專利名稱：一種水性上光油及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水性上光油及其制備方法。
背景技術(shù)：
丙烯酸酯乳液型水性上光油具備成膜性能好、與基材粘接力強(qiáng)、在長期強(qiáng)烈日光照射下不易泛黃變色等特點，已被廣泛地研究和應(yīng)用。然而丙烯酸酯水性上光油普遍存在著流平性能差、光澤度低等問題。使用小分子乳化劑可以制備出粒徑相對較小的乳液，雖然有利于乳液的流平，但是在成膜過程中，小分子乳化劑會遷移到膜的表面，使得成膜的光澤度降低，耐水性能變差。向反應(yīng)體系中引入聚乙烯醇、纖維素醚等增稠劑，在一定程度上改善了水性上光油的流平性能(Polymer International，2000，49 1629-1625)。然而乳液稠度的增加，不僅增加了施工的難度，而且減慢了溶劑的揮發(fā)速度，導(dǎo)致成膜光澤度降低。采用脲基單體參與聚合反應(yīng)，減少了涂刷阻力，是提高乳液流平性能的又一種方法(G. D. Shay etal. (De Soto)，Eur. P 199,928 (1986)) 脲基單體不僅價格昂貴，而且其良好的親水性使得成膜耐水性能變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種流平性能好、光澤度高的水性上光油及其制備方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明水性上光油的特點在于其原料按質(zhì)量百分比構(gòu)成為共聚單體20-50%締合型乳化劑 1-2%引發(fā)劑0.3-0.7%pH 值調(diào)節(jié)劑 0.2-0.5%水余量；所述共聚單體為苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、單體A和單體B;其中所述苯乙烯、所述甲基丙烯酸甲酯、所述單體A和所述單體B之間的質(zhì)量比為39 14 39 8 ；所述單體A為丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸丁酯；所述單體B為丙烯酸羥乙酯或丙烯酸羥丙酯。本發(fā)明水性上光油的特點也在于所述締合型乳化劑為聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯。本發(fā)明水性上光油的特點也在于所述聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯的數(shù)均分子量為 1000、1200 或 1500。本發(fā)明水性上光油的特點也在于所述引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀或過硫酸銨-亞硫酸氫納；所述過硫酸銨-亞硫酸氫納中過硫酸銨與亞硫酸氫納的質(zhì)量比為3 2。本發(fā)明水性上光油的特點也在于所述pH值調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉或碳酸氫鈉。本發(fā)明水性上光油的制備方法的特點在于按以下步驟操作將締合型乳化劑、pH值調(diào)節(jié)劑和部分水混合并攪拌升溫，升溫至85°C后加入部分共聚單體和部分引發(fā)劑水溶液，攪拌反應(yīng)30分鐘后同時分別滴加余量的引發(fā)劑水溶液和余量的共聚單體，滴加完成后升溫至90°C保溫反應(yīng)2小時，反應(yīng)結(jié)束后冷卻過濾得成品；所述部分水為水總量的2/3 ；所述部分引發(fā)劑水溶液為引發(fā)劑水溶液總量的20% ；所述引發(fā)劑水溶液是用余量的水和引發(fā)劑混合得到；所述部分共聚單體為共聚單體總質(zhì)量的15%。性能測試1、流平性能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T3998-1999的規(guī)定測試。2、光澤度使用白版紙涂膜，采用WGG60光澤度儀測定光澤度。3、黏度使用NDJ-7型旋轉(zhuǎn)式黏度計在25 °C下測試。4、吸水率根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1733-93的規(guī)定測試。與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明使用聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯作為締合型乳化劑參與聚合反應(yīng)，克服了水性上光油施工過程中流平性能差、光澤度低等問題，而且體系不增稠，耐水能力強(qiáng)。