[发明专利]水性丙烯酸酯涂料的聚合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性涂料的聚合方法，特别是提高丙烯酸酯水性涂料性能的聚合方法。

背景技术

水性丙烯酸酯类共聚物乳液具有优良的耐候性、耐酸碱性、耐粘污性、对环境友好等性能，已经成为一种重要的涂料品种。但纯丙、苯丙涂料存在成膜温度高、涂膜机械强度不高、抗回粘性不佳等缺陷，仅通过引入功能单体，或通过核壳乳液聚合以及无皂聚合等手段进行改性是无法满足越来越高的应用要求的。

因此人们对能够室温成膜的乳液进行了大量的研究，如：US4772680通过乙酰乙酰基与酮亚胺反应获得室温交联乳液。US 6538062利用含活泼羰基的物质与酰肼反应来实现涂料的室温交联固化。EP 1210834用特殊结构的硅氧烷水解成甲硅烷醇缩合制备室温交联的涂料。由于Si-O键能大，对光、热稳定，不易受紫外光作用，因此用有机硅氧烷作为交联单体，使涂料在室温固化，可改善涂料的耐候性，耐高、低温性，耐水性，硬度等性能。虽然乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基硅烷)等常见的不饱和有机硅氧烷可以应用在溶液聚合中提高溶液性能，但由于硅氧烷易水解，产生大量凝聚物，而使得聚合反应在水相中无法进行，因此用含不饱和基团的有机硅氧烷和其他有机硅单体直接聚合改善乳液性能的应用还很少。JP51-146525，JP54-3512虽然用含不饱和基团的有机硅氧烷和其他有机硅单体直接聚合，但乳液稳定性差，发生分离、凝聚。CN1217360A，CN1217360A用羟基聚硅氧烷保护有机硅氧烷，该方法首先合成羟基聚硅氧烷，再加入聚合体系中，羟基硅氧烷与有机硅氧烷进行接枝反应，用来保护有机硅氧烷不水解，接枝后的硅氧烷作为交联剂来改善乳液的性能，工艺复杂。此外，目前的乳液聚合工艺中，交联剂往往在滴加单体或预乳化时加入，部分交联剂被包在乳胶粒内部，对粒子间交联没有贡献；这样就降低了交联剂分布在乳胶粒表面的几率，不但交联剂用量大，粒子堆积成膜时的膜的交联度相对降低。

CN1297616C公开了一种水性涂料的聚合方法，特别是提高丙烯酸酯类水性涂料性能的聚合方法。主要工艺为：将硬单体、引发剂添加到含有部分引发剂、硬单体、pH值缓冲剂的乳化剂水溶液中，进行反应，滴加到含有部分引发剂、硬单体、pH值缓冲剂的乳化剂水溶液中，进行反应，滴加软单体继续保温反应，向体系内加入硅氧烷交联剂，始终保持pH值在一定范围，以对硅氧烷形成保护，使有机硅氧烷在以水为介质的乳液中稳定存在，并且在成膜时主要分布在乳胶粒表面，提高成膜的交联度，从而提供一种工艺简单、膜性能好，有机硅氧烷直接交联聚合改善乳液性能的聚合工艺方法。但是该发明由于直接把硅氧烷交联剂加入聚合反应中，虽然得到的涂膜耐有机溶剂、耐碱、耐酸、耐水及抗压性能都很好，但储存期短，只有1到2天。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚合方法，所述方法通过添加交联剂对水性丙烯酸酯进行交联改性，得到一种耐水性、耐溶剂、耐酸、耐水及抗压性能都很好，且储存期长的水性丙烯酸酯涂料。

本发明通过使金属离子交联剂在以水为介质的乳液中稳定存在，并且在成膜时主要分布在乳胶粒表面，提高成膜的交联度，从而提供一种工艺简单、膜性能好，金属离子交联剂直接交联聚合改善乳液性能的聚合工艺方法。

通过控制反应体系pH值使金属离子交联剂在水为介质的乳液中稳定存在，而在乳液干燥成膜过程中再水解缩合使膜交联；针对金属离子交联剂交联体系的特点，调整硬单体、软单体及交联剂的加入工艺顺序，提高涂料的成膜性能。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

所述水性丙烯酸酯涂料的聚合方法，通过硬单体、软单体、金属离子交联剂的引发体系中进行乳液聚合，得到水性丙烯酸酯涂料。

本领域技术人员可以根据自己的经验自行选择丙烯酸酯涂料聚合过程中所需软单体和硬单体，作为优选技术方案，本发明所述硬单体选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或者至少两种的混合物。所述混合物例如甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸异冰片酯的混合物，苯乙烯和丙烯腈的混合物，丙烯腈和甲基丙烯酸缩水甘油酯的混合物，甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈的混合物，苯乙烯、丙烯腈和甲基丙烯酸缩水甘油酯的混合物。

本发明所述软单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯中的一种或至少两种的混合物。所述混合物例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯的混合物，丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯的混合物，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯的混合物，丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯的混合物。