一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体及制备方法
阅读说明：本技术 一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体及制备方法 (Water-based acrylic acid dispersion applied to high-speed rail surface coating and preparation method ) 是由 陈玉英 于 2020-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及涂料技术领域,尤其涉及一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体及制备方法。本发明按照质量份数包括8～15份含双键反应性多元醇溶剂、46份单体及链转移剂、35～40份去离子水、2～8份二甲基乙醇胺；单体按照质量份数包括10～12份甲基丙烯酸甲酯、8份丙烯酸羟乙酯、16～18份苯乙烯、10份链转移剂丙烯酸丁酯、10～12份双键反应性多元醇溶剂聚乙烯醇；其制备步骤为：将聚乙烯醇投入反应釜中；将单体与链转移剂用4个小时向反应釜内滴加,并在150℃下反应釜保温2小时；将反应釜降温到90℃,加入去离子水和二甲基乙醇胺中和高速搅拌1小时后降温到80℃以下即可包装。本发明解决了现有的水性丙烯酸分散体助剂过多,固含低,粘度高,VOC含量低,符合环保要求。(The invention relates to the technical field of coatings, in particular to a water-based acrylic acid dispersoid applied to a high-speed rail surface coating and a preparation method thereof. The double-bond reactive polyol cleaning agent comprises, by mass, 8-15 parts of double-bond reactive polyol solvent, 46 parts of monomer and chain transfer agent, 35-40 parts of deionized water and 2-8 parts of dimethylethanolamine; the monomer comprises, by mass, 10-12 parts of methyl methacrylate, 8 parts of hydroxyethyl acrylate, 16-18 parts of styrene, 10 parts of a chain transfer agent butyl acrylate and 10-12 parts of double-bond reactive polyol solvent polyvinyl alcohol; the preparation method comprises the following steps: putting polyvinyl alcohol into a reaction kettle; dropwise adding the monomer and the chain transfer agent into the reaction kettle for 4 hours, and keeping the temperature of the reaction kettle at 150 ℃ for 2 hours; cooling the reaction kettle to 90 ℃, adding deionized water and dimethylethanolamine for neutralization, stirring at a high speed for 1 hour, cooling to below 80 ℃, and packaging. The invention solves the problems of excessive auxiliary agents, low solid content, high viscosity and low VOC content of the existing aqueous acrylic acid dispersoid, and meets the requirement of environmental protection.)
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体及其制备方法。
背景技术
水性丙烯酸分散系作为环保的水性防腐涂料，主要用作钢结构防腐。随着人们对环境保护和施工安全的重视，VOC在常规溶剂型涂料中的排放要求日益严格，VOC防制与综合治理提到空前高度。发展友好型涂料是我国涂料行业实现产品转型升级、保持可持续发展的必然选择，而水性涂料安全环保、施工方便，涂料水性化是发展友好型涂料的一种重要途径。水性防腐蚀涂料体系具有符合环保标准、低VOC和安全性的优点，目前，水性丙烯酸分散体在工业防腐涂料行业、船舶、海上平台设施等防腐工程正在积极推广应用。
而常规的丙烯酸水性分散体因需要8％～10％的助溶剂，并不能完全实现VOC的低排放，而且常规的丙烯酸水性分散体，固含低，粘度大，难以突破高固含，低粘度，因此本发明提供一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体以解决上述问题。
发明内容
