CN1594380A - 一种硅丙乳液的制备方法 - Google Patents

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张黎明
陈丽琼
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Abstract

本发明涉及一种以反应性乳化剂合成的有机硅改性丙烯酸酯共聚乳液,尤其是可用于高档外墙涂料配制的硅丙乳液。本发明以反应性乳化剂烷基乙烯基磺酸钠通过半连续乳液聚合法合成的有机硅改性丙烯酸酯共聚乳液,丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸,有机硅单体为乙烯基三乙氧基硅烷。本发明合成的硅丙乳液的储存稳定性、耐电解质稳定性、冻融稳定性,涂层的耐水性和耐候性比以低分子量乳化剂合成的硅丙乳液的好,涂层的综合性能优异,可用于高档外墙涂料的配制。

Description

一种硅丙乳液的制备方法
技术领域
本发明涉及一种以反应性乳化剂合成的有机硅改性丙烯酸酯共聚乳液,尤其是可用于高档外墙涂料配制的硅丙乳液。
背景技术
目前,国内在硅丙乳液聚合过程中一般使用低分子量乳化剂,聚合结束后仍然残存于乳液中。这种乳化剂通常是以物理吸附方式附着在聚合物粒子表面,与其环境达到热力学平衡,从而稳定聚合物粒子,而不直接参与聚合反应。当环境存在一定应力时,这种热力学平衡会被破坏,乳化剂分子就会发生解吸,结果引起聚合物粒子之间发生粘并,使聚合物胶乳的稳定性丧失。在胶乳成膜过程中,乳化剂是以小分子残留于聚合物固体之中,容易迁移到涂膜的表面,这在一定程度上导致涂层的耐水性和耐候性变差。
发明内容
本发明提供一种硅丙乳液的制备方法,该方法生成的硅丙乳液不仅提高了乳液涂层的耐候性和耐水性,而且具有许多优异的性能。
为了达到上述目的,本发明方法是在合成硅丙乳液的过程中使用一种反应性乳化剂,具体做法是:将一定量的反应性乳化剂溶于130份蒸馏水中,然后加入30份丙烯酸酯单体和30%的乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌乳化30分钟,在常压下将水浴加热至一定温度后,加入25%的引发剂,待反应液出现蓝光后,从滴液漏斗中滴加70份丙烯酸酯单体、70%的有机硅单体和75%的引发剂的混合溶液,3小时内滴完,将反应温度升至70℃至80℃,继续反应1小时。反应结束后,降温至40℃以下,用氨水调节pH值至8~9,即可得到带蓝光透明的固含量为45%的硅丙乳液。其中,丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸,丙烯酸酯单体中甲基丙烯酸甲酯∶丙烯酸丁酯∶丙烯酸的重量比为51∶48∶1;反应性乳化剂是烷基乙烯基磺酸钠,烷基乙烯基磺酸钠与丙烯酸酯单体的重量比为2.0∶100至3.0∶100;有机硅单体为乙烯基三乙氧基硅烷,乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯酸酯单体的重量比为5.0∶100至15.0∶100;引发剂为过硫酸钾,过硫酸钾与丙烯酸酯单体的重量比为0.2∶100至0.8∶100;烷基乙烯基磺酸钠与丙烯酸酯单体的重量比在2.0∶100至3.0∶100的范围内,优选2.0∶100的比率;过硫酸钾与丙烯酸酯单体的重量比在0.2∶100至0.8∶100的范围内,优选0.4∶100的比率;乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯酸酯单体的重量比在5.0∶100至15.0∶100的范围内,优选10.0∶100的比率;反应温度优选为80℃。合成过程最好在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计及分液漏斗的四颈圆底烧瓶中进行。
本发明方法由于在合成硅丙乳液的过程中使用一种反应性乳化剂,与低分子量乳化剂相比,反应性乳化剂的分子结构中同时存在亲水亲油的乳化基团和可参加游离基聚合反应功能基团。在乳液聚合过程中,它既起到乳化剂作用又参与单体的聚合反应而结合到乳液聚合物分子链上,与高分子链以共价键结合而不是靠物理吸附结合,反应结束后,成为共聚物的一部分,因此对水、对紫外光的稳定性大大提高,乳液成膜后,能有效防止乳化剂的迁移,所得到的硅丙乳液的储存稳定性、耐电解质稳定性、冻融稳定性,涂层的耐水性和耐候性比以低分子量乳化剂合成的硅丙乳液的好,涂层的综合性能优异。
具体实施方式
实施例1-3
将一定量的反应性乳化剂烷基乙烯基磺酸钠溶于130份蒸馏水中,然后加入装有搅拌器、回流冷凝管、温度计及分液漏斗的四颈圆底烧瓶中,加入30份丙烯酸酯单体和30%的乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌乳化30分钟,在常压下将水浴加热至一定温度后,加入25%的引发剂过硫酸钾,待反应液出现蓝光后,从滴液漏斗中滴加70份丙烯酸酯单体、70%的乙烯基三乙氧基硅烷和75%的过硫酸钾的混合溶液,3小时内滴完,将反应温度升至80℃,继续反应1小时。反应结束后,降温至40℃以下,用氨水调节pH值至8~9,即可得到带蓝光透明的固含量为45%的硅丙乳液。其中,烷基乙烯基磺酸钠与丙烯酸酯单体的比率在2.0∶100至3.0∶100的范围内,优选2.0∶100的比率;过硫酸钾与丙烯酸酯单体的比率在0.2∶100至0.8∶100的范围内,优选0.4∶100的比率;乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯酸酯单体的比率在5.0∶100至15.0∶100的范围内,优选10.0∶100的比率。
在实施例1-3中,反应性乳化剂烷基乙烯基磺酸钠与丙烯酸酯单体的比率分别为2.0∶100、2.5∶100、3.0∶100;引发剂过硫酸钾与丙烯酸酯单体的比率为0.4∶100;乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯酸酯单体的比率为10.0∶100。表1为实施例1-3对应的硅丙乳液的乳液及涂膜性能。
表1  硅丙乳液及涂膜性能
  附着力(级)   冲击强度(kg·cm) 柔韧性(mm轴)  硬度   光泽度   耐水性  耐碱性   Ca2+稳定性   粘度(涂4-杯)/s   固含量(%)
  实施例1    1     50     1   HB   130.2   10d无异常  通过    通过     13.35   44.42
  实施例2    1     50     1   HB   131.4   10d无异常  通过    通过     13.70   44.94
  实施例3    1     50     1   HB   134.5   10d无异常  通过    通过     13.50   45.64
实施例4-7
具体方法与实施例1-3相同。在实施例4-7中,引发剂过硫酸钾与丙烯酸酯单体的比率分别为0.2∶100、0.4∶100、0.6∶100、0.8∶100;反应性乳化剂烷基乙烯基磺酸钠与丙烯酸酯单体的比率为2.0∶100;乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯酸酯单体的比率为10.0∶100;反应温度为80℃。表2为实施例4-7对应的硅丙乳液的乳液及涂膜性能。
表2  硅丙乳液及涂膜性能
  附着力(级)   冲击强度(kg·cm)  柔韧性(mm轴)  硬度   光泽度   耐水性  耐碱性  Ca2+稳定性   粘度(涂4-杯)/s   固含量(%)
  实施例4    1     50     1   HB   123.7  10d无异常  通过   通过     13.30   44.19
  实施例5    1     50     1   HB   130.2  10d无异常  通过   通过     13.35   44.42
  实施例6    1     50     1   HB   128.2  10d无异常  通过   通过     13.30   44.33
  实施例7    1     50     1   HB   129.8  10d无异常  通过   通过     13.55   44.86
实施例8-10
具体方法与实施例1-3相同。在实施例8-10中,乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯酸酯单体的比率分别为5.0∶100、10.0∶100、15.0∶100;反应性乳化剂烷基乙烯基磺酸钠与丙烯酸酯单体的比率为2.0∶100;引发剂过硫酸钾与丙烯酸酯单体的比率为0.4∶100;反应温度为80℃。表3为实施例8-10对应的硅丙乳液的乳液及涂膜性能。
表3  硅丙乳液及涂膜性能
  附着力(级)   冲击强度(kg·cm)  柔韧性(mm轴)  硬度   光泽度  耐水性  耐碱性   Ca2+稳定性   粘度(涂4-杯)/s   固含量(%)
 实施例8    1     50     1   HB    138.5  10d无异常  通过   通过     12.55   44.44
 实施例9    1     50     1   HB    130.2  10d无异常  通过   通过     13.35   44.42
 实施例10    1     50     1   HB    122.5  10d无异常  通过   通过     13.40   44.52
实施例11-13
具体方法与实施例1-3相同。在实施例11-13中,反应温度分别为70、75、80℃;反应性乳化剂烷基乙烯基磺酸钠与丙烯酸酯单体的比率为2.0∶100;引发剂过硫酸钾与丙烯酸酯单体的比率为0.4∶100;乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯酸酯单体的比率为10.0∶100;。表4为实施例a-13对应的硅丙乳液的乳液及涂膜性能。
表4  硅丙乳液及涂膜性能
  附着力(级)   冲击强度(kg·cm) 柔韧性(mm轴)  硬度   光泽度   耐水性  耐碱性  Ca2+稳定性   粘度(涂4-杯)/s   固含量(%)
  实施例11     1     50     1   HB   126.7  10d无异常  通过   通过    12.78   41.67
  实施例12     1     50     1   HB   132.6  10d无异常  通过   通过    13.28   44.11
  实施例13     1     50     1   HB   130.2  10d无异常  通过   通过    13.35   44.42

