一种非保护胶体系的改性叔醋乳液及其制备方法
阅读说明：本技术 一种非保护胶体系的改性叔醋乳液及其制备方法 (Modified tertiary vinegar emulsion of non-protective adhesive system and preparation method thereof ) 是由 李增辉 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明属于建筑材料领域,具体涉及一种非保护胶体系的改性叔醋乳液及其制备方法,该乳液包括质量分数的组分：表面活性剂0.4-1.2％、醋酸乙烯单体30.8-39.8％、叔碳酸乙烯4.3-5.6％、丙烯酸酯类单体6.5-8.5％、交联单体0.3-0.6％、功能单体1-2％、氧化还原引发剂0.4-0.6％、缓冲剂0.05-0.1％、余量为水。本发明采用半连续预乳化聚合工艺,并辅以氧化还原反应体系,提升了聚合过程中乳液的稳定性。本发明以丙烯酸酯类单体、叔碳酸乙烯酯以及特殊交联单体和功能单体对醋酸乙烯进行改性,所得到的乳液的耐水性,柔韧性和耐化学性能都有了显著提升,并且本发明使乳液的制备过程更加稳定,减少了残渣的产生,转化率也有所提高。(The invention belongs to the field of building materials, and particularly relates to a modified tertiary vinegar emulsion of a non-protective adhesive system and a preparation method thereof, wherein the emulsion comprises the following components in percentage by mass: 0.4-1.2% of surfactant, 30.8-39.8% of vinyl acetate monomer, 4.3-5.6% of tertiary ethylene carbonate, 6.5-8.5% of acrylate monomer, 0.3-0.6% of crosslinking monomer, 1-2% of functional monomer, 0.4-0.6% of redox initiator, 0.05-0.1% of buffering agent and the balance of water. The invention adopts a semi-continuous pre-emulsification polymerization process and is assisted by an oxidation-reduction reaction system, thereby improving the stability of the emulsion in the polymerization process. According to the invention, the acrylic ester monomer, the vinyl versatate, the special crosslinking monomer and the functional monomer are used for modifying the vinyl acetate, so that the water resistance, the flexibility and the chemical resistance of the obtained emulsion are remarkably improved, the preparation process of the emulsion is more stable, the generation of residues is reduced, and the conversion rate is also improved.)
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种非保护胶体系的改性叔醋乳液及其制备方法。
背景技术
在建筑材料领域里，常用到的聚醋酸乙烯乳液，大多数都是以聚乙烯醇或羟乙基纤维素作为保护胶来进行生产，因为保护胶除了提供乳液的稳定性，还提供了其下游产物的遮盖力和触变性能。因此胶体保护聚合工艺是聚醋酸乙烯乳液的首选工艺，但是此工艺下生产的乳液具有粒径大的特征，这样会对下游产物的颜填料的加入产生负面影响。并且由于聚乙烯醇的加入使得乳液成膜以后耐水性能不佳。
发明内容
