改性无溶剂丙烯酸酯分散体、水性涂料及其制备方法和彩砂的制备方法
阅读说明：本技术 改性无溶剂丙烯酸酯分散体、水性涂料及其制备方法和彩砂的制备方法 (Modified solvent-free acrylate dispersoid, water-based paint and preparation method thereof, and preparation method of colored sand ) 是由 姜美佳 秦玉猛 李维亚 孔丁峰 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体、改性无溶剂丙烯酸酯分散体的制备方法、水性涂料、水性涂料的制备方法及彩砂的制备方法。该分散体不含有溶剂,分子量较小,渗透性和润湿性好,提高染色效果,减小色差,并且使染色更牢固和均匀。本发明制备的砂子染色性好、耐候性好,耐水以及耐化性好。(The invention relates to a modified solvent-free acrylate dispersoid, a preparation method of the modified solvent-free acrylate dispersoid, a water-based paint, a preparation method of the water-based paint and a preparation method of colored sand. The dispersion contains no solvent, has small molecular weight and good permeability and wettability, improves the dyeing effect, reduces color difference and ensures that the dyeing is firmer and more uniform. The sand prepared by the invention has good dyeability, good weather resistance, and good water resistance and chemical resistance.)
技术领域
本发明涉及一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体、水性涂料及其制备方法和彩砂的制备方法。
背景技术
色彩丰富的砂子作为一种重要的“装饰调味素”，在真石漆、环氧地坪、浮雕、玻纤沥青瓦等建材领域得到广泛使用，需求逐年增加。然而天然彩石资源的无序开采已造成生态环境的破坏，随着环保政策对于矿源的严格要求，天然彩砂的供应越来越受限。同时，天然彩砂由于从自然界中直接破碎，所以大多数色泽混沌，强度差，容易粉化，批次色差大给生产使用带来困难。部分色泽鲜艳的天然彩砂，数量较少，且价格昂贵，局限性大。通过一定工艺制造的彩砂，具有色泽多样、丰富、色彩鲜艳，颜色一致，粒度均匀硬度高，耐久性好等优点，已逐渐成为生产现代真石漆涂料的首选材料。因此迫切需要研制一种能达到天然彩砂的使用效果且价格合理，制备工艺简单，符合资源节约型生产要求的彩砂制备工艺。
非天然彩砂生产目前采用的方法有：常温染色法、树脂固化法、高温烧结法。近年来随着工艺的改进，出现了陶瓷彩釉法。但上述方法都存在一些不足，常温染色法是将石英砂和有机染料直接搅拌混合，该法制备的彩砂，容易掉色，并且耐候性差。高温烧结法和陶瓷彩釉法需要的温度都较高，对设备要求较高，并且能耗较大。目前常用的树脂固化法大多采用的溶剂型丙烯酸树脂，使用了大量溶剂，不环保，对环境影响较大。CN 104261711 B采用水性环氧树脂固化法制备彩砂，存在染色牢度、耐酸碱性和耐候性差的问题。CN106478861 B采用水性羟基丙烯酸乳液固化法制备彩砂，树脂对砂子润湿性差，容易出现色差，同时乳液同固化剂相容性差，交联存在一定问题。
