一種節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物及其制備方法，應(yīng)用在建筑外墻 涂料領(lǐng)域里。
【背景技術(shù)】
[0002] 涂料水性化一直是涂料新興市場關(guān)注的焦點所在，"綠色"涂料的特征在不斷發(fā)生 變化。目前高性能涂料有了更多的選擇，綠色產(chǎn)品已逐漸被使用低V0C含量、低氣味、不含烷 基酚聚氧乙烯醚(ΑΡΕ0)的產(chǎn)品所取得。然而，隨著涂料市場的不斷擴大，要使這些能夠提供 綠色類似性能產(chǎn)品的涂料生產(chǎn)商在競爭中脫穎而出是一件難上加難的事情。在過去的幾十 年里，隨著石油資源日益短缺、價格不斷上漲，以及人類對全球變暖、環(huán)境污染的擔(dān)憂，涂料 工業(yè)在材料種類的選擇和技術(shù)方面經(jīng)歷了重大的變革。越來越多的企業(yè)正在用生物基水性 替代品來增加或擴大其產(chǎn)品線，為配方設(shè)計師和終端用戶提供更多的可選擇的具有優(yōu)良性 能但又不影響性能的產(chǎn)品。含生物基官能團的產(chǎn)品與石油基產(chǎn)品的性能類似，但其原材料 的全部或部分是生物基、可再生農(nóng)業(yè)(包括植物、動物和海洋生物)或林業(yè)原材料。這些原材 料除了具有低V0C含量、低氣味、不含ΑΡΕ0等優(yōu)點以外，原材料中有一部分來源于可再生資 源。由生物原材料生產(chǎn)的生物基產(chǎn)品可以降低企業(yè)對進口能源的依賴以及國家對石油資源 的依賴。此外，采用生物源原材料生產(chǎn)含碳化合物有助于減少大氣中的新的碳排放量，這可 以讓我們更好地管理碳循環(huán)，符合綠色環(huán)保大趨勢。
[0003] 現(xiàn)有市面上雖然也有采用生物基為原料生產(chǎn)的水性涂料，如201410041860. X，但 由于其采用的是衣康酸（IA)為原料。衣康酸（IA)的均聚物熱穩(wěn)定性很低，在沒有達到玻璃 轉(zhuǎn)化態(tài)時就已經(jīng)熱降解了，即在比較低的溫度就會降解掉，性質(zhì)很不穩(wěn)定，聚合不能用，而 且在酸性較大的合成體系里，酸堿度對聚合物穩(wěn)定性影響很大，極易導(dǎo)致團聚的失敗，作為 原料的衣康酸(IA)的不穩(wěn)定使得其所被使用的聚合反應(yīng)的效果不佳。
[0004] 因此提供一種性質(zhì)穩(wěn)定、聚合效果佳的可用于水性涂料制備的節(jié)能環(huán)保生物基水 性乳液聚合物及其制備方法己成為當務(wù)之亟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物及其制備方法，其克服了現(xiàn)有用 于制備水性涂料的原料聚合效果不佳而導(dǎo)致制備過程容易失敗的缺點，具有制備成功率 高，使用其所制備出的生物基水性涂料聚合效果好、性質(zhì)穩(wěn)定、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物，其由以下重量份的原料組成：水40-50份、 甲基丙烯酸甲酯10-18份、丙烯酸正丁酯10-20份、丙烯酸異辛酯2-8份、衣康酸二丁酯10-25 份、引發(fā)劑〇. 1-0.3份、pH緩沖劑0.1-0.2份、陰離子乳化劑0.3-1.5份、非離子乳化劑0.4-0.6份、三異丙醇胺0.1-0.8份。
[0008] 現(xiàn)有市面上的以生物基為原料生產(chǎn)的水性涂料，多采用衣康酸（IA)。衣康酸，又名 亞甲基丁二酸，由于它特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)、較低的價格和成熟的生物發(fā)酵生產(chǎn)工藝，被認為是 一種具有廣闊應(yīng)用前景的生物基平臺化合物。但是其均聚物熱穩(wěn)定性很低，在比較低的溫 度就會降解掉，性質(zhì)很不穩(wěn)定，且在酸性較大的合成體系里，酸堿度對聚合物穩(wěn)定性影響很 大，將其應(yīng)用在聚合反應(yīng)中容易導(dǎo)致反應(yīng)的失敗或?qū)е戮酆戏磻?yīng)不佳。本申請則采用衣康 酸二丁酯為原料進行節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物的制備。衣康酸二丁酯是酯類，其穩(wěn) 定性很好，且酯化后沒有酸性，因此聚合反應(yīng)時體系穩(wěn)定，單體間容易均聚，因此，得到的乳 液聚合物性能也較現(xiàn)有工藝所制備的更穩(wěn)定、聚合效果更佳。且生物基單體衣康酸二丁酯 搭配上甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異辛酯多種單體，并配合陰離子和非離子乳 化劑2種乳化劑、引發(fā)劑、pH緩沖劑和三異丙醇胺，以及經(jīng)過多次試驗挑選出的適宜的用量 比例，大大提高了反應(yīng)體系的聚合效果。
