一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液及其制备方法
阅读说明：本技术 一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液及其制备方法 (Organic silicon modified acrylic emulsion for glass coating and preparation method thereof ) 是由 孙东明 付磊 李荣银 陈楚宏 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液,包括以下重量份数的原料：丙烯酸丁酯8～15份；甲基丙烯酸甲酯15～25份；甲基丙烯酸丁酯10～25份；甲基丙烯酸0.1～0.3份；丙烯酸羟乙酯10～15份；有机硅单体2～5份；过硫酸铵0.01～0.1份；乳化剂0.3～1份；去离子水20～30份；氨水0.01～0.1份。本发明通过利用有机硅单体与丙烯酸单体发生加聚反应,通过控制有机硅单体的反应量,保证顺利反应的同时,防止有机硅单体发生水解而破坏乳液的稳定性,乳液形成的漆膜的附着力、硬度以及耐溶剂性都有一定的提升。(The invention relates to an organic silicon modified acrylic emulsion for glass paint, which comprises the following raw materials in parts by weight: 8-15 parts of butyl acrylate; 15-25 parts of methyl methacrylate; 10-25 parts of butyl methacrylate; 0.1-0.3 part of methacrylic acid; 10-15 parts of hydroxyethyl acrylate; 2-5 parts of an organic silicon monomer; 0.01-0.1 part of ammonium persulfate; 0.3-1 part of an emulsifier; 20-30 parts of deionized water; 0.01-0.1 part of ammonia water. According to the invention, by utilizing the addition polymerization reaction of the organic silicon monomer and the acrylic acid monomer and controlling the reaction amount of the organic silicon monomer, the smooth reaction is ensured, the organic silicon monomer is prevented from being hydrolyzed to damage the stability of the emulsion, and the adhesive force, hardness and solvent resistance of a paint film formed by the emulsion are improved to a certain extent.)
技术领域
本发明涉及功能高分子领域，尤其涉及一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液。
背景技术
随着经济的发展，时代的进步，人们越来越重视对生态环境的保护，实施可持续发展，节约能源是新时代的一大主旋律。现有的有机溶剂型玻璃涂料含有机化合物排放量大，均有害于人体和生态环境，不符合现代环保理念。水性丙烯酸树脂是以自来水为介质，无毒无异味不易燃，且不添加有机溶剂，可以制备绿色环保型的水性玻璃涂料，逐步取代溶剂型涂料在市场的主要地位。
水性丙烯酸树脂涂料具有优异的耐寒性，高光泽度等优点，但是由于丙烯酸树脂含有亲水基团，容易与溶剂产生氢键，导致漆膜耐溶剂性不足，且附着力较差，尤其是对光滑的玻璃的附着。因此，亟需一种附着力强、耐溶剂性强的玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液及其制备方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硬度高、附着力强的玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液，包括以下重量份数的原料：
丙烯酸丁酯8～15份；
甲基丙烯酸甲酯 15～25份；
甲基丙烯酸丁酯 10～25份；
甲基丙烯酸 0.1～0.3份；
丙烯酸羟乙酯 10～15份；
有机硅单体2～5份；
过硫酸铵 0.01～0.1份；
乳化剂 0.3～1份；
去离子水 20～30份；
氨水 0.01～0.1份。
优选的，有机硅单体为环氧基硅烷齐聚物。
环氧基硅烷齐聚物相对于其他有机硅单体更能提高丙烯酸漆膜的硬度。
优选的，乳化剂为DF乳化剂。
优选的，丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的质量比为（4～5）：10。
丙烯酸丁酯作为软单体，甲基丙烯酸甲酯作为硬单体，丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的质量比为（4～5）：10时，丙烯酸漆膜具有较高的硬度。
优选的，丙烯酸乙酯的加入量为总质量的12%。
优选的，甲基丙烯酸丁酯的加入量为总质量的11.2%
本发明还提供一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
S1、将DF乳化剂、适量去离子水、氨水和甲基丙烯酸搅拌混合均匀；分别加入丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和有机硅单体后，搅拌预乳化，得到预乳液；取少量预乳液作为种子乳液；
S2、将过硫酸铵溶解于剩余的去离子水中，得到过硫酸铵溶液；
S3、在反应釜中加入种子乳液，升温至80℃后加入过硫酸铵溶液，反应釜内温度为80℃；反应釜内出现蓝光后滴加预乳液，滴加完毕后保温1h；得到反应产物；
S4、待反应产物冷却至40℃后，调节反应产物的pH至6.5～7.5，过滤，得到有机硅改性丙烯酸乳液。
优选的，步骤S2中的预乳液滴加时间为3h。控制预乳液的滴加时间，从而控制反应速率。
与现有技术中的玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液相比，本发明玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液具有以下优点：