综上，常温染色法是将石英砂和有机染料直接搅拌混合，该法制备的彩砂，容易掉色，并且耐候性差。
高温烧结法和陶瓷彩釉法需要的温度都较高，对设备要求较高，并且能耗较大。
常用的树脂固化法大多采用的溶剂型丙烯酸树脂，使用了大量溶剂，不环保，对环境影响较大。
常用的水性树脂固化法，存在色牢度、色差、耐酸碱性以及耐候性等问题。
发明内容
一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体、改性无溶剂丙烯酸酯分散体的制备方法、水性涂料、水性涂料的制备方法及彩砂的制备方法，该分散体不含有溶剂，分子量较小，渗透性和润湿性好，提高染色效果，减小色差，并且使染色更牢固和均匀。本发明制备的砂子染色性好、耐候性好，耐水以及耐化性好。
本发明通过以下技术方案实现：
一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体，由以下组分按照以下质量份制备而成：
所述的单体为丙烯酸酯类单体、甲基丙烯酸酯类单体、苯乙烯中的一种或者任意两种以上组分组成。
所述的分子量调节剂为2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯。
所述的热分解型引发剂为叔戊基过氧化氢。
一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体的制备方法，包括如下步骤：
1)合成丙烯酸酯树脂：在容器中加入叔碳酸缩水甘油酯，然后升温至140-170℃；接着开始滴加单体总量的30％-70％、分子量调节剂总量的一半及热分解型引发剂总量的43-63％的混合物，滴加3-5h；滴完之后，开始滴加剩余的单体、分子量调节剂的另一半及热分解型引发剂总量的10-20％的混合物，滴加1-2h；滴完后，加入剩余的热分解型引发剂，继续保温1-2h，降温至20-40℃；
2)制备水性丙烯酸酯分散体：将步骤1)获得的丙烯酸酯树脂升温至60-90℃，然后加入pH调节剂中和至中性，最后在搅拌速率为2000-3000rmp下滴加去离子水，得到改性无溶剂丙烯酸酯分散体。
一种水性涂料，由A组份和B组分混合而成。
所述的A组份由以下组分按照以下质量份数比制备而成：
所述的B组份由以下组分按照以下质量份数比制备而成：
有机溶剂 30.00-40.00份
聚氨酯固化剂 60.00-70.00份。
一种水性涂料的制备方法，所述的A组份的制备方法包括如下步骤：
(1)将防沉剂加入搅拌速率为200-300rpm的4.00-12.00份去离子水中，然后提高转速至2000-3000rpm，持续搅拌20分钟,制成防沉浆备用；
(2)将分散剂和所制得的防沉浆加入搅拌速率为1000-2000rpm的13.00-21.00份去离子水中，然后在搅拌速率为300-500rpm下加入颜料，接着提高转速至1000-2000rpm，然后加入一半的消泡剂，接着在1500-2500rpm下搅拌20-30分钟；然后加入分散缸中并在2000-3000rpm下分散研磨直至细度小于10μm，之后过滤出色浆备用；
(3)将助溶剂、润湿剂和步骤(2)制备得到的色浆、紫外光吸收剂、阻胺光稳定剂、增稠剂、pH调节剂和另一半消泡剂加入所述的改性无溶剂丙烯酸酯分散体中，然后在1000-2000rpm下搅拌20-30分钟；
所述的B组份的制备方法包括如下步骤：将有机溶剂和聚氨酯固化剂在800-1200rpm下搅拌5-15分钟。
一种彩砂的制备方法，其特征在于：将权利要求5所述的水性涂料的A组分和B组份按质量比为4.5-5:1混合，然后在800-1200rpm下搅拌3-8分钟，再加入质量为A组分和B组份质量总量的10-20％的去离子水，并在800-1200rpm下搅拌3-8分钟，制得水性双组份涂料混合液；
