一种高耐候钢结构水性丙烯酸树脂的制备方法
阅读说明：本技术 一种高耐候钢结构水性丙烯酸树脂的制备方法 (Preparation method of high-weather-resistance steel structure water-based acrylic resin ) 是由 李维格 于 2021-01-13 设计创作，主要内容包括：本发明适用材料技术领域,提供了一种高耐候钢结构水性丙烯酸树脂的制备方法,高耐候钢结构水性丙烯酸树脂包括以下原料：复配溶剂、丙烯酸、丙烯酸酯、改性卤氧化铋微球、叔碳酸乙烯酯、含羟基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、甲基丙烯酸甲酯、偶联剂、链转移剂、引发剂、中和剂；本发明实施例提供的高耐候钢结构水性丙烯酸树脂膜面透明光亮、平整,有着良好的耐水性、耐候性以及耐腐蚀性,提高了表面硬度,并保持高抗冲击性以及高韧性,卤氧化铋是由纳米级别的纳米片自组装形成的具有花簇结构的微球,改性后与其他组分相互协同,可增强表面自清洁能力,提高了耐水性、耐腐蚀性和耐候性,值得推广。(The invention is applicable to the technical field of materials, and provides a preparation method of high weather-resistant steel structure water-based acrylic resin, which comprises the following raw materials: the preparation method comprises the following steps of compounding a solvent, acrylic acid, acrylic ester, modified bismuth oxyhalide microspheres, vinyl versatate, hydroxyl-containing methacrylate, lauryl methacrylate, methyl methacrylate, a coupling agent, a chain transfer agent, an initiator and a neutralizer; the high weather-resistant steel structure water-based acrylic resin provided by the embodiment of the invention has a transparent, bright and flat film surface, good water resistance, weather resistance and corrosion resistance, improves the surface hardness, keeps high impact resistance and high toughness, is a microsphere with a flower cluster structure formed by self-assembling nano-scale nano-sheets, is modified and mutually cooperated with other components, can enhance the surface self-cleaning capability, improves the water resistance, the corrosion resistance and the weather resistance, and is worthy of popularization.)
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种高耐候钢结构水性丙烯酸树脂的制备方法。
背景技术
随着全球环境污染日益加剧，人类赖以生存的环境正遭受严重破坏，世界各国纷纷出台更严厉的法律法规来治理污染，以降低碳排放和环境污染。在涂料领域，采用水性涂料取代溶剂型涂料是目前时代发展必然趋势，也就是用水性树脂取代溶剂型树脂。与溶剂型树脂相比，水性树脂具有无气味或低气味、成本低廉、设备容易清洗等优点。
水性丙烯酸树脂具有良好的耐光性、耐候性、颜色浅、耐热好、耐化学试剂和良好的施工性能，在建筑乳胶漆和水性工业涂料方面得到广泛应用。但是水性丙烯酸涂料涂膜硬脆、附着力差、耐腐蚀性、耐水性不足等缺陷也暴露出来。
