阅读说明：本技术 一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂制备方法及配方 (Preparation method and formula of soap-free synthetic aqueous acrylic acid dispersion resin ) 是由 曾杰 于 2020-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了涉及高分子材料技术领域的一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂制备方法,该水性树脂具有核中壳三层结构,通过硬核软壳的结构设计,解决了水性户外木器涂料存在的,难以具备木器涂料本身具备的高硬度、初期抗粘连性和打磨性的同时还兼具备户外木器涂料的柔韧性的问题。其技术要点是：制备预乳化液；加入预乳化液；加入引发剂、引发剂(2)和催化剂；加入氧化剂、还原剂、预乳化液(2)、交联剂、杀菌剂和固含量调节剂；过滤。水性树脂的平均粒径达到35纳米以下,高硬度、高抗粘,打磨性能优秀,又兼具低温成膜的特性,在硬度、耐水性、附着力、光泽等方面得到提高,达到硬度、初期抗粘连性、打磨性能和柔韧性较好的优点。(The invention discloses a preparation method of soap-free synthetic aqueous acrylic acid dispersion resin, which relates to the technical field of high polymer materials, wherein the aqueous resin has a core-middle shell three-layer structure, and solves the problem that the aqueous outdoor wood coating is difficult to have high hardness, initial blocking resistance and sanding property and simultaneously has the flexibility of the outdoor wood coating through the structural design of a hard core and a soft shell. The technical key points are as follows: preparing a pre-emulsion; adding the pre-emulsion; adding an initiator, an initiator (2) and a catalyst; adding an oxidant, a reducing agent, a pre-emulsion (2), a cross-linking agent, a bactericide and a solid content regulator; and (5) filtering. The average particle size of the water-based resin reaches below 35 nanometers, and the water-based resin has the advantages of high hardness, high anti-adhesion property and excellent polishing property, has the characteristic of low-temperature film forming, is improved in the aspects of hardness, water resistance, adhesive force, luster and the like, and has the advantages of good hardness, initial anti-adhesion property, polishing property and flexibility.)

一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂制备方法及配方

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别是一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂制备方法及配方。

背景技术

在现有技术中的水性户外木器涂料用的户外与半户外树脂，能够通过在水性户外木器涂料应用配方的后期添加助剂，来单独解决水性户外木器涂料的耐候性、耐水性和柔韧性的问题。但在现有的水性户外木器涂料上，再同时赋予水性树脂具有木器涂料所具备的打磨性、初期抗粘连性和较好的附着力，则具有较大的难度。

例如，现有技术中的水性户外木器涂料通过添加打磨助剂提高打磨性，通过添加蜡乳液或者蜡粉提高初期抗粘连性。通过打磨助剂和蜡乳液或者蜡粉分别提高水性户外木器涂料的打磨性和初期抗粘连性治标不治本，后期助剂的添加会带来附带的不良反应，例如气泡强烈、不易防沉、价格更为昂贵、体系不稳定和固有的附着力较差等缺陷。现有技术中的水性户外木器涂料存在硬度、初期抗粘连性、打磨性能和柔韧性较差的问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂制备方法及配方，具有硬度、初期抗粘连性、打磨性能和柔韧性较好的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂的制备方法，包括以下步骤：

制备预乳化液：在单体罐中加入丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸丁酯和链转移剂制成预乳化液；

加入预乳化液：向反应釜中加入制备好的20％的预乳化液，搅拌5分钟后，加入初始引发剂，反应釜加热升温至80℃后，保温10分钟，反应釜温度控制在84℃～86℃，滴加剩余预乳化液60分钟；