然后将石英砂和所得的水性双组份涂料混合液按照质量比为960-980：20-50混合，并在800-1200rpm搅拌10-20分钟；然后置于110-130℃下烘烤25-35分钟，冷却即可。
较之前的现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的改性的无溶剂丙烯酸酯分散体，绿色环保，润湿性好，渗透性好，包裹率高，染色效果非常好，色彩鲜艳没有色差。
采用本发明的涂料能将白色的砂子染成各种颜色的砂子，而且染色的砂子耐候性好，耐水以及耐化性好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步阐述
实施例1
一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体，由以下组分按照以下质量份制备而成：
所述的单体为丙烯酸酯类单体、甲基丙烯酸酯类单体、苯乙烯中的一种或者任意两种以上组分组成。
所述的分子量调节剂为2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯。
所述的热分解型引发剂为叔戊基过氧化氢。
所述的pH调节剂为二甲基乙醇胺
一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体的制备方法，包括如下步骤：
1)合成丙烯酸酯树脂：在容器中加入叔碳酸缩水甘油酯，然后升温至140℃；接着开始滴加单体总量的30％、分子量调节剂总量的一半及热分解型引发剂总量的43的混合物，滴加3h；滴完之后，开始滴加剩余的单体、分子量调节剂的另一半及热分解型引发剂总量的10的混合物，滴加1h；滴完后，加入剩余的热分解型引发剂，继续保温1h，降温至20℃；
2)制备水性丙烯酸酯分散体：将步骤1)获得的丙烯酸酯树脂升温至60℃，然后加入pH调节剂中和至中性，最后在搅拌速率为2000rmp下滴加去离子水，得到改性无溶剂丙烯酸酯分散体。
实施例1的第一部分单体为丙烯酸9g+苯乙烯20g+丙烯酸丁酯8g+甲基丙烯酸甲酯8g，第二部分单体为丙烯酸4g+丙烯酸丁酯8g+甲基丙烯酸甲酯8g+甲基丙烯酸羟乙酯4g。
一种水性涂料，由A组份和B组分混合而成。
所述的A组份由以下组分按照以下质量份数比制备而成：
所述的B组份由以下组分按照以下质量份数比制备而成：
有机溶剂 30.00份
聚氨酯固化剂 60.00份。
一种水性涂料的制备方法，所述的A组份的制备方法包括如下步骤：
(1)将防沉剂加入搅拌速率为200rpm的4.00份去离子水中，然后提高转速至2000rpm，持续搅拌20分钟,制成防沉浆备用；
(2)将分散剂和所制得的防沉浆加入搅拌速率为1000rpm的21.00份去离子水中，然后在搅拌速率为300rpm下加入颜料，接着提高转速至1000rpm，然后加入一半的消泡剂，接着在1500rpm下搅拌20分钟；然后加入分散缸中并在2000rpm下分散研磨直至细度小于10μm，之后过滤出色浆备用；
(3)将助溶剂、润湿剂和步骤(2)制备得到的色浆、紫外光吸收剂、阻胺光稳定剂、增稠剂、pH调节剂和另一半消泡剂加入所述的改性无溶剂丙烯酸酯分散体中，然后在1000rpm下搅拌20分钟；
所述的B组份的制备方法包括如下步骤：将有机溶剂和聚氨酯固化剂在800rpm下搅拌5分钟。
一种砂子的染色方法，将所述的水性涂料的A组分和B组份按质量比为5：1的混合，然后在800rpm下搅拌3分钟，再加入A组分和B组份质量总量的10％的去离子水并在800rpm下搅拌8分钟，制得水性双组份涂料混合液；
然后将石英砂和所得的水性双组份涂料混合液按照质量比为960：40混合，并在800rpm搅拌10分钟；然后置于120℃下烘烤25分钟，冷却即可。
实施例2
一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体，由以下组分按照以下质量份制备而成：