按照一般方法制备丙烯酸树脂，高固含黏度高，硬度高则脆，柔韧性好则软，耐水、耐溶剂性差。现有技术中的丙烯酸树脂只能解决部分问题，不能达到高耐候性钢结构涂装的要求。
因此，如何提高水性丙烯酸树脂涂料的高耐候性是为人们关注的问题。
发明内容
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，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。
本发明实施例提供一种高耐候钢结构水性丙烯酸树脂，旨在解决现有的水性丙烯酸树脂耐候性能不好的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种高耐候钢结构水性丙烯酸树脂，包括以下重量份的原料：复配溶剂10-16份、丙烯酸6-12份、丙烯酸酯15-25份、改性卤氧化铋微球15-23份、叔碳酸乙烯酯2-10份、含羟基甲基丙烯酸酯30-38份、甲基丙烯酸月桂酸酯6-12份、甲基丙烯酸甲酯8-14份、偶联剂2-7份、链转移剂1-3份、引发剂2-5份、中和剂2-6份；
所述改性卤氧化铋微球的制备方法包括：将25ml冰乙酸和0.1mol硝酸铋倒入35ml蒸馏水中搅拌混合，边搅拌边缓慢倒入质量分数为25wt％的十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵溶液,并加入3×10-4mol1硼氢化钠和20ml乙醇在25℃室温条件下搅拌10min后过滤，60℃真空干燥24h，研磨得到卤氧化铋微球,将卤氧化铋微球每克与10ml正己烷混合，搅拌30min得到分散均匀的悬浮液，然后加入四分之一卤氧化铋微重量的低表面能的疏水改性剂，继续搅拌2h，60℃真空干燥24h，研磨后即得改性卤氧化铋微球。
作为本发明的进一步方案：所述复配溶剂为乙醇、正丁醇、异丙醇、乙二醇丁醚的组合物。
作为本发明的进一步方案：所述引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化二异丙苯。
作为本发明的进一步方案：所述偶联剂为甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷。
作为本发明的进一步方案：所述链转移剂为巯基乙酸。
作为本发明的进一步方案：所述中和剂为N,N-二甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、三乙醇胺中的任意一种
作为本发明的进一步方案：包括以下重量份的原料：复配溶剂12-15份、丙烯酸6-10份、丙烯酸酯17-23份、改性卤氧化铋微球16-20份、叔碳酸乙烯酯4-9份、含羟基甲基丙烯酸酯31-36份、甲基丙烯酸月桂酸酯7-11份、甲基丙烯酸甲酯8-12份、偶联剂2-5份、链转移剂1-3份、引发剂2-4份、中和剂2-4份。
作为本发明的进一步方案：包括以下重量份的原料：复配溶剂13份、丙烯酸9份、丙烯酸酯21份、改性卤氧化铋微球17份、叔碳酸乙烯酯5份、含羟基甲基丙烯酸酯34份、甲基丙烯酸月桂酸酯9份、甲基丙烯酸甲酯11份、偶联剂4份、链转移剂2份、引发剂4份、中和剂3份。
一种高耐候钢结构水性丙烯酸树脂的制备方法，包括以下步骤：
1)制备改性卤氧化铋微球，备用；制备复配溶剂，备用；
2)按照重量份取以下原料：复配溶剂10-16份、丙烯酸6-12份、丙烯酸酯15-25份、改性卤氧化铋微球15-23份、叔碳酸乙烯酯2-10份、含羟基甲基丙烯酸酯30-38份、甲基丙烯酸月桂酸酯6-12份、甲基丙烯酸甲酯8-14份、偶联剂2-7份、链转移剂1-3份、引发剂2-5份、中和剂2-6份；
3)在反应釜中加入90％复配溶剂和90％的引发剂，加热至85℃，得到溶液A；
4)将丙烯酸、丙烯酸酯、叔碳酸乙烯酯、含羟基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、甲基丙烯酸甲酯、偶联剂和链转移剂搅拌均匀，得到混合溶液B；
5)向溶液A中加入25％的混合溶液B打底，82℃保温30min后，开始滴加剩余混合溶液B，在2-3h滴加完毕，82℃保温1-2h后，加入剩余复配溶剂和引发剂，升温到87℃，87℃保温2-3h；
6)降温到45℃，加入中和剂和改性卤氧化铋微球，搅拌30min，再加入180份去离子水，降温到室温后，出料，过滤，得到丙烯酸树脂。
本发明实施例提供的高耐候钢结构水性丙烯酸树脂膜面透明光亮、平整，有着良好的耐水性、耐候性以及耐腐蚀性，提高了表面硬度，并保持高抗冲击性以及高韧性，卤氧化铋是由纳米级别的纳米片自组装形成的具有花簇结构的微球，改性后与其他组分相互协同，可增强表面自清洁能力，提高了耐水性、耐腐蚀性和耐候性，值得推广。