2、本發(fā)明不需要外加流平劑，產(chǎn)品就能達(dá)到較高的流平等級，大大降低了生產(chǎn)成本。3、本發(fā)明涂膜無刷痕、露白、縮孔等現(xiàn)象，成膜光澤度高。四、說明書附1是MPEGMA含量與水性上光油流平性能的關(guān)系曲線。圖2是MPEGMA含量與水性上光油涂層光澤度的關(guān)系曲線。圖3是MPEGMA含量與水性上光油黏度的關(guān)系曲線。圖4是MPEGMA含量與水性上光油吸水率的關(guān)系曲線。圖5是MPEGMA含量為2%時乳液涂膜的顯微鏡照片。其中a圖是沒加MPEGMA的涂膜的空白試驗，b圖添加的MPEGMA分子量為1000，c圖添加的MPEGMA分子量為1200，d 圖添加的MPEGMA分子量為1500。
五具體實施方式
以下實施例所用原料信息如下
苯乙烯化學(xué)純上海凌峰化學(xué)試劑有限公司
甲基丙烯酸甲酯分析純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司
甲基丙烯酸丁酯分析純上海生蕾化工有限公司
丙烯酸丁酯分析純上海生蕾化工有限公司
丙烯酸羥乙酯分析純阿拉丁試劑(上海)有限公司
丙烯酸羥丙酯分析純阿拉丁試劑(上海)有限公司
聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯
分析純上海臺界化工有限公司分析純上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司過硫酸銨過硫酸鉀亞硫酸氫納碳酸氫鈉氫氧化鈉
分析純上海邦成化工有限公司分析純上海邦成化工有限公司
分析純上海振企化學(xué)試劑有限公司分析純上海振企化學(xué)試劑有限公司實施例1 (共聚單體含量為44% )取70.2g苯乙烯、70.2g甲基丙烯酸丁酯、25. 2g甲基丙烯酸甲酯、14. 4g丙烯酸羥乙酯于250mL錐形瓶中得共聚單體；取1. 2g過硫酸銨、0. Sg亞硫酸氫納溶解于72g水中得引發(fā)劑水溶液；將8g分子量為1000的聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、1. 5g氫氧化鈉、144g 水置于500mL三口瓶中，充分?jǐn)嚢柚寥芙猓缓髮⑷谄恳浦?5°C水浴鍋中，待反應(yīng)瓶內(nèi)溫度穩(wěn)定后，向其中加入15%質(zhì)量的共聚單體和20%質(zhì)量的引發(fā)劑水溶液；半小時后，向三口瓶中勻速滴加剩余的共聚單體和引發(fā)劑水溶液，控制在2小時內(nèi)滴加完畢。滴加完成后升溫至90°C，保溫反應(yīng)2小時，冷卻至30°C以下，過濾出料。本實施例制備的水性上光油的流平等級8級；光澤度58 ；黏度57mPa. s ；涂膜吸水
率9%。實施例2 (共聚單體含量為20 % )取31. 2g苯乙烯、31. 2g丙烯酸丁酯、11. 2g甲基丙烯酸甲酯、6. 4g丙烯酸羥乙酯于250mL錐形瓶中得共聚單體；取1. 2g過硫酸銨溶解于75g水中得引發(fā)劑水溶液；將4g 分子量為1200的聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、0. Sg氫氧化鈉、150g水置于500mL三口瓶中，充分?jǐn)嚢柚寥芙?，然后將三口瓶移?5°C水浴鍋中，待反應(yīng)瓶內(nèi)溫度穩(wěn)定后，向其中加入15%質(zhì)量的共聚單體和20%質(zhì)量的引發(fā)劑水溶液；半小時后，向三口瓶中勻速滴加剩余的共聚單體和引發(fā)劑水溶液，控制在2小時內(nèi)滴加完畢。滴加完成后升溫至90°C，保溫反應(yīng) 2小時，冷卻至30°C以下，過濾出料。本實施例制備的水性上光油的流平等級8級；光澤度65 ；黏度60mPa. s ；涂膜吸水率 9. 3%。實施例3 (共聚單體含量為50 % )取78g苯乙烯、78g甲基丙烯酸丁酯、28g甲基丙烯酸甲酯、16g丙烯酸羥丙酯于 250mL錐形瓶中得共聚單體；取2. Sg過硫酸鉀溶解于62g水中得引發(fā)劑水溶液；將8g分子量為1500的聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、2g碳酸氫鈉、125g水置于500mL三口瓶中， 充分?jǐn)嚢柚寥芙?