本发明通过利用有机硅单体与丙烯酸单体发生加聚反应，通过控制有机硅单体的反应量，保证顺利反应的同时，防止有机硅单体发生水解而破坏乳液的稳定性，乳液形成的漆膜的附着力、硬度以及耐溶剂性都有一定的提升。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将对本发明实施方式的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
各实施例中去离子水为分散介质，去离子水分两部分使用，考虑各成分的分散为主，并不严格要求各部分的用量，对最终得到的丙烯酸乳液并无实质影响。
本具体实施方式中环氧基硅烷齐聚物的为广州硅碳新材料有限公司SIC 6654；丙烯基双封端硅油为siloks 3572F5。
实施例1
本实施例提供一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液，包括以下重量份数的原料：
丙烯酸丁酯8份；
甲基丙烯酸甲酯 15份；
甲基丙烯酸丁酯 10份；
甲基丙烯酸 0.1份；
丙烯酸羟乙酯 10份；
有机硅单体2份；
过硫酸铵 0.01份；
乳化剂 0.3份；
去离子水 20份；
氨水 0.01份。
有机硅单体为SIC 6654。
乳化剂为DF乳化剂。
本实施例还提供一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：
S1、将DF乳化剂、适量去离子水、氨水和甲基丙烯酸搅拌混合均匀；分别加入丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和有机硅单体后，搅拌预乳化，得到预乳液；取少量预乳液作为种子乳液；
S2、将过硫酸铵溶解于剩余的去离子水中，得到过硫酸铵溶液；
S3、在反应釜中加入种子乳液，升温至80℃后加入过硫酸铵溶液，反应釜内温度为80℃；反应釜内出现蓝光后滴加预乳液，预乳液滴加时间为3h，滴加完毕后保温1h；得到反应产物；
S4、待反应产物冷却至40℃后，调节反应产物的pH至6.5～7.5，过滤，得到有机硅改性丙烯酸乳液。
实施例2
本实施例提供一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液，包括以下重量份数的原料：
丙烯酸丁酯15份；
甲基丙烯酸甲酯 25份；
甲基丙烯酸丁酯 25份；
甲基丙烯酸 0.3份；
丙烯酸羟乙酯 15份；
有机硅单体5份；
过硫酸铵 0.1份；
乳化剂 1份；
去离子水 30份；
氨水 0.1份。
有机硅单体为SIC 6654。
乳化剂为DF乳化剂。
本实施例玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法与实施例1类似，区别仅在原料的比例不同。
实施例3
本实施例提供一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液，包括以下重量份数的原料：
丙烯酸丁酯10份；
甲基丙烯酸甲酯20份；
甲基丙烯酸丁酯 23.5份；
甲基丙烯酸 0.3份；
丙烯酸羟乙酯 12份（即12%）；
有机硅单体3份；
过硫酸铵 0.1份；
乳化剂 1份；
去离子水 30份；
氨水 0.1份。
有机硅单体为SIC 6654。
乳化剂为DF乳化剂。
本实施例玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法与实施例1类似，区别仅在原料的比例不同。
实施例4
本实施例提供一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液，包括以下重量份数的原料：
丙烯酸丁酯15份；
甲基丙烯酸甲酯 25份；
甲基丙烯酸丁酯 11.54份（11.2%）；
甲基丙烯酸 0.3份；
丙烯酸羟乙酯 15份；
有机硅单体5份；
过硫酸铵 0.1份；
乳化剂 1份；
去离子水 30份；
氨水 0.1份。
有机硅单体为SIC 6654。
乳化剂为DF乳化剂。
本实施例玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法与实施例2类似，区别仅在于甲基丙烯酸丁酯的加入量不同。
对比例1
本对比例提供一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液，包括以下重量份数的原料：
丙烯酸丁酯10份；
甲基丙烯酸甲酯20份；
甲基丙烯酸丁酯 23.5份；
甲基丙烯酸 0.3份；
丙烯酸羟乙酯 12份；
有机硅单体3份；
过硫酸铵 0.1份；
乳化剂 1份；
去离子水 30份；
氨水 0.1份。
有机硅单体为siloks 3572F5。
乳化剂为DF乳化剂。
本对比例玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法与实施例3类似，区别仅在于有机硅单体不同。
本对比例反应过程中，乳液出现分层情况。
对比例2
本对比例提供本实施例提供一种玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液，包括以下重量份数的原料：
丙烯酸丁酯15份；
甲基丙烯酸甲酯 25份；
甲基丙烯酸丁酯 11.54份；
甲基丙烯酸 0.3份；
丙烯酸羟乙酯 15份；
过硫酸铵 0.1份；
乳化剂 1份；
去离子水 30份；
氨水 0.1份。
乳化剂为DF乳化剂。
本对比例玻璃涂料用有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法与实施例4类似，区别仅在于本对比例不添加有机硅单体。
将实施例1-4和对比例1-2得到的有机硅改性丙烯酸乳液加入2%的成膜助剂二丙二醇丁醚，制得玻璃漆，将对应玻璃漆倾倒在相同规格的玻璃板上，用四面制备器选择100μm的厚度进行拉膜，待膜定型后于140℃下预烘烤30min，冷却；进行以下漆膜性能测试，测试结果如表1所示。
耐酒精性测定：利用橡皮酒精耐磨试验机，橡皮负重500g，选用95%的酒精，以2秒一个来回的速度在60mm长度范围内来回擦拭，每10次观察漆膜是否脱落，从而评定其耐乙醇摩擦次数。
铅笔硬度测定：根据GB/T6739-1996进行，采用QHQ-A型铅笔硬度划痕硬度仪来测定漆膜的硬度。采用2B到4H的铅笔，铅笔应与漆膜表面形成45°，用相同大小的力推动铅笔硬度划痕仪，若笔未造成漆膜表面擦伤的最大硬度值，即为漆膜硬度。
附着力测试：根据GB-79286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格实验》，采用划格法来测定漆膜附着力等级。
表1 实施例1-4和对比例1-2的漆膜性能测试结果
编号
耐酒精摩擦/次
硬度等级
附着力等级
实施例1
630
H
1
实施例2
610
H
1
实施例3
680
2H
0
实施例4
630
2H
1
对比例1
470
HB
2
对比例2
380
HB
2
上述实施方式仅为本发明的部分优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。