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一种水性醇酸-丙烯酸酯分散体及其制备方法和应用

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-04-13 14:21:23

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 涂媛 | 2023-04-13 14:21:23

本发明公开了一种水性醇酸‑丙烯酸酯分散体及其制备方法和应用。所述水性醇酸‑丙烯酸酯分散体的原料包括醇酸树脂、丙烯酸酯单体、醇酯十二、引发剂和中和剂;所述醇酸树脂的原料包括松香、植物油、多元醇、邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、偏苯三酸酐、D40溶剂油、醇解催化剂、酯化催化剂和醇酯十二;将上述原料通过化学共聚法制备得到水性醇酸‑丙烯酸酯分散体,其粒径为178‑188nm,Mw/Mn为2.93‑2.96,接枝率为51‑57%,粒径小且均一,稳定性更好,接枝率高,分子量分布更为均匀,且分子链中含有共轭双键、羧基等官能团,可提高其交联密度,进而降低漆膜的吸水率,提高漆膜的硬度、附着力和耐盐雾性等性能。

相对于现有技术,本发明提供的水性醇酸‑丙烯酸酯分散体,在合成醇酸树脂时加入松香,松香中含有三环骨架结构,可在醇酸树脂主链上引入共轭双键,其双键更为活泼,能够充分地和丙烯酸单体反应聚合,提高接枝率,并提高后续漆膜干燥时交联速度和交联密度,进而提高漆膜干燥速度和漆膜硬度;加入特定含量的偏苯三酸酐代替部分邻苯二甲酸酐,并加入顺丁二稀二酸酐,可在醇酸树脂分子主链上引入更多的羧基,提高醇酸树脂与水的相容性,进而有利于丙烯酸树脂改性醇酸树脂反应的充分进行,进一步提高接枝率;加入醇酯十二,其不仅可作为溶剂,增强醇酸树脂和丙烯酸树脂之间的相容性,有利于后续丙烯酸对醇酸树脂进行改性,而且其在水性醇酸‑丙烯酸酯分散体成膜时还能被水性醇酸‑丙烯酸酯分散体中乳胶粒吸收,使胶粒粒子成膜时结合更加紧密、连续,有利于形成平滑均匀的漆膜,提高漆膜的致密性和流平性;加入D40溶剂油作为制备醇酸树脂反应过程中的带水剂,可使酯化反应过程中产生的水分匀速带出,从而使制备的醇酸树脂的分子量分布更均匀,并且还可以减少邻苯二甲酸酐的损失量,使原料充分参与反应。

随着经济社会的高速发展以及人民生活水平的显著提高,高档、绿色环保水性涂料的需求越来越大。水性树脂在水性涂料中占据着举足轻重的作用,但是单一型水性树脂性能较差,不能满足人们的需求,限制了水性涂料的规模化推广应用。因此,需要对单一型树脂进行改性,使其满足更高的需求。

醇酸树脂来源丰富,不依赖于石油产品,并且具有附着力好、柔韧性好、对颜料润湿性好以及施工性能优异等优势,但是其还存在一定的缺陷,如耐紫外线性、户外耐候性和保光保色性差。丙烯酸树脂具有较好的保色、保光性且耐候性优异,通过丙烯酸树脂改性醇酸树脂可以实现优势互补,使涂层既具有醇酸树脂良好的附着力、柔韧性、成膜性和施工性能,又具有丙烯酸树脂的保光保色性、耐候性,以及丰满度好的特点,扩大了醇酸树脂的应用领域。

目前,水性醇酸‑丙烯酸酯复合树脂的制备方法主要为水分散法和乳液聚合法。其中,乳液聚合法主要是单体借助乳化剂和机械搅拌,使单体分散在水中形成乳液,加入引发剂引发单体聚合,从而合成高分子主链上具有不饱和双键的醇酸树脂,然后再和丙烯酸单体进行乳液聚合。其合成的产品中醇酸树脂含量低且接枝率低,产品贮藏稳定性也较差,且制备工艺较复杂。水分散法是在共溶剂中通过聚合反应,在醇酸树脂中引入一定量的强水性基团,然后中和成盐,加水高速分散制备成水分散体。但是,现有水分散法制备得到的水性醇酸‑丙烯酸酯复合树脂的分子量较高,分子量分布较宽,易造成漆膜的附着力降低、硬度和防腐性降低,且制备过程中需要加入大量的有毒的二甲苯、乙二醇丁醚等有毒溶剂,对人体和环境具有一定的危害性。

一种水性醇酸‑丙烯酸酯分散体,其特征在于,其原料包括如下质量份数的组分:醇酸树脂45‑55份,丙烯酸酯单体30‑45份,2,2,4‑三甲基‑1,3‑戊二醇单异丁酸酯8‑10份,引发剂4‑8份和中和剂7‑10份;其中,所述醇酸树脂的原料包括如下质量份数的组分:松香3‑5份,植物油105‑115份,多元醇45‑50份,邻苯二甲酸酐55‑60份,顺丁烯二酸酐6‑8份,偏苯三酸酐18‑20份,D40溶剂油5‑7份,醇解催化剂0.06‑0.08份,酯化催化剂0.06‑0.08份和2,2,4‑三甲基‑1,3‑戊二醇单异丁酸酯20‑30份。

本发明制备的水性醇酸‑丙烯酸酯分散体的粒径为178‑188nm,Mw/Mn为2.93‑2.96,接枝率为51‑57%,粒径小且均一,稳定性更好,接枝率高,分子量分布更为均匀,且分子链中含有共轭双键、羧基等官能团,可提高其交联密度,进而降低漆膜的吸水率,提高漆膜的硬度、附着力和耐盐雾性等性能。

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