，然后將三口瓶移?5°C水浴鍋中，待反應(yīng)瓶內(nèi)溫度穩(wěn)定后，向其中加入 15%質(zhì)量的共聚單體和20%質(zhì)量的引發(fā)劑水溶液；半小時后，向三口瓶中勻速滴加剩余的共聚單體和引發(fā)劑水溶液，控制在2小時內(nèi)滴加完畢。滴加完成后升溫至90°C，保溫反應(yīng)2 小時，冷卻至30°C以下，過濾出料。本實施例制備的水性上光油的流平等級9級；光澤度68 ；黏度75mPa. s ；涂膜吸水率 11%。實施例4 (共聚單體含量為30 % )取37g苯乙烯、37g甲基丙烯酸丁酯、13g甲基丙烯酸甲酯、7g丙烯酸羥丙酯于 250mL錐形瓶中得共聚單體；取1. 4g過硫酸鉀溶解于71g水中得引發(fā)劑水溶液；將6g分子量為1500的聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、Ig碳酸氫鈉、141g水置于500mL三口瓶中， 充分?jǐn)嚢柚寥芙?，然后將三口瓶移?5°C水浴鍋中，待反應(yīng)瓶內(nèi)溫度穩(wěn)定后，向其中加入 15%質(zhì)量的共聚單體和20%質(zhì)量的引發(fā)劑水溶液；半小時后，向三口瓶中勻速滴加剩余的共聚單體和引發(fā)劑水溶液，控制在2小時內(nèi)滴加完畢。滴加完成后升溫至90°C，保溫反應(yīng)2 小時，冷卻至30°C以下，過濾出料。本實施例制備的水性上光油的流平等級8級；光澤度65 ；黏度64mPa. s ；涂膜吸水率 13%。實施例5 (共聚單體含量為20 % )取31. 2g苯乙烯、31. 2g甲基丙烯酸丁酯、11. 2g甲基丙烯酸甲酯、6. 4g丙烯酸羥丙酯于250mL錐形瓶中得共聚單體；取2. 3g過硫酸鉀溶解于104g水中得引發(fā)劑水溶液；將 4g分子量為1500的聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、Ig碳酸氫鈉、208g水置于500mL三口瓶中，充分?jǐn)嚢柚寥芙?，然后將三口瓶移?5°C水浴鍋中，待反應(yīng)瓶內(nèi)溫度穩(wěn)定后，向其中加入15%質(zhì)量的共聚單體和20%質(zhì)量的引發(fā)劑水溶液；半小時后，向三口瓶中勻速滴加剩余的共聚單體和引發(fā)劑水溶液，控制在2小時內(nèi)滴加完畢。滴加完成后升溫至90°C，保溫反應(yīng) 2小時，冷卻至30°C以下，過濾出料。本實施例制備的水性上光油的流平等級6級；光澤度60 ；黏度52mPa. s ；涂膜吸水率 11%。

圖1是MPEGMA含量與水性上光油流平性能的關(guān)系曲線。從圖1中可以看出， MPEGMA的引入可以明顯改善水性上光油的流平性能，其最高流平等級達(dá)到9級。但是，持續(xù)增加MPEGMA用量，流平性能反而變差。根據(jù)流變學(xué)理論，影響流平性的關(guān)鍵因素是上光油在流平過程中的流平黏度及其干燥速度。若流平黏度能保持較低，并且初期的變化率比較小，涂層就可較快流平。干燥速度也影響流平性，若速度較小，流平黏度的變化率較小，且給予的流平時間也較多，就能夠充分流平。所以，適宜的黏度和干燥速度將有助于乳液的流平。圖2是MPEGMA含量與水性上光油涂層光澤度的關(guān)系曲線。從圖2可以看出，隨著 MPEGMA含量的增加，光澤度先增加后減小。一般而言，共聚物的玻璃化溫度，乳液粒徑及其流平性能均和光澤度有關(guān)。其中，水性上光油的流平性是影響光澤度的一個重要因素。若水性上光油的流平性好，就能夠在涂層干燥前迅速流平，形成光滑的表面，涂層就會有高的光澤度；若上光油流平性不夠好，即在上光油充分流平以前就已干燥，則會留下一些條痕、 砂眼等，使其光澤度降低。圖3是MPEGMA含量與水性上光油黏度的關(guān)系曲線。從圖3可以看出，隨著乳化劑用量的增加，體系的黏度逐漸變大。這是因為隨著MPEGMA用量的增加，體系中產(chǎn)生的膠束數(shù)目就越多，按膠束機(jī)理生成的乳膠粒數(shù)也越多，粒徑越小，乳液中膠粒的比表面積越大， 因而體系的黏度不斷增大。同時隨著MPEGMA分子量的增加，聚合物分子鏈增長，鏈纏結(jié)現(xiàn)象不可避免，這無疑使體系的黏度隨MPEGMA分子量的增大而增加。圖4是MPEGMA含量與水性上光油吸水率的關(guān)系曲線。從圖4可以看出，隨著 MPEGMA用量的增力卩，水性光油成膜后的耐水性能逐漸降低。這是因為MPEGMA含有親水性基團(tuán)。所以隨著MPEGMA用量的增加，膜的吸水能力越來越強(qiáng)。同時圖4也表明，，乳膠膜的吸水率隨MPEGMA分子量的增加而增加。