所述的单体为丙烯酸酯类单体、甲基丙烯酸酯类单体、苯乙烯中的一种或者任意两种以上组分组成。
所述的分子量调节剂为2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯。
所述的热分解型引发剂为叔戊基过氧化氢。
一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体的制备方法，包括如下步骤：
1)合成丙烯酸酯树脂：在容器中加入叔碳酸缩水甘油酯，然后升温至140-170℃；接着开始滴加单体总量的70％、分子量调节剂总量的一半及热分解型引发剂总量的63％的混合物，滴加5h；滴完之后，开始滴加剩余的单体、分子量调节剂的另一半及热分解型引发剂总量的20％的混合物，滴加2h；滴完后，加入剩余的热分解型引发剂，继续保温2h，降温至40℃；
2)制备水性丙烯酸酯分散体：将步骤1)获得的丙烯酸酯树脂升温至90℃，然后加入pH调节剂中和至中性，最后在搅拌速率为3000rmp下滴加去离子水，得到改性无溶剂丙烯酸酯分散体。
实施例2的滴加的第一部分单体为丙烯酸9g+苯乙烯20g+丙烯酸丁酯8g+甲基丙烯酸甲酯8g，第二部分单体为丙烯酸2g+SipomerPAM2002g+丙烯酸丁酯8g+甲基丙烯酸甲酯8g+甲基丙烯酸羟乙酯4g。
一种水性涂料，由A组份和B组分混合而成。
所述的A组份由以下组分按照以下质量份数比制备而成：
所述的B组份由以下组分按照以下质量份数比制备而成：
有机溶剂 30.00份
聚氨酯固化剂 60.00份。
一种水性涂料的制备方法，所述的A组份的制备方法包括如下步骤：
(1)将防沉剂加入搅拌速率为300rpm的12.00份去离子水中，然后提高转速至3000rpm，持续搅拌20分钟,制成防沉浆备用；
(2)将分散剂和所制得的防沉浆加入搅拌速率为2000rpm的21.00份去离子水中，然后在搅拌速率为500rpm下加入颜料，接着提高转速至2000rpm，然后加入一半的消泡剂，接着在2500rpm下搅拌30分钟；然后加入分散缸中并在3000rpm下分散研磨直至细度小于10μm，之后过滤出色浆备用；
(3)将助溶剂、润湿剂和步骤(2)制备得到的色浆、紫外光吸收剂、阻胺光稳定剂、增稠剂、pH调节剂和另一半消泡剂加入所述的改性无溶剂丙烯酸酯分散体中，然后在2000rpm下搅拌30分钟；
所述的B组份的制备方法包括如下步骤：将有机溶剂和聚氨酯固化剂在1200rpm下搅拌15分钟。
一种砂子的染色方法，将所述的水性涂料的A组分和B组份按质量比为4.5：1的混合，然后在1200rpm下搅拌8分钟，再加入A组分和B组份质量总量的20％的去离子水并在1200rpm下搅拌8分钟，制得水性双组份涂料混合液；
然后将石英砂和所得的水性双组份涂料混合液按照质量比为980：20混合，并在800rpm搅拌20分钟；然后置于110℃下烘烤25-35分钟，冷却即可。
实施例3
一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体，由以下组分按照以下质量份制备而成：
所述的单体为丙烯酸酯类单体、甲基丙烯酸酯类单体、苯乙烯中的一种或者任意两种以上组分组成。
所述的分子量调节剂为2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯。
所述的热分解型引发剂为叔戊基过氧化氢。
一种改性无溶剂丙烯酸酯分散体的制备方法，包括如下步骤：
1)合成丙烯酸酯树脂：在容器中加入叔碳酸缩水甘油酯，然后升温至140-170℃；接着开始滴加单体总量的50％、分子量调节剂总量的一半及热分解型引发剂总量的50％的混合物，滴加4h；滴完之后，开始滴加剩余的单体、分子量调节剂的另一半及热分解型引发剂总量的15％的混合物，滴加1.5h；滴完后，加入剩余的热分解型引发剂，继续保温1.5h，降温至30℃；