加入引发剂、引发剂(2)和催化剂：向反应釜中加入引发剂、引发剂(2)和催化剂；

加入氧化剂、还原剂、预乳化液(2)、交联剂、杀菌剂和固含量调节剂：向反应釜中加入加入氧化剂、交联剂、杀菌剂和固含量调节剂；

过滤：使用10um滤芯过滤反应釜中的水性树脂成品。

作为本发明的进一步改进：在所述加入引发剂、引发剂(2)和催化剂的步骤前，还包括以下步骤：

制备引发剂：将去离子水和过硫酸铵加入引发剂罐中混合并溶解，制成引发剂备用。

作为本发明的进一步改进：在所述加入引发剂、引发剂(2)和催化剂的步骤中，还包括以下步骤：

使用去离子水冲洗引发剂罐内的引发剂，然后将去离子水和叔丁基过氧化氢共混均匀加入引发剂罐，制成引发剂(2)备用。

作为本发明的进一步改进：在所述加入引发剂、引发剂(2)和催化剂的步骤前，还包括以下步骤：

制备催化剂：将亚硫酸钠和去离子水共混均匀加入催化剂罐，制成催化剂备用。

作为本发明的进一步改进：在所述加入氧化剂、还原剂、预乳化液(2)、交联剂、杀菌剂和固含量调节剂的步骤前，还包括以下步骤：

制备还原剂：将去离子水、异抗坏血酸和氨水共混均匀加入还原剂罐，制成还原剂备用。

作为本发明的进一步改进：在所述加入氧化剂、还原剂、预乳化液(2)、交联剂、杀菌剂和固含量调节剂的步骤前，还包括以下步骤：

制备预乳化液(2)：将双丙酮丙烯酰胺、去离子水、丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸甲酯共混均匀加入单体罐，制成预乳化液(2)备用。

作为本发明的进一步改进：在所述加入氧化剂、还原剂、预乳化液(2)、交联剂、杀菌剂和固含量调节剂的步骤中，还包括以下步骤：

将叔丁基过氧化氢和去离子水分别作为氧化剂和稀释氧化剂加入共混均匀加入反应釜，搅拌5分钟后，加入30％的还原剂，反应釜温度上升后在最高温度时开始搅拌，搅拌10分钟，将去离子水作为冷却水加入反应釜，反应釜温度降至55℃加入预乳化液(2)，搅拌15分钟，将叔丁基过氧化氢和去离子水共混均匀加入反应釜，将剩余的还原剂加入反应釜中，反应釜温度上升至80℃保温30分钟，然后用冷却水降温至40℃。

作为本发明的进一步改进：在所述加入氧化剂、还原剂、预乳化液(2)、交联剂、杀菌剂和固含量调节剂的步骤中，还包括以下步骤：

反应釜温度低于40℃后将己二酸二酰肼和去离子水分别作为交联剂和稀释交联剂加入反应釜，然后搅拌30分钟。

作为本发明的进一步改进：在所述加入氧化剂、还原剂、预乳化液(2)、交联剂、杀菌剂和固含量调节剂的步骤中，还包括以下步骤：

将杀菌剂BT20加入反应釜中，将去离子水作为固含量调节剂加入反应釜中，将反应釜内的水性树脂固含量调节至43％～45％。

一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂的配方，包括以下重量份的原料：丙烯酸18份、双丙酮丙烯酰胺10.29份、丙烯酸丁酯53份、双甲酯78份、丙烯酸异辛酯212份、甲基丙烯酸甲酯78份、催化剂0.01份、还原剂0.67份、交联剂4份、链转移剂2.92份、乳化剂1.31份、杀菌剂5.52份、氨水0.27份、氧化剂0.54份、引发剂0.36份和去离子水510～540份。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

