[发明专利]水性丙烯酸树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学工业领域中的涂料行业，具体地说，涉及水性涂料制造中使用的一种基本原料——水性丙烯酸树脂及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步，人们生活水平的日益提高，绿色环保越来越受到人们的重视。国内外都出台了许多相应的政策法规，对有毒有害物质的排放予以严格的限制和控制。涂料行业作为有机溶剂应用大户，也越来越意识到了这点而转向致力于开发水性涂料，从而推动涂料市场对水性涂料需求的逐渐增加。水性丙烯酸树脂因为合成容易、成本低、有机挥发物含量(VOC)低等许多优点，受到涂料行业的青睐，用它制备的涂料具有很好的施工性、光泽和漆膜外观，固化设备简单，因此，广泛用于建筑涂料、纺织品涂层等领域。

传统制备水性丙烯酸树脂的方法是采用带羧基的丙烯酸单体混合物为原料，通过聚合制备出带羧基的聚合物，然后用适当的碱(如胺)中和，以达到水分散或水溶性。另一种制备方法是借助外加表面活性剂所起的乳化剂作用，促使聚合物甚至在没有水溶性基团存在的情况下溶入水中。这两种方法的缺点是由于涂层固化后有未反应的羧基基团残留或水溶性的表面活性剂聚集，使漆膜的耐水性、耐腐蚀性、抗粘性、硬度及流平性等远不如使用溶剂型丙烯酸树脂涂料的场合。

发明内容

本发明不仅旨在解决一般溶剂型丙烯酸树脂涂料普遍存在的有毒有害溶剂气体的释放问题，而且还克服了上述方法制备的水性丙烯酸树脂之不足，使漆膜性能如附着力、耐溶剂性、耐水性等性能得到全面提高，并且硬度可调、适用面广。

本发明是这样实现的，所述的水性丙烯酸树脂，使用的的基本原料包括丙烯酸单体、苯乙烯类单体、引发剂、助溶剂、活性溶剂，其特征是，所用的丙烯酸单体中包含了含有羟基的丙烯酸衍生物；所用的助溶剂是醚醇类溶剂；所用的活性溶剂为叔碳酸衍生物活性溶剂；所用的引发剂是过氧化物类引发剂；所用的中和剂是胺类中和剂，各原料组份的配比如下：

丙烯酸单体       10～50质量％

苯乙烯类单体     10～30质量％

引发剂           1～5质量％

助溶剂           0～15质量％

活性溶剂         10～50质量％

中和剂           5～15质量％。

这儿所述的丙烯酸单体是指丙烯酸及其衍生物的混合物，包括选自丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯之类常用的丙烯酸类单体中的一种或几种的混合物外，还包括选自甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、己内酯中的一种或几种的混合物。

作为单体原料不仅选用通常的聚合活性较高的丙烯酸类单体，而且还包括了含羟基的丙稀酸衍生物，这样可使得到的丙烯酸树脂具有较好的亲水性，提高制得的水性丙烯酸树脂的稳定性。

在合成本发明树脂所用的单体原料中还包括苯乙烯类单体，这是因为苯乙烯类单体可使树脂涂料在成膜后具有优异的干性、硬度、光泽、丰满度、抗化学药品性及耐水性。适用的苯乙烯类单体包括选自间-甲基苯乙烯、对-甲基苯乙烯、苯乙烯中的一种或它们的混合物。其中尤以含甲基的甲基苯乙烯单体所提供的漆膜性能更为突出。

按照本发明，树脂的合成反应是借助过氧化物引发剂引发的，适用的过氧化物选自过氧化叔丁酯、过氧化二叔戊酯中的一种或它们的混合物。其中尤以过氧化二叔戊酯为适宜，这种过氧化物的结构如下：

其特点是过氧化二叔戊基自身分解产生的自由基夺氢能力较弱，在丙烯酸单体聚合过程引起交联较少，因此树脂具有更适宜的分子量分布，粘度更低，制成的水性丙烯酸树脂色泽更好，树脂中的羟基也能更好地均匀分布，游离单体含量低，因此漆膜的综合性能得到提高。

本合成反应中使用的助溶剂宜为醚醇类溶剂，可以选自丙二醇丁醚、乙二醇丁醚中的一种或它们的混合物。

本发明与现有技术相比的一个重要特征在于：本发明在丙烯酸单体聚合过程中引入了叔碳酸衍生物作为活性溶剂，借以制备含亲水基团和叔碳基的羟基丙烯酸树脂预聚物。其结构如下：

式中：R₁，R₂，R₃为烷基取代基，至少有一个甲基取代基，其余的取代基为直链或支链烷基；用于涂料的叔碳酸的碳原子数一般是C9、C10、C11。R₄，R₅，R₆为烷基基团。