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，以下结合具体实施例，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。
下面结合具体实施例对本发明的高耐候钢结构水性丙烯酸树脂的技术效果做进一步的说明，但这些实施例所提及的具体实施方法只是对本发明的技术方案进行的列举解释，并非限制本发明的实施范围，凡是依据上述原理，在本发明基础上的改进、替代，都应在本发明的保护范围之内。
实施例1
将25ml冰乙酸和0.1mol硝酸铋倒入35ml蒸馏水中搅拌混合，边搅拌边缓慢倒入质量分数为25wt％的十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵溶液,并加入3×10-4mol1硼氢化钠和20ml乙醇在25℃室温条件下搅拌10min后过滤，60℃真空干燥24h，研磨得到卤氧化铋微球,将卤氧化铋微球每克与10ml正己烷混合，搅拌30min得到分散均匀的悬浮液，然后加入四分之一卤氧化铋微重量的低表面能的疏水改性剂，继续搅拌2h，60℃真空干燥24h，研磨后得改性卤氧化铋微球，备用；按照1:1:1:1的比例将乙醇、正丁醇、异丙醇、乙二醇丁醚混合制得复配溶剂，备用；按照重量份取以下原料：复配溶剂10-16份、丙烯酸6-12份、丙烯酸酯15-25份、改性卤氧化铋微球15-23份、叔碳酸乙烯酯2-10份、含羟基甲基丙烯酸酯30-38份、甲基丙烯酸月桂酸酯6-12份、甲基丙烯酸甲酯8-14份、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷2-7份、巯基乙酸1-3份、偶氮二异丁腈2-5份、N,N-二甲基乙醇胺2-6份；在反应釜中加入90％复配溶剂和90％的偶氮二异丁腈，加热至85℃，得到溶液A；将丙烯酸、丙烯酸酯、叔碳酸乙烯酯、含羟基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷和巯基乙酸搅拌均匀，得到混合溶液B；向溶液A中加入25％的混合溶液B打底，82℃保温30min后，开始滴加剩余混合溶液B，在2-3h滴加完毕，82℃保温1-2h后，加入剩余复配溶剂和偶氮二异丁腈，升温到87℃，87℃保温2-3h；降温到45℃，加入N,N-二甲基乙醇胺和改性卤氧化铋微球，搅拌30min，再加入180份去离子水，降温到室温后，出料，过滤，得到丙烯酸树脂。
实施例2
将25ml冰乙酸和0.1mol硝酸铋倒入35ml蒸馏水中搅拌混合，边搅拌边缓慢倒入质量分数为25wt％的十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵溶液,并加入3×10-4mol1硼氢化钠和20ml乙醇在25℃室温条件下搅拌10min后过滤，60℃真空干燥24h，研磨得到卤氧化铋微球,将卤氧化铋微球每克与10ml正己烷混合，搅拌30min得到分散均匀的悬浮液，然后加入四分之一卤氧化铋微重量的低表面能的疏水改性剂，继续搅拌2h，60℃真空干燥24h，研磨后得改性卤氧化铋微球，备用；按照1:1:1:1的比例将乙醇、正丁醇、异丙醇、乙二醇丁醚混合制得复配溶剂，备用；按照重量份取以下原料：复配溶剂10-16份、丙烯酸6-12份、丙烯酸酯15-25份、改性卤氧化铋微球15-23份、叔碳酸乙烯酯2-10份、含羟基甲基丙烯酸酯30-38份、甲基丙烯酸月桂酸酯6-12份、甲基丙烯酸甲酯8-14份、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷2-7份、巯基乙酸1-3份、偶氮二异丁腈2-5份、三乙醇胺2-6份；在反应釜中加入90％复配溶剂和90％的偶氮二异丁腈，加热至85℃，得到溶液A；将丙烯酸、丙烯酸酯、叔碳酸乙烯酯、含羟基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷和巯基乙酸搅拌均匀，得到混合溶液B；向溶液A中加入25％的混合溶液B打底，82℃保温30min后，开始滴加剩余混合溶液B，在2-3h滴加完毕，82℃保温1-2h后，加入剩余复配溶剂和偶氮二异丁腈，升温到87℃，87℃保温2-3h；降温到45℃，加入三乙醇胺和改性卤氧化铋微球，搅拌30min，再加入180份去离子水，降温到室温后，出料，过滤，得到丙烯酸树脂。
实施例3
