CN102212234A - 一种耐水膜材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐水膜材料及制备方法，各物质按重量份计，耐水膜材料的制备方法，按以下步骤进行：将40-148份单体与100-400份水在2-8份乳化剂的作用下进行充分乳化，形成预聚体，加入0.2-0.8份引发剂、1.8-7.2份交联剂、7-44份改性剂，升温至85-90℃并反应4-8小时，冷却至50-60℃，调节pH值8.5-9，制得耐水膜材料，且耐水膜材料的粘度为125±5cps。本发明通过在乳液聚合的过程中加入碳酸锆铵/钾和改性淀粉，对乳液的抗水性能进行改进，得到了具有优良成膜性和抗水性的膜材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子材料的制备方法，具体涉及一种耐水膜材料及制备方法。
背景技术
苯丙乳液具有优良的耐候性、成膜性和粘结性，在涂料、粘合剂等方面有广泛的应用，但同时存在有耐水性、透湿性及耐污性差等缺点。为了解决这些问题，提高苯丙乳液的性能，通常会对苯丙乳液进行以下改性：
有机硅改性：有机硅改性苯丙乳液是在苯乙烯和丙烯酸酯共聚物的主链或支链上引入Si-O键，Si原子上接有烷基或芳基。Si-O键的键能比C-C键高得多，是树脂具有高温稳定性的重要原因。其次Si-O-Si键角更大、键长更长，因此Si-O-Si键旋转自由，呈螺旋形结构，烷基向外排列并绕Si-O键旋转，分子体积大，内聚力密度低，从而带来憎水、消泡等功能。有机硅改性苯丙乳液聚合过程中，同时存在有机硅单体的开环聚合和丙烯酸酯单体的自由基聚合，两种结构通过单体双键结合在一起，形成具有微交联结构的弹性乳液，其反应历程为：有机硅单体在酸的作用下进行开环共聚，生成含有乙烯基的聚硅氧烷。同时丙烯酸酯以及聚硅氧烷中的乙烯基在引发剂的作用下进行自由基聚合。
环氧树脂改性：环氧树脂对丙烯酸树脂进行改性基于两种机理：一是接枝共聚法。环氧树脂无不饱和双键，却含有醚键，相邻碳上α-氢原子和叔碳上的氢原子比较活泼。在引发剂作用下，可以形成自由基，从而引发接枝反应。二是酯化共聚改性。环氧树脂和丙烯酸或甲基丙烯酸在一定条件下可以进行酯化反应，再进行聚合。改性后的苯丙乳液既有环氧树脂的高强度、耐腐蚀、附着力强等优点，又有苯丙乳液的耐候性、光泽好等优点，其涂膜的硬度、耐污染性及耐水性也会大幅提高。
聚氨酯改性：聚氨酯树脂内含有大量酯基、氨基等极性基团，能在分子内和分子间形成氢键，增加分子间作用力。因此，聚氨酯涂膜具有弹性好、附着力强，柔韧性和耐磨性佳等优点。苯丙乳液和聚氨酯接枝后，综合二者的优点，提高了共聚物的性能。崔月芝等人用双丙烯酰胺(DAAM)作交联剂，先与苯丙乳液聚合，使苯丙树脂带上酮基，再与带有肼基的聚氨酯在成膜过程中脱水，形成整体的膜。由于苯丙乳液和聚氨酯交联，使其耐水和耐有机溶剂等性能得到提高。
碳酸锆铵/钾抗水剂是目前最好的抗水剂。它不含甲醛等有机物，环保卫生，而且极易交联固化。碳酸锆铵/钾和改性淀粉一同加入到苯丙乳液的聚合中，参与聚合，能极大提高苯丙乳液的成膜性和抗水性。
发明内容
本发明的目的是为了去掉苯丙乳液中的亲水性基团，引入疏水性基团，提高乳液的抗水性能，从而提供一种耐水膜材料及制备方法，本发明制得的耐水膜材料具有优良耐水性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种耐水膜材料，由以下各物质组成，各物质按重量份计，其特征在于，制备该膜材料的单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯、羟甲基丙烯酰胺中的二种以上物质，单体重量份为40-148，所述的改性剂为碳酸锆铵/钾和改性淀粉，重量份为7-44，乳化剂重量份为2-8，所述的引发剂重量份为0.2-0.8，所述的交联剂重量份为1.8-7.2，所述的分散相重量份为50-200，分散相为水。