针对上述现有技术不足，本发明提供一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体。核心内容是通过反应性多元醇溶剂，以链转移聚合方法制得稳定的高固分的聚丙烯酸分散体。
本发明的合成原理为：
一种水性丙烯酸分散体，按照质量份数包括8～15份含双键反应性多元醇溶剂、46份单体及链转移剂、35～40份去离子水以及2～8份二甲基乙醇胺。
优选的，所述单体按照质量份数包括10～12份甲基丙烯酸甲酯、8份丙烯酸羟乙酯、16～18份苯乙烯；
优选的，所述链转移剂丙烯酸丁酯，按照质量份数为10份；
优选的，所述双键反应性多元醇溶剂为聚乙烯醇，按照质量份数为10～12份；
优选的，所述聚乙烯醇的分子量为500～1000。
本发明还提供一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体的制备方法，其包括：
步骤一、将所需质量百分比的含双键反应性多元醇溶剂投入反应釜中反应；
步骤二、关闭投料孔，开启氮气置换釜内空气，并开始对釜内升温，当釜内物料温度达到150℃时，开动搅拌电机进行搅拌；
步骤三、按照水性丙烯酸分散体各单体以及链转移剂的设计配比称取各组分，将称取的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟基乙酯、苯乙烯以及丙烯酸丁酯，用4个小时向反应釜内滴加完毕，并在150℃温度下反应釜保温2小时，得到丙烯酸酯预聚物；
步骤四、步骤三反应结束后，将反应釜降温到90℃，加入去离子水和二甲基乙醇胺中和高速搅拌1小时，搅拌结束后降温到80℃以下即可包装。
优选的，所述包装后的水性丙烯酸分散体放在阴凉处储存。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明解决了现有的水性丙烯酸分散体助剂过多，固含低，粘度高，VOC含量低，符合环保要求；
水性丙烯酸分散体是由多种单体聚合而成，最常用的单体为甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯，苯乙烯作为硬单体提高漆膜的硬度，并且可以替代部分甲基丙烯酸甲酯，从而降低生产的成本；最常用的软单体为丙烯酸丁脂，它可以提高漆膜的柔韧性；最常用的羟基功能性单体为丙烯酸羟乙脂，羟基官能团的引入可以提供交联反应的位点；
以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、N,N-二甲基乙醇胺为主要原料合成了水性丙烯酸分散体。研究发现，通过两步法加入丙烯酸单体、增加体系的中和度、减慢水的加入速度时，分散体的稳定性有所提高。所制备的分散体和水性固化剂具有较好的相容性，因此漆膜的交联度比较高，耐水性比较好；
水性丙烯酸分散体的合成原理为链转移聚合反应，其操作简单，利用化学接枝法制备了应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体，漆膜的综合性能优良。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
该水性丙烯酸分散体按照质量份数包括10份含双键反应性多元醇溶剂、46份单体及链转移剂、40份去离子水以及4份二甲基乙醇胺。
优选的，所述单体按照质量份数包括10份甲基丙烯酸甲酯、8份丙烯酸羟乙酯、18份苯乙烯；
优选的，所述链转移剂丙烯酸丁酯，按照质量份数为10份；
优选的，所述双键反应性多元醇溶剂为聚乙烯醇。
本发明还提供一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体的制备方法，其包括：
步骤一、将所需质量百分比的含双键反应性多元醇溶剂投入反应釜中反应；
步骤二、关闭投料孔，开启氮气置换釜内空气，并开始对釜内升温，当釜内物料温度达到150℃时，开动搅拌电机进行搅拌；
步骤三、按照水性丙烯酸分散体各单体以及链转移剂的设计配比称取各组分，将称取的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟基乙酯、苯乙烯以及丙烯酸丁酯，用4个小时向反应釜内滴加完毕，并在150℃温度下反应釜保温2小时，得到丙烯酸酯预聚物；
步骤四、步骤三反应结束后，将反应釜降温到90℃，加入去离子水和二甲基乙醇胺中和高速搅拌1小时，搅拌结束后降温到80℃以下即可包装。
实施例2
该水性丙烯酸分散体按照质量份数包括12份含双键反应性多元醇溶剂、46份单体及链转移剂、40份去离子水以及2份二甲基乙醇胺。
优选的，所述单体按照质量份数包括10份甲基丙烯酸甲酯、8份丙烯酸羟乙酯、18份苯乙烯；
优选的，所述链转移剂丙烯酸丁酯，按照质量份数为10份；
优选的，所述双键反应性多元醇溶剂为聚乙烯醇。
本发明还提供一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体的制备方法，其包括：
步骤一、将所需质量百分比的含双键反应性多元醇溶剂投入反应釜中反应；
步骤二、关闭投料孔，开启氮气置换釜内空气，并开始对釜内升温，当釜内物料温度达到150℃时，开动搅拌电机进行搅拌；
步骤三、按照水性丙烯酸分散体各单体以及链转移剂的设计配比称取各组分，将称取的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟基乙酯、苯乙烯以及丙烯酸丁酯，用4个小时向反应釜内滴加完毕，并在150℃温度下反应釜保温2小时，得到丙烯酸酯预聚物；
步骤四、步骤三反应结束后，将反应釜降温到90℃，加入去离子水和二甲基乙醇胺中和高速搅拌1小时，搅拌结束后降温到80℃以下即可包装。
实施例3
该水性丙烯酸分散体按照质量份数包括10份含双键反应性多元醇溶剂、46份单体及链转移剂、40份去离子水以及4份二甲基乙醇胺。
优选的，所述单体按照质量份数包括12份甲基丙烯酸甲酯、8份丙烯酸羟乙酯、16份苯乙烯；