高硬度、高抗粘，打磨性能优秀，而又兼具低温成膜的特性，在硬度、耐水性、附着力、光泽等方面得到更大提高，达到了硬度、初期抗粘连性、打磨性能和柔韧性较好的优点。

漆膜具有优秀的清透性，它具有优秀的乳液细小粒径，水性树脂的平均粒径能够达到35纳米以下，能应用于高透明度透明清漆以及色漆的罩面清漆。

对各种基材的附着力优秀，渗透性优秀，包括镀锌铁板，镀锌管材，玻璃，瓷器，三聚氢氨板材，PVC等，附着力优秀，适用于PVC窗户边框清漆和色漆涂料。

附图说明

图1为本申请实施例中无皂合成水性丙烯酸分散体树脂用于户外木器测试后清漆样本示意图；

图2为本申请实施例中无皂合成水性丙烯酸分散体树脂用于户外木器测试后白漆样本示意图。

具体实施方式

现结合附图说明与实施例对本发明进一步说明：

实施例：

一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将250kg的去离子水加入反应釜，以25转/分钟的转速搅拌，加入0.33kg的乳化剂COPS-1，并用2.53kg的去离子水将残留在容器内的乳化剂COPS-1冲洗到反应釜内，然后反应釜升温至75℃；

S2、将过0.11kg的硫酸铵和3.8kg的去离子水加入引发剂shot罐，用1.27kg的去离子水将残留在容器内的硫酸铵冲洗到反应釜内，制成初始引发剂备用；

S3、将45.34kg的去离子水加入单体罐，以50转/分钟的速度搅拌，加入0.98kg的乳化剂COPS-1共混并分散均匀；

S4、依次将18kg的丙烯酸、7.29kg的双丙酮丙烯酰胺、53kg的丙烯酸丁酯、78kg的双甲酯和2.92kg的十二硫醇加入单体罐，制成预乳化液；

S5、将15.49kg的去离子水和0.25kg的过硫酸铵共混并溶解均匀加入引发剂罐，制成引发剂备用；

S6、反应釜升温至75℃加入20％的预乳化液；

S7、反应釜搅拌5分钟后，快速加入初始引发剂，用1.27kg的去离子水将残留在引发剂shot罐内的初始引发剂冲洗至反应釜内；

S8、反应釜升温至80℃后，保温10分钟，然后滴加剩余的预乳化液，同时开始滴加制备好的引发剂，滴加时间60分钟，滴加过程反应釜温度控制在84～86℃；

S9、滴加完成后用8.87kg的去离子水将残留在单体罐内的预乳化液冲洗至反应釜内，用1.27kg的去离子水将残留在引发剂罐内的引发剂冲洗至反应釜内；

S10、反应釜在85℃保温20分钟，然后降温至75℃；

S11、检查反应釜内水性树脂的pH值，若pH值不处于7.0～7.5，则使用pH调节剂调整至该范围后继续持温20分钟；

S12、反应釜降温至60℃；

S13、将3kg的双丙酮丙烯酰胺、12.41kg的去离子水、212kg的丙烯酸异辛酯和78kg的甲基丙烯酸甲酯共混均匀加入单体罐，制成预乳化液(2)备用；

S14、将0.18kg的叔丁基过氧化氢和1.27kg的去离子水共混均匀加入引发剂罐，制成引发剂(2)备用；

S15、将13.81kg的去离子水、0.67kg的异抗坏血酸和0.27kg的氨水共混均匀加入还原剂罐，制成还原剂备用；

S16、将0.01kg的亚硫酸钠和1.27kg的去离子水共混均匀加入催化剂罐，支撑催化剂备用；

S17、在反应釜60℃时加入25％的预乳化液(2)；

S18、搅拌5分钟后，快速加入引发剂(2)，加完后通过0.76kg的去离子水将残留在引发剂罐内的引发剂(2)冲洗到反应釜内；

S19、搅拌5分钟后，加入40％的还原剂，5分钟内反应釜升温至80℃，在峰值温度时搅拌反应釜内的水性树脂10分钟，然后加入48.13kg的去离子水降温至60℃；

S20、在反应釜60℃时加入40％的预乳化液(2)，搅拌20分钟；

S21、反应釜加入催化剂，搅拌5分钟；

S22、反应釜加入0.18kg的叔丁基过氧化氢和2.03kg的去离子水共混料，并用去离子水将残留在容器内的叔丁基过氧化氢冲洗至反应釜内，搅拌5分钟；

S23、反应釜加入30％的还原剂，5分钟内反应釜温度上升至80℃，在峰值温度搅拌10分钟，然后加入65.86kg的去离子水降温至55℃；

S24、反应釜在55℃时加入剩余的预乳化液(2)，搅拌15分钟；

S25、将0.18kg的叔丁基过氧化氢和7.35kg的去离子水混匀，然后加入反应釜；

S26、加入剩余的还原剂，5分钟内反应釜升温至80℃，反应釜在80℃保温30分钟，然后用冷却水降温至40℃；

S27、反应釜温度低于40℃时加入4kg的己二酸二酰肼和12.66kg的去离子水，用7.6kg的去离子水将残留在容器内的己二酸二酰肼冲洗至反应釜内，搅拌30分钟；