Claims (6)

1.一种硅丙乳液的制备方法,其特征是该方法将一定量的反应性乳化剂溶于130份蒸馏水中,然后加入30份丙烯酸酯单体和30%的乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌乳化30分钟,在常压下将水浴加热至一定温度后,加入25%的引发剂,待反应液出现蓝光后,从滴液漏斗中滴加70份丙烯酸酯单体、70%的有机硅单体和75%的引发剂的混合溶液,3小时内滴完,将温度升至90℃,继续反应1小时;反应结束后,降温至40℃以下,用氨水调节pH值至8~9,即可得到带蓝光透明的固含量为45%的硅丙乳液。
2.根据权利要求1所述的硅丙乳液的制备方法,其特征是使用的丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸,其重量比为51∶48∶1。
3.根据权利要求1所述的硅丙乳液的制备方法,其特征是使用的反应性乳化剂是烷基乙烯基磺酸钠,烷基乙烯基磺酸钠与丙烯酸酯单体的重量比为2.0∶100至3.0∶100。
4.根据权利要求1所述的硅丙乳液的制备方法,其特征是使用的有机硅单体为乙烯基三乙氧基硅烷,乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯酸酯单体的重量比为5.0∶100至15.0∶100。
5.根据权利要求1所述的硅丙乳液的制备方法,其特征是使用的引发剂为过硫酸钾,过硫酸钾与丙烯酸酯单体的重量比为0.2∶100至0.8∶100。
6.根据权利要求1所述的硅丙乳液的制备方法,其特征是反应在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计及分液漏斗的四颈圆底烧瓶中进行。
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