MPEGMA的分子量越大，結(jié)構(gòu)單元^oc2H4 的數(shù)量就越多，膜的親水能力就越強(qiáng)，吸水率就越大。 為了對流平現(xiàn)象有更加形象的認(rèn)識，將由水性上光油涂敷過的白板紙置于圖像顆粒分析系統(tǒng)下，經(jīng)顯微鏡放大160倍后觀察其表面形態(tài)，結(jié)果如圖5所示。從圖5中可以看出，沒加MPEGMA的涂膜，其表面凹凸不平，且存在大量露白。加入MPEGMA后，涂膜外觀明顯得到改善。隨著MPEGMA分子量的提高，涂膜表面越來越光滑，露白現(xiàn)象逐漸減輕至消失。這一現(xiàn)象有力的說明了 MPEGMA可以明顯提高水性上光油的流平性能，而且MPEGMA的分子量越高越有利于水性上光油的流平。
權(quán)利要求
1.一種水性上光油，其特征在于其原料按質(zhì)量百分比構(gòu)成為共聚單體締合型乳化劑引發(fā)劑 PH值調(diào)節(jié)劑水20-50% 1-2% 0. 3-0. 7% 0. 2-0. 5%余量；所述共聚單體為苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、單體A和單體B;其中所述苯乙烯、所述甲基丙烯酸甲酯、所述單體A和所述單體B之間的質(zhì)量比為39 14 39 8 ；所述單體A為丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸丁酯；所述單體B為丙烯酸羥乙酯或丙烯酸羥丙酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性上光油，其特征在于所述締合型乳化劑為聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水性上光油，其特征在于所述聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯的數(shù)均分子量為1000、1200或1500。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性上光油，其特征在于所述引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀或過硫酸銨-亞硫酸氫納；所述過硫酸銨-亞硫酸氫納中過硫酸銨與亞硫酸氫納的質(zhì)量比為3 2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性上光油，其特征在于所述PH值調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉或碳酸氫鈉。
6.如權(quán)利要求1所述的水性上光油的制備方法，其特征在于按以下步驟操作將締合型乳化劑、PH值調(diào)節(jié)劑和部分水混合并攪拌升溫，升溫至85°C后加入部分共聚單體和部分引發(fā)劑水溶液，攪拌反應(yīng)30分鐘后同時分別滴加余量的引發(fā)劑水溶液和余量的共聚單體，滴加完成后升溫至90°C保溫反應(yīng)2小時，反應(yīng)結(jié)束后冷卻過濾得成品；所述部分水為水總量的2/3 ；所述部分引發(fā)劑水溶液為引發(fā)劑水溶液總量的20% ；所述引發(fā)劑水溶液是用余量的水和引發(fā)劑混合得到；所述部分共聚單體為共聚單體總質(zhì)量的15%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水性上光油及其制備方法，其中水性上光油由以下原料構(gòu)成共聚單體，締合型乳化劑，引發(fā)劑，pH值調(diào)節(jié)劑，水；其制備方法是以聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯作為締合型乳化劑，與共聚單體、引發(fā)劑、pH值調(diào)節(jié)劑，經(jīng)乳液聚合制備水性上光油。本發(fā)明制備的水性上光油流平性能好、干燥速度快、成膜光澤度高、耐水能力強(qiáng)。
文檔編號C08F290/06GK102153934SQ20111002846
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者任鳳梅, 周正發(fā), 徐衛(wèi)兵, 蔡訓(xùn)儒 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)