S28、加入5.52kg的杀菌剂BT20，并用1.27kg的去离子水将残留在容器内的杀菌剂BT20冲洗到反应釜内；

S29、用8.81kg的去离子水将反应釜内的水性树脂固含量调节至43％～45％；

S30、使用10um滤芯过滤反应釜中的水性树脂成品，得到无皂合成水性丙烯酸分散体树脂。

一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂的配方，重量份的原料如表1所示：

表1一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂的配方

典型物理性质如表2所示：

表2一种无皂合成水性丙烯酸分散体树脂的物理性质

无皂合成水性丙烯酸分散体树脂用于户外木器测试中：

选用的木材的特性(松木、杨木、密度板)：多孔、吸湿、干缩湿胀、易朽。

木材老化原因：光照，高温，潮湿，人为损坏和微生物的侵蚀。

测试方法：户外暴晒。

实验配方如表3所示：

表3实验配方

基本性能如表4所示：

表4基本性能

如图1和图2所示，经过测试时间长度为13个月户外日晒测试后，使用了该无皂合成水性丙烯酸分散体树脂的清漆和白漆的漆面均无开裂、脱落和鼓包的异常现象。白面漆无明显黄变现象；清面漆有轻微黄变(该黄变主要由木材吸收紫外线引起)，白漆清漆配方中均未添加紫外线吸收剂和光稳定剂。

测试结论：上述制板成品漆以高性能水性丙烯酸分散体乳液AD89为基料，添加多种助剂，以去离子水为稀释剂混合配置而成。具有耐候性好、防霉防藻的优点，耐水耐化学性能优秀，干燥速度快，漆膜丰满。十分适合用于户外木制品建筑，栏杆，门窗，凉亭等木制品的涂装保护。

本实施例具有以下优点：

高硬度、高抗粘，打磨性能优秀，而又兼具低温成膜的特性。在核壳合成过程中，采用包括加成交联剂在内的交联技术，使树脂在硬度、耐水性、附着力、光泽等方面得到更大提高，达到了硬度、初期抗粘连性、打磨性能和柔韧性较好的优点。不再需要后期涂料配方去完善，简化了后期涂料配方，稳定了产品，降低了成本。

该水性树脂具有核中壳三层结构，通过硬核软壳的结构设计，解决了水性户外木器涂料存在的，除了具备木器涂料难以同时具备较高高硬度、较好的初期抗粘连性、较好的打磨性能和较好的柔韧度的问题，使该树脂能够同时具备较高的硬度、较好的初期抗粘连性、较好的打磨性能和较好的柔韧度。

漆膜具有优秀的清透性，它具有优秀的乳液细小粒径，水性树脂的平均粒径能够达到35纳米以下，能应用于高透明度透明清漆以及色漆的罩面清漆。

对各种基材的附着力优秀，包括镀锌铁板，镀锌管材，玻璃，瓷器，三聚氢氨板材，PVC等，附着力优秀，适用于PVC窗户边框清漆和色漆涂料。

干燥速度快，漆膜在常温下表干快。优秀的漆膜透明度，粒径细小，封闭性强，耐碱性好。优异的丰满度，漆膜肥厚。适合透明清漆和色漆，具有优秀的柔韧性。具有清漆厚涂优秀的初期抗粘连性性能。优秀的初期耐水性，低水分吸收。优秀的附着力，对各种基材均有很好的附着，湿附着优秀。耐黄变性能好。抗流挂优秀。

综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。