烯醚硫酸钠、SR
‑
10、SE
‑
10、3
‑
烯丙氧基
‑
2羟基
‑1‑
丙烷磺酸钠盐、十二烷基硫酸钠、聚合度为10～40(即EO＝10～40)的烷基聚氧乙烯醚中的至少一种。在本专利技术的一些实施方式中，所述引发剂选自过硫酸钠、过硫酸按、过硫酸钾中的至少一种；优选采用过硫酸钾。另外，pH调节剂可采用氢氧化钠、浓度为25～28wt％的氨水等。
[0020]本专利技术的第二方面，提出了一种以上任一种无机杂化丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
[0021]S1、将丙烯酸酯不饱和单体、苯乙烯、单官能团功能单体、多官能团交联单体、部分乳化剂、部分引发剂和部分水混合得到组分A；将剩余的引发剂与另一部分水混合得到组分B；将硅烷偶联剂和碱金属硅酸盐混合，制得杂化添加剂；
[0022]S2、将剩余的乳化剂和剩余的水混合，升温后加入所述组分B，而后滴加所述组分A，再加入pH调节剂，进行保温反应；而后向其中添加所述杂化添加剂进行反应。
[0023]步骤S1中，组分A中乳化剂含量可占乳化剂总量的40～60％，引发剂用量可占引发剂总量75～85％，水用量可占水总量的40～50％；组分B中水用量可占水总量的1～5％。杂化添加剂的配制可通过在50～70℃下将硅烷偶联剂缓慢滴加在保持搅拌的碱金属硅酸盐中，滴加完成后保温1～1.5h；其中，滴加时间可控制在0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无机杂化丙烯酸乳液，其特征在于，其制备原料包括丙烯酸乳液基础原料和杂化添加剂；所述丙烯酸乳液基础原料包括：丙烯酸酯不饱和单体、苯乙烯、单官能团功能单体、多官能团交联单体、乳化剂和引发剂；所述杂化添加剂包括硅烷偶联剂和碱金属硅酸盐，所述杂化添加剂的用量占所述制备原料的总质量的8～15％。2.根据权利要求1所述无机杂化丙烯酸乳液，其特征在于，基于所述杂化添加剂的总质量，所述杂化添加剂包括10～20％硅烷偶联剂和80～90％碱金属硅酸盐。3.根据权利要求1所述无机杂化丙烯酸乳液，其特征在于，所述碱金属硅酸盐选自硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂中的至少一种；所述硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。4.根据权利要求1至3中任一项所述无机杂化丙烯酸乳液，其特征在于，按质量份计，所述丙烯酸乳液基础原料包括：10～27份丙烯酸酯不饱和单体、5～15份苯乙烯、1～3.5份单官能团功能单体、0.5～5份多官能团交联单体、0.6～2份乳化剂、0.15～0.4份引发剂、1～2份pH调节剂、21～56份水。5.根据权利要求4所述无机杂化丙烯酸乳液，其特征在于，所述单官能团功能单体选自甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺、N
‑
羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、衣康酸中的至少一种；优选地，所述多官能团交联单体选自三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、羟乙基丙烯酰脲中的至少一种；...

【专利技术属性】
技术研发人员：高春生，张成平，
申请(专利权)人：深圳市高氏粘合剂制品有限公司，
类型：发明
国别省市：