[0009] 所述陰離子乳化劑為十二烷基硫酸鈉，非離子乳化劑為烷基酚聚氧乙烯醚。優(yōu)選 的兩種不同類型的乳化劑配合并搭配適宜的比例使用能使得單體的聚合時的均勻度更佳。
[0010] 所述硫酸鉀為過硫酸鉀或過硫酸銨。
[0011] 所述pH緩沖劑為碳酸氫鈉或磷酸氫鈉。
[0012] 所述水為去離子水。
[0013] 所述節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物，其由以下重量份的原料組成:水47.6份、甲 基丙烯酸甲酯12份、丙烯酸正丁酯18份、丙烯酸異辛酯6份、衣康酸二丁酯15份、引發(fā)劑0.2 份、pH緩沖劑0.1份、十二烷基硫酸鈉0.5份、烷基酚聚氧乙烯醚0.4份、三異丙醇胺0.2份。上 述包括衣康酸二丁酯在內(nèi)的多種單體、pH緩沖劑、陰離子/非離子乳化劑、引發(fā)劑以及三異 丙醇胺適宜的比例搭配，使得制備節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物時的聚合體系更加穩(wěn) 定，所制產(chǎn)品的性質(zhì)更加穩(wěn)定。
[0014] 所述的節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物的制備方法，其包括在常溫和常壓條件下 依次進行的以下步驟：
[0015] ①預(yù)乳化工藝:將水、pH緩沖劑、陰離子乳化劑、非離子乳化劑、引發(fā)劑、甲基丙烯 酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異辛酯和衣康酸二丁酯混合，并以400-600rpm的轉(zhuǎn)速分散 28-32min，制備成預(yù)乳化混合液；
[0016] ②聚合工藝:從所述預(yù)乳化混合液中取出少于總體積的1/2的量進行攪拌并緩慢 升溫至70-80°C，等到預(yù)乳化混合液變?yōu)樗{色時，將剩余的預(yù)乳化混合液緩慢滴加入其中， 之后恒溫反應(yīng)0.5-1.5h，隨后升溫至75-85°C保溫0.3-0.8h，再降至室溫后滴加三異丙醇胺 調(diào)節(jié)pH至7-8，過濾，即得所述節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物。
[0017] 步驟②中取出進行攪拌并緩慢升溫的預(yù)乳化混合液的體積為預(yù)乳化混合液總體 積的1/4,剩余用于滴加的預(yù)乳化混合液體積為預(yù)乳化混合液總體積的3/4。
[0018] 步驟①中分散轉(zhuǎn)速為500pm，分散時間為30min。該分散轉(zhuǎn)速和時間的配合，分散效 果更加。
[0019] 步驟②中將少于1/2體積的所述預(yù)乳化混合液攪拌并緩慢升溫至75°C，滴加入剩 余的預(yù)乳化混合液后恒溫反應(yīng)lh，隨后升溫至80°C保溫0.5h。上述的分段反應(yīng)溫度和反應(yīng) 時間的搭配使得聚合反應(yīng)效果更佳。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明申請具有以下優(yōu)點：
[0021 ] 1)采用衣康酸二丁酯生物基單體作為原料，使得聚合體系更加穩(wěn)定，大大提高了 制備的成功率；
[0022] 2)通過生物基單體衣康酸二丁酯和多種單體并配合陰離子和非離子乳化劑2種乳 化劑、引發(fā)劑、pH緩沖劑和三異丙醇胺單體以及適宜的用量比例，大大提高了反應(yīng)體系的聚 合效果，制備出的節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物性質(zhì)更加穩(wěn)定。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合各實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0024]原料來源：
[0025]碳酸氫鈉、磷酸氫鈉：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；
[0026]烷基酚聚氧乙烯醚、過硫酸鉀、過硫酸銨:阿拉丁化學(xué)試劑；
[0027]甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異辛酯、十二烷基硫酸鈉、三異丙醇胺:安 耐吉化學(xué)；
[0028] 衣康酸二丁酯:廣東廣州正通化工有限公司。
[0029] 實施例1
[0030] -種節(jié)能環(huán)保生物基水性乳液聚合物，其由以下重量份的原料組成，去離子水 47.6份、甲基丙烯酸甲酯12份、丙烯酸正丁酯18份、丙烯酸異辛酯6份、衣康酸二丁酯15份、 弓丨發(fā)劑過硫酸鉀0.2份、pH緩沖劑碳酸氫鈉0.1份、陰離子乳化劑十二烷基硫酸鈉0.5份、非 離子乳化劑烷基酚聚氧乙烯醚〇. 4份、三異丙醇胺0.2份。
[0031] 該節(jié)能環(huán)保生