优选的，所述链转移剂丙烯酸丁酯，按照质量份数为10份；
优选的，所述双键反应性多元醇溶剂为聚乙烯醇。
本发明还提供一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体的制备方法，其包括：
步骤一、将所需质量百分比的含双键反应性多元醇溶剂投入反应釜中反应；
步骤二、关闭投料孔，开启氮气置换釜内空气，并开始对釜内升温，当釜内物料温度达到150℃时，开动搅拌电机进行搅拌；
步骤三、按照水性丙烯酸分散体各单体以及链转移剂的设计配比称取各组分，将称取的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟基乙酯、苯乙烯以及丙烯酸丁酯，用4个小时向反应釜内滴加完毕，并在150℃温度下反应釜保温2小时，得到丙烯酸酯预聚物；
步骤四、步骤三反应结束后，将反应釜降温到90℃，加入去离子水和二甲基乙醇胺中和高速搅拌1小时，搅拌结束后降温到80℃以下即可包装。
实施例4
该水性丙烯酸分散体按照质量份数包括12份含双键反应性多元醇溶剂、46份单体及链转移剂、35份去离子水以及7份二甲基乙醇胺。
优选的，所述单体按照质量份数包括12份甲基丙烯酸甲酯、8份丙烯酸羟乙酯、16份苯乙烯；
优选的，所述链转移剂丙烯酸丁酯，按照质量份数为10份；
优选的，所述双键反应性多元醇溶剂为聚乙烯醇。
本发明还提供一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体的制备方法，其包括：
步骤一、将所需质量百分比的含双键反应性多元醇溶剂投入反应釜中反应；
步骤二、关闭投料孔，开启氮气置换釜内空气，并开始对釜内升温，当釜内物料温度达到150℃时，开动搅拌电机进行搅拌；
步骤三、按照水性丙烯酸分散体各单体以及链转移剂的设计配比称取各组分，将称取的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟基乙酯、苯乙烯以及丙烯酸丁酯，用4个小时向反应釜内滴加完毕，并在150℃温度下反应釜保温2小时，得到丙烯酸酯预聚物；
步骤四、步骤三反应结束后，将反应釜降温到90℃，加入去离子水和二甲基乙醇胺中和高速搅拌1小时，搅拌结束后降温到80℃以下即可包装。
实施例5
该水性丙烯酸分散体按照质量份数包括11份含双键反应性多元醇溶剂、46份单体及链转移剂、38份去离子水以及4份二甲基乙醇胺。
优选的，所述单体按照质量份数包括12份甲基丙烯酸甲酯、8份丙烯酸羟乙酯、17份苯乙烯；
优选的，所述链转移剂丙烯酸丁酯，按照质量份数为10份；
优选的，所述双键反应性多元醇溶剂为聚乙烯醇。
本发明还提供一种应用于高铁表面涂层的水性丙烯酸分散体的制备方法，其包括：
步骤一、将所需质量百分比的含双键反应性多元醇溶剂投入反应釜中反应；
步骤二、关闭投料孔，开启氮气置换釜内空气，并开始对釜内升温，当釜内物料温度达到150℃时，开动搅拌电机进行搅拌；
步骤三、按照水性丙烯酸分散体各单体以及链转移剂的设计配比称取各组分，将称取的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟基乙酯、苯乙烯以及丙烯酸丁酯，用4个小时向反应釜内滴加完毕，并在150℃温度下反应釜保温2小时，得到丙烯酸酯预聚物；
步骤四、步骤三反应结束后，将反应釜降温到90℃，加入去离子水和二甲基乙醇胺中和高速搅拌1小时，搅拌结束后降温到80℃以下即可包装。
为了与本发明实施例所得水性丙烯酸分散体形成对比，提供了对比例1，对比例提供的涂料制备方法与实施例1～5基本一致，区别在于，各组分及其质量份数不同，对比例1中各组分的重量配比为：50份去离子水、10份聚乙二醇、3份丙烯酸、10份叔碳酸缩水甘油酯、10份甲基丙烯酸甲酯、6份二甲基乙醇胺、5份二丙二醇甲醚、6份丙烯酸异冰片酯。
将对比例1制备得到的涂料与本实施例所得的水性丙烯酸分散体在相同条件下做以下测试：
外观测定：目视观察水性丙烯酸分散体的颜色、透明度、均匀性、状态等物理性状；
固含量测定：将一个干净的表面皿至于110摄氏度烘箱内烘20min，然后干燥冷却至室温，称重为W1，将样品搅匀后，取少量乳液试样置于表面皿中，然后将其放入烘箱中，在120摄氏度下烘干1h后，干燥冷却至室温后称重W2，然后继续烘干1h,同样干燥冷却至室温，然后称重，质量标记为W3；重复上述操作，至前后的两次质量差不超过不大于0.01g为止；
水性丙烯酸分散体的固化量计算公式：
粘度测定：将待测样品置于干燥的烧杯中，选择合适的转子和转速，利用数字粘度计测量待测样品的粘度；
PH测试：在玻璃片上放一小片PH试纸，用玻璃棒蘸取少量水性丙烯酸分散体到PH试纸上，半分钟后把PH试纸显示的颜色与标准比色卡比较，得到溶液的PH。
本实施例的水性丙烯酸分散体及对比例1经检测结果如下表1：
表1：
由上表可以看出，本发明实施例的水性丙烯酸分散体，采用合适的实验原料与合成工艺，如单体种类及用量，体系反应温度及时间，研究适合应用于高铁表面的涂层，进行工艺与配方优化，最终得出的工艺方法，性能检测结果为：各实施例的水性丙烯酸分散体的外观均为白色，固含量为乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数，本发明的固含量较现有技术的水性丙烯酸分散体的固含量有明显的提高，粘度也相对减小，解决了现有技术的水性丙烯酸分散体合成体的固含量低、粘度大、助溶剂含量多的问题。由于本发明的原理是链转移，在聚合反应中活性中心从增长链转移到另一分子的过程，活性数目不变，增长着的大分子链失去活性，形成稳定大分子，降低产物的分子量，且链转移剂添加量越多，聚合物的链越短，粘度越小。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。