2)制备水性丙烯酸酯分散体：将步骤1)获得的丙烯酸酯树脂升温至70℃，然后加入pH调节剂中和至中性，最后在搅拌速率为2500rmp下滴加去离子水，得到改性无溶剂丙烯酸酯分散体。
第一部分单体为丙烯酸9g+甲基丙烯酸甲酯20g+丙烯酸丁酯8g+甲基丙烯酸甲酯8g；第二部分单体为丙烯酸2g+SipomerPAM2002g+丙烯酸丁酯8g+甲基丙烯酸甲酯8g+甲基丙烯酸羟乙酯4g。
所述的B组份由以下组分按照以下质量份数比制备而成：
有机溶剂 35.00份
聚氨酯固化剂 65.00份。
一种水性涂料的制备方法，所述的A组份的制备方法包括如下步骤：
(1)将防沉剂加入搅拌速率为250rpm的4.00份去离子水中，然后提高转速至2500rpm，持续搅拌20分钟,制成防沉浆备用；
(2)将分散剂和所制得的防沉浆加入搅拌速率为1500rpm的13.00份去离子水中，然后在搅拌速率为400rpm下加入颜料，接着提高转速至1500rpm，然后加入一半的消泡剂，接着在2000rpm下搅拌25分钟；然后加入分散缸中并在2500rpm下分散研磨直至细度小于10μm，之后过滤出色浆备用；
(3)将助溶剂、润湿剂和步骤(2)制备得到的色浆、紫外光吸收剂、阻胺光稳定剂、增稠剂、pH调节剂和另一半消泡剂加入所述的改性无溶剂丙烯酸酯分散体中，然后在1500rpm下搅拌25分钟；
所述的B组份的制备方法包括如下步骤：将有机溶剂和聚氨酯固化剂在1000rpm下搅拌10分钟。
一种砂子的染色方法，将所述的水性涂料的A组分和B组份按质量比为4.6：1的混合，然后在1000rpm下搅拌5分钟，再加入A组分和B组份质量总量的15％的去离子水并在1000rpm下搅拌5分钟，制得水性双组份涂料混合液；
然后将石英砂和所得的水性双组份涂料混合液按照质量比为960：40混合，并在1000rpm搅拌15分钟；然后置于130℃下烘烤30分钟，冷却即可。
所述的石英砂的粒径为40-120目。
分散剂为BYK-2015(毕克化学有限公司)
颜料为钛白粉(杜邦颜料化学有限公司)或者CINILEXDPPREDSR1C(先尼科颜料有限公司)；
消泡剂为Tego810(赢创德固赛化学有限公司)
助溶剂为二丙二醇丁醚
润湿剂为Twin-4100(赢创德固赛化学有限公司)
紫外光吸收剂为Tinuvin400DW(N)(巴斯夫化学有限公司)
阻胺光稳定剂为Tinuvin123DW(N)(巴斯夫化学有限公司)
增稠剂为SN-660T(圣诺普克化学有限公司)
pH调节剂为DMEA
有机溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯
聚氨酯固化剂为N3900(科思创化学有限公司)
防沉剂采用海明斯的LT。
对比例1：
砂子染色的主体树脂用市面常用的羟基丙烯酸乳液及固化剂：
将市面常用的羟基丙烯酸乳液及固化剂按质量比为5：1的混合，然后加入石英砂，石英砂与羟基丙烯酸乳液及固化剂的混合物的质量比为960：40，并在800rpm搅拌10分钟；然后置于120℃下烘烤25分钟，冷却即可。
对比例2：砂子染色的主体树脂用市面常用的水性环氧树脂及固化剂：
将市面常用的水性环氧树脂及固化剂按质量比为5：1的混合，然后加入石英砂，石英砂与水性环氧树脂及固化剂的混合物的质量比为960：40，并在800rpm搅拌10分钟；然后置于120℃下烘烤25分钟，冷却即可。
对实施例及对比例制备的彩砂对比测试，结果如下：
从上表可知，实施例1-3的包裹率高、染色效果好，而且砂子耐候性好，耐水、耐碱性、耐溶剂性、耐紫外光照、机械稳定性和锈蚀性均较好。对比例1染色效果不好，主要因为其对砂子的润湿分散能力较差，影响其包裹效果；对比例2的染色效果较好，但是不耐酸不耐紫外线光照，主要是因为环氧树脂本身结构决定了其不耐酸和紫外线照射。
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