本发明提供一种非保护胶体系的改性叔醋乳液及其制备方法，在半连续种子聚合工艺及预乳化工艺下，采用可聚合的反应型乳化剂，从而提高了醋酸乙烯的反应活性，大幅提高醋酸乙烯单体的转化率，因此使制备的乳液解决了背景技术中的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非保护胶体系的改性叔醋乳液，所述乳液由以下原料制成：表面活性剂0.4-1.2％、醋酸乙烯单体30.8-39.8％、叔碳酸乙烯4.3-5.6％、丙烯酸酯类单体6.5-8.5％、交联单体0.3-0.6％、功能单体1-2％、氧化还原引发剂0.4-0.6％、缓冲剂0.05-0.1％、余量为水。
优选的，所述的表面活性剂为反应型乳化剂和非离子乳化剂的混合物且两者的质量比为1-1.2：1。
优选的，所述的反应型乳化剂为烷基烯丙基琥珀酸酯磺酸钠、乙烯基烷基酯磺酸钠、烯丙基羟丙基磺酸钠、烯丙氧基脂肪醇乙烯醚硫酸铵其中一种或两种以上混合物。
优选的，所述的非离子乳化剂为异构十三醇、烷基酚聚氧乙烯醚其中的一种。
优选的，所述的丙烯酸酯类单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯其中的一种。
优选的，所述的交联单体为邻苯二甲酸二烯丙酯、2-甲基-3乙基-氧基丁酸酯其中的一种。
优选的，所述的功能性单体为丙烯酰胺、丙烯酸或者甲基丙烯酸其中的一种。
优选的，所述的氧化还原引发剂为过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过硫酸钾/亚硫酸氢钠、过硫酸钠/亚硫酸氢钠其中的任意一种搭配。
优选的，所述的缓冲剂为碳酸氢钠。
优选的，非保护胶体系的改性叔醋乳液制备方法包括如下步骤：
步骤一、将配方量的80％的表面活性剂和适量的水加入烧瓶中快速搅拌均匀，然后加入丙烯酸丁酯、叔碳酸乙烯酯、醋酸乙烯、交联单体、功能单体，快速搅拌30-40分钟，制成预乳化液备用；
步骤二、将配方中的氧化还原引发剂各自加入适量的水制成氧化剂水溶液和还原剂水溶液备用；
步骤三、将配方量的20％的表面活性剂和余量的水加入反应瓶中升温至68℃，待温度稳定以后，加入5％的预乳化液,1/4的氧化剂水溶液以及1/4的还原剂水溶液,反应20分钟后,种子乳液制成,滴加剩余的预乳化液和氧化还原引发剂水溶液,时间控制为4小时,期间温度控制在69-71℃，滴加完成后,保温1小时；
步骤四、保温完成，降温至45℃以下，加入适量的消泡剂和杀菌剂即可得所述的非保护胶体系的改性叔醋乳液。
本发明有益效果为：发明的非保护胶体系的改性叔醋乳液，通过反应型乳化剂和非离子乳化剂稳定乳液，摒弃常规方法的聚乙烯醇，采用半连续预乳化工艺，氧化还原反应体系的运用，都对乳液的聚合产生了积极的影响。并且利用特殊的交联单体的加入，使得乳液的交联点的建立，使得乳液的成膜的致密性提高，进一步叔碳酸乙烯酯加入利用了叔碳酸乙烯酯的高度支化的官能团对醋酸乙烯的酯基紧密接枝使乳液的耐水性能大幅提高，这样乳液的应用范围也提高，不仅是在建筑涂料中的应用，使得乳液也会在无机保温膏料有所应用。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实例1：
烷基烯丙基琥珀酸酯磺酸钠3.5g，异构十三醇醚3.5g，烯丙氧基脂肪醇乙烯醚硫酸铵1g，邻苯二甲酸二烯丙酯4.8g,丙烯酰胺11g，丙烯酸4.3g，丙稀酸丁酯71.4g，叔碳酸乙烯酯48.5g，醋酸乙烯酯365.4g，过硫酸铵2.8g，亚硫酸氢钠2.7g，去离子水490.5g，消泡剂1.5g,杀菌剂1.5g。
反应工艺如下：
(1)将烷基烯丙基琥珀酸酯磺酸钠3.5g，异构十三醇醚2.5g和去离子水120g加入烧瓶中快速搅拌均匀，然后加入丙烯酸丁酯、叔碳酸乙烯酯、醋酸乙烯、交联单体、功能单体，快速搅拌30-40分钟，制成预乳化液备用。
(2)将氧化剂2.8g加入水50g配置成氧化剂水溶液备用。
(3)将还原剂2.7g加入水50g配置成还原剂水溶液备用。
(4)将烯丙氧基脂肪醇乙烯醚硫酸铵1g，异构十三醇醚3.5g和水270.5g加入反应瓶中升温至68℃，待温度稳定以后，加入5％的预乳化液,1/4的氧化剂水溶液以及1/4的还原剂水溶液,反应20分钟后,种子乳液制成,滴加剩余的预乳化液和氧化还原引发剂水溶液,时间控制为4小时,期间温度控制在69-71℃，滴加完成后,保温1小时。
(5)保温完成，降温至45℃以下，加入消泡剂1.5g和杀菌剂1.5g即可得所述的非保护胶体系的改性叔醋乳液。
实例2：
烯丙基羟丙基磺酸钠4g，异构十三醇醚3g，烯丙氧基脂肪醇乙烯醚硫酸铵1g，2-甲基-3乙基-氧基丁酸酯4.8g,丙烯酰胺11g，甲基丙烯酸4.3g，丙稀酸丁酯51.4g，叔碳酸乙烯酯58.5g，醋酸乙烯酯375.4g，过硫酸铵2.8g，亚硫酸氢钠2.7g，去离子水490.5g，消泡剂1.5g,杀菌剂1.5g。