将25ml冰乙酸和0.1mol硝酸铋倒入35ml蒸馏水中搅拌混合，边搅拌边缓慢倒入质量分数为25wt％的十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵溶液,并加入3×10-4mol1硼氢化钠和20ml乙醇在25℃室温条件下搅拌10min后过滤，60℃真空干燥24h，研磨得到卤氧化铋微球,将卤氧化铋微球每克与10ml正己烷混合，搅拌30min得到分散均匀的悬浮液，然后加入四分之一卤氧化铋微重量的低表面能的疏水改性剂，继续搅拌2h，60℃真空干燥24h，研磨后得改性卤氧化铋微球，备用；按照1:1:1:1的比例将乙醇、正丁醇、异丙醇、乙二醇丁醚混合制得复配溶剂，备用；按照重量份取以下原料：复配溶剂12-15份、丙烯酸6-10份、丙烯酸酯17-23份、改性卤氧化铋微球16-20份、叔碳酸乙烯酯4-9份、含羟基甲基丙烯酸酯31-36份、甲基丙烯酸月桂酸酯7-11份、甲基丙烯酸甲酯8-12份、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷2-5份、巯基乙酸1-3份、过氧化二异丙苯2-4份、三乙醇胺2-4份，在反应釜中加入90％复配溶剂和90％的过氧化二异丙苯，加热至85℃，得到溶液A；将丙烯酸、丙烯酸酯、叔碳酸乙烯酯、含羟基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷和巯基乙酸搅拌均匀，得到混合溶液B；向溶液A中加入25％的混合溶液B打底，82℃保温30min后，开始滴加剩余混合溶液B，在2-3h滴加完毕，82℃保温1-2h后，加入剩余复配溶剂和过氧化二异丙苯，升温到87℃，87℃保温2-3h；降温到45℃，加入三乙醇胺和改性卤氧化铋微球，搅拌30min，再加入180份去离子水，降温到室温后，出料，过滤，得到丙烯酸树脂。
实施例4
将25ml冰乙酸和0.1mol硝酸铋倒入35ml蒸馏水中搅拌混合，边搅拌边缓慢倒入质量分数为25wt％的十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵溶液,并加入3×10-4mol1硼氢化钠和20ml乙醇在25℃室温条件下搅拌10min后过滤，60℃真空干燥24h，研磨得到卤氧化铋微球,将卤氧化铋微球每克与10ml正己烷混合，搅拌30min得到分散均匀的悬浮液，然后加入四分之一卤氧化铋微重量的低表面能的疏水改性剂，继续搅拌2h，60℃真空干燥24h，研磨后得改性卤氧化铋微球，备用；按照1:1:1:1的比例将乙醇、正丁醇、异丙醇、乙二醇丁醚混合制得复配溶剂，备用；按照重量份取以下原料：复配溶剂12-15份、丙烯酸6-10份、丙烯酸酯17-23份、改性卤氧化铋微球16-20份、叔碳酸乙烯酯4-9份、含羟基甲基丙烯酸酯31-36份、甲基丙烯酸月桂酸酯7-11份、甲基丙烯酸甲酯8-12份、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷2-5份、巯基乙酸1-3份、过氧化二异丙苯2-4份、N-甲基二乙醇胺2-4份；在反应釜中加入90％复配溶剂和90％的过氧化二异丙苯，加热至85℃，得到溶液A；将丙烯酸、丙烯酸酯、叔碳酸乙烯酯、含羟基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷和巯基乙酸搅拌均匀，得到混合溶液B；向溶液A中加入25％的混合溶液B打底，82℃保温30min后，开始滴加剩余混合溶液B，在2-3h滴加完毕，82℃保温1-2h后，加入剩余复配溶剂和过氧化二异丙苯，升温到87℃，87℃保温2-3h；降温到45℃，加入N-甲基二乙醇胺和改性卤氧化铋微球，搅拌30min，再加入180份去离子水，降温到室温后，出料，过滤，得到丙烯酸树脂。
实施例5
将25ml冰乙酸和0.1mol硝酸铋倒入35ml蒸馏水中搅拌混合，边搅拌边缓慢倒入质量分数为25wt％的十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵溶液,并加入3×10-4mol1硼氢化钠和20ml乙醇在25℃室温条件下搅拌10min后过滤，60℃真空干燥24h，研磨得到卤氧化铋微球,将卤氧化铋微球每克与10ml正己烷混合，搅拌30min得到分散均匀的悬浮液，然后加入四分之一卤氧化铋微重量的低表面能的疏水改性剂，继续搅拌2h，60℃真空干燥24h，研磨后得改性卤氧化铋微球，备用；按照1:1:1:1的比例将乙醇、正丁醇、异丙醇、乙二醇丁醚混合制得复配溶剂，备用；按照重量份取以下原料：复配溶剂13份、丙烯酸9份、丙烯酸酯21份、改性卤氧化铋微球17份、叔碳酸乙烯酯5份、含羟基甲基丙烯酸酯34份、甲基丙烯酸月桂酸酯9份、甲基丙烯酸甲酯11份、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷4份、巯基乙酸2份、过氧化二异丙苯4份、N,