反应工艺如下：
(1)将烯丙基羟丙基磺酸钠4g，异构十三醇醚1.5g和去离子水120g加入烧瓶中快速搅拌均匀，然后加入丙烯酸丁酯、叔碳酸乙烯酯、醋酸乙烯、交联单体、功能单体，快速搅拌30-40分钟，制成预乳化液备用。
(2)将氧化剂2.8g加入水50g配置成氧化剂水溶液备用。
(3)将还原剂2.7g加入水50g配置成还原剂水溶液备用。
(4)将烯丙氧基脂肪醇乙烯醚硫酸铵1g，异构十三醇醚1.5g和水270.5g加入反应瓶中升温至68℃，待温度稳定以后，加入5％的预乳化液,1/4的氧化剂水溶液以及1/4的还原剂水溶液,反应20分钟后,种子乳液制成,滴加剩余的预乳化液和氧化还原引发剂水溶液,时间控制为4小时,期间温度控制在69-71℃，滴加完成后,保温1小时。
(5)保温完成，降温至45℃以下，加入消泡剂1.5g和杀菌剂1.5g即可得所述的非保护胶体系的改性叔醋乳液。
实例3：
乙烯基烷基酯磺酸钠5g，烷基酚聚氧乙烯醚2g，烯丙氧基脂肪醇乙烯醚硫酸铵1g，邻苯二甲酸二烯丙酯4.8g,丙烯酰胺8.5g，丙烯酸7g，丙稀酸丁酯91.4g，叔碳酸乙烯酯38.5g，醋酸乙烯酯355.4g，过硫酸铵2.8g，亚硫酸氢钠2.7g，去离子水490.5g，消泡剂1.5g,杀菌剂1.5g。
反应工艺如下：
(1)将烯丙基羟丙基磺酸钠5g，烷基酚聚氧乙烯醚1g和去离子水120g加入烧瓶中快速搅拌均匀，然后加入丙烯酸丁酯、叔碳酸乙烯酯、醋酸乙烯、交联单体、功能单体，快速搅拌30-40分钟，制成预乳化液备用。
(2)将氧化剂2.8g加入水50g配置成氧化剂水溶液备用。
(3)将还原剂2.7g加入水50g配置成还原剂水溶液备用。
(4)将烯丙氧基脂肪醇乙烯醚硫酸铵1g，烷基酚聚氧乙烯醚1g和水270.5g加入反应瓶中升温至68℃，待温度稳定以后，加入5％的预乳化液,1/4的氧化剂水溶液以及1/4的还原剂水溶液,反应20分钟后,种子乳液制成,滴加剩余的预乳化液和氧化还原引发剂水溶液,时间控制为4小时,期间温度控制在69-71℃，滴加完成后,保温1小时。
(5)保温完成，降温至45℃以下，加入消泡剂1.5g和杀菌剂1.5g即可得所述的非保护胶体系的改性叔醋乳液。
对比例：
烷基酚聚氧乙烯醚1.5g，聚乙烯醇30g，丙稀酸丁酯91.4g叔碳酸乙烯酯38.5g，醋酸乙烯酯355.4g，过硫酸铵2.8g，亚硫酸氢钠2.7g，去离子水490.5g，消泡剂1.5g,杀菌剂1.5g。
反应工艺如下：
(1)将氧化剂2.8g加入水50g配置成氧化剂水溶液备用。
(2)将还原剂2.7g加入水50g配置成还原剂水溶液备用。
(3)丙烯酸丁酯、叔碳酸乙烯酯、醋酸乙烯、交联单体，加入烧瓶搅拌均匀备用。
(4)将剩余的水和聚乙烯醇30g加入反应瓶中，开启搅拌升温至90℃，使聚乙烯醇完全溶解，降温至65℃，加入5％的预混合单体液,1/4的氧化剂水溶液以及1/4的还原剂水溶液,反应20分钟后,种子乳液制成,滴加剩余的预混合单体液和氧化还原引发剂水溶液,时间控制为4小时,期间温度控制在69-71℃，滴加完成后,保温1小时。
(5)保温完成，降温至45℃以下，加入消泡剂1.5g和杀菌剂1.5g
性能检测：
对上述的实验1-3和对比例的乳液的性能进行检测如下表：
检测项目
实例1
实例2
实例3
对比例
粘度(MPa.S)
859
950
874
3447
平均粒径(nm)
118
121
125
340
吸水率(％)
10.4
12.3
12.4
43.4
pH值
4.5
4.3
4.6
4.7
残渣(％)
0.15
0.2
0.14
0.3
如表所示，本发明实例1-3和对比例的各项性能进行比较，乳液的粒径和粘度均有了大幅降低，并且乳液的吸水率也降低，说明乳液的耐水性有所提高，同时残渣率也比对比例减少明显，由此可知乳液的稳定性也得到了提高。
本发明的非保护胶体系的改性叔醋乳液，通过反应型乳化剂和非离子乳化剂稳定乳液，摒弃常规方法的聚乙烯醇，采用半连续预乳化工艺，氧化还原反应体系的运用，都对乳液的聚合产生了积极的影响。并且利用特殊的交联单体的加入，使得乳液的交联点的建立，使得乳液的成膜的致密性提高，进一步叔碳酸乙烯酯加入利用了叔碳酸乙烯酯的高度支化的官能团对醋酸乙烯的酯基紧密接枝使乳液的耐水性能大幅提高，这样乳液的应用范围也提高，不仅是在建筑涂料中的应用，使得乳液也会在无机保温膏料有所应用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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