N-二甲基乙醇胺3份；在反应釜中加入90％复配溶剂和90％的过氧化二异丙苯，加热至85℃，得到溶液A；将丙烯酸、丙烯酸酯、叔碳酸乙烯酯、含羟基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷和巯基乙酸搅拌均匀，得到混合溶液B；向溶液A中加入25％的混合溶液B打底，82℃保温30min后，开始滴加剩余混合溶液B，在2-3h滴加完毕，82℃保温1-2h后，加入剩余复配溶剂和过氧化二异丙苯，升温到87℃，87℃保温2-3h；降温到45℃，加入N,N-二甲基乙醇胺和改性卤氧化铋微球，搅拌30min，再加入180份去离子水，降温到室温后，出料，过滤，得到丙烯酸树脂。
对比例1
将25ml冰乙酸和0.1mol硝酸铋倒入35ml蒸馏水中搅拌混合，边搅拌边缓慢倒入质量分数为25wt％的十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵溶液,并加入3×10-4mol1硼氢化钠和20ml乙醇在25℃室温条件下搅拌10min后过滤，60℃真空干燥24h，研磨得到卤氧化铋微球，备用；按照1:1:1:1的比例将乙醇、正丁醇、异丙醇、乙二醇丁醚混合制得复配溶剂，备用；按照重量份取以下原料：复配溶剂13份、丙烯酸9份、丙烯酸酯21份、卤氧化铋微球17份、叔碳酸乙烯酯5份、含羟基甲基丙烯酸酯34份、甲基丙烯酸月桂酸酯9份、甲基丙烯酸甲酯11份、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷4份、巯基乙酸2份、过氧化二异丙苯4份、N,N-二甲基乙醇胺3份；在反应釜中加入90％复配溶剂和90％的过氧化二异丙苯，加热至85℃，得到溶液A；将丙烯酸、丙烯酸酯、叔碳酸乙烯酯、含羟基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷和巯基乙酸搅拌均匀，得到混合溶液B；向溶液A中加入25％的混合溶液B打底，82℃保温30min后，开始滴加剩余混合溶液B，在2-3h滴加完毕，82℃保温1-2h后，加入剩余复配溶剂和过氧化二异丙苯，升温到87℃，87℃保温2-3h；降温到45℃，加入N,N-二甲基乙醇胺和卤氧化铋微球，搅拌30min，再加入180份去离子水，降温到室温后，出料，过滤，得到丙烯酸树脂。
对比例2
按照1:1:1:1的比例将乙醇、正丁醇、异丙醇、乙二醇丁醚混合制得复配溶剂，备用；按照重量份取以下原料：复配溶剂13份、丙烯酸9份、丙烯酸酯21份、叔碳酸乙烯酯5份、含羟基甲基丙烯酸酯34份、甲基丙烯酸月桂酸酯9份、甲基丙烯酸甲酯11份、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷4份、巯基乙酸2份、过氧化二异丙苯4份、N,N-二甲基乙醇胺3份；在反应釜中加入90％复配溶剂和90％的过氧化二异丙苯，加热至85℃，得到溶液A；将丙烯酸、丙烯酸酯、叔碳酸乙烯酯、含羟基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷和巯基乙酸搅拌均匀，得到混合溶液B；向溶液A中加入25％的混合溶液B打底，82℃保温30min后，开始滴加剩余混合溶液B，在2-3h滴加完毕，82℃保温1-2h后，加入剩余复配溶剂和过氧化二异丙苯，升温到87℃，87℃保温2-3h；降温到45℃，加入N,N-二甲基乙醇胺，搅拌30min，再加入180份去离子水，降温到室温后，出料，过滤，得到丙烯酸树脂。
实验例1
将实施例1-5以及对比例1-2制备好的丙烯酸树脂涂覆在钢板上形成膜，将所得漆膜进行性能测试，测试结果见表1。
表1
本发明实施例1-5所制得的丙烯酸树脂膜面透明光亮、平整，有着良好的耐水性、耐候性以及耐腐蚀性，提高了表面硬度，并保持高抗冲击性以及高韧性，相比于对比例1-2制备的水丙烯酸树脂，卤氧化铋是由纳米级别的纳米片自组装形成的具有花簇结构的微球，改性后与其他组分相互协同，可增强表面自清洁能力，提高了耐水性、耐腐蚀性和耐候性。
综上，本发明实施例提供的高耐候钢结构水性丙烯酸树脂膜面透明光亮、平整，有着良好的耐水性、耐候性以及耐腐蚀性，提高了表面硬度，并保持高抗冲击性以及高韧性，卤氧化铋是由纳米级别的纳米片自组装形成的具有花簇结构的微球，改性后与其他组分相互协同，可增强表面自清洁能力，提高了耐水性、耐腐蚀性和耐候性，值得推广。
以上所述仅为本发明的较佳对照例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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