一种耐水膜材料制备方法，各物质按重量份计，其特征在于按以下步骤进行：将40-148份单体与100-400份水在2-8份乳化剂的作用下进行充分乳化，形成预聚体，加入0.2-0.8份引发剂、1.8-7.2份交联剂、7-44份改性剂，升温至85-90℃并反应4-8小时，冷却至50-60℃，调节pH值8.5-9，制得耐水膜材料，制得的耐水膜材料的粘度为125±5cps。
所述的改性剂为碳酸锆铵/钾和改性淀粉，碳酸锆铵/钾和改性淀粉按0.5-2的质量比混合。
所述的乳化剂是十二烷基硫酸钠SDS与脂肪醇聚氧乙烯醚OS-15按1∶1-5质量比混合的复合乳化剂，所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，交联剂为邻苯二甲酸二丁酯、二过氧化邻苯二甲酸二叔丁酯、叔丁基过氧化氢中的一种。
本发明通过在乳液的聚合的过程中加入碳酸锆铵/钾和改性淀粉，对乳液的抗水性能进行改进，得到了具有优良成膜性和抗水性的膜材料。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步的描述。以下实施例1、实施例2所用的乳化剂是十二烷基硫酸钠SDS与脂肪醇聚氧乙烯醚OS-15按1∶1质量比混合的复合乳化剂；以下实施例3所用的乳化剂是十二烷基硫酸钠SDS与脂肪醇聚氧乙烯醚OS-15按1∶2质量比混合的复合乳化剂；以下实施例4所用的乳化剂是十二烷基硫酸钠SDS与脂肪醇聚氧乙烯醚OS-15按1∶3质量比混合的复合乳化剂；以下实施例5所用的乳化剂是十二烷基硫酸钠SDS与脂肪醇聚氧乙烯醚OS-15按1∶4质量比混合的复合乳化剂；以下实施例6所用的乳化剂是十二烷基硫酸钠SDS与脂肪醇聚氧乙烯醚OS-15按1∶5质量比混合的复合乳化剂。
实施例1
| 重量份 | |
| 甲基丙烯酸甲酯 | 10 |
| 丙烯酸丁酯 | 10 |
| 丙烯酸 | 1 |
| 苯乙烯 | 19 |
| 碳酸锆铵/钾 | 2 |
| 改性淀粉 | 5 |
| 过硫酸钾 | 0.2 |
| 邻苯二甲酸二丁酯 | 1.8 |
| 乳化剂 | 2 |
| 水 | 50 |
将上述各单体与水在乳化剂的作用下进行充分乳化，形成预聚体，加入引发剂过硫酸钾、交联剂邻苯二甲酸二丁酯、碳酸锆铵/钾和改性淀粉，升温至85℃并反应4小时，冷却至50℃，调节pH值到8.5，制得耐水膜材料，耐水膜材料的粘度为125cps。
25℃水中浸泡24小时，膜的吸水率为0.10％。
实施例2
将上述各单体与水在乳化剂的作用下进行充分乳化，形成预聚体，加入引发剂过硫酸钾、交联剂二过氧化邻苯二甲酸二叔丁酯、碳酸锆铵/钾和改性淀粉，升温至90℃并反应4小时，冷却至60℃，调节pH值到9，制得耐水膜材料，耐水膜材料的粘度为120cps。
25℃水中浸泡24小时，膜的吸水率为0.15％。
实施例3
| 重量分数 | |
| 甲基丙烯酸甲酯 | 40 |
| 丙烯酸丁酯 | 40 |
| 丙烯酸 | 4 |
| 苯乙烯 | 64 |
| 碳酸锆铵/钾 | 16 |
| 改性淀粉 | 28 |
| 过硫酸钾 | 0.8 |
| 叔丁基过氧化氢 | 7.2 |
| 乳化剂 | 8 |
| 水 | 200 |
将上述各单体与水在乳化剂的作用下进行充分乳化，形成预聚体，加入引发剂过硫酸钾、交联剂叔丁基过氧化氢、碳酸锆铵/钾和改性淀粉，升温至85℃并反应8小时，冷却至50℃，调节pH值到8.5，制得耐水膜材料，耐水膜材料的粘度为130cps。
25℃水中浸泡24小时，膜的吸水率为0.18％。
实施例4
| 重量分数 | |
| 甲基丙烯酸 | 40 |
| 丙烯酸丁酯 | 40 |
| 碳酸锆铵/钾 | 28 |
| 改性淀粉 | 16 |
| 过硫酸铵 | 0.8 |
| 叔丁基过氧化氢 | 7.2 |
| 乳化剂 | 8 |
| 水 | 200 |
将上述各单体与水在乳化剂的作用下进行充分乳化，形成预聚体，加入引发剂过硫酸铵、交联剂叔丁基过氧化氢、碳酸锆铵/钾和改性淀粉，升温至90℃并反应6小时，冷却至55℃，调节pH值到9，制得耐水膜材料，耐水膜材料的粘度为125cps。
25℃水中浸泡24小时，膜的吸水率为0.20％。
实施例5
将上述各单体与水在乳化剂的作用下进行充分乳化，形成预聚体，加入引发剂过硫酸铵、交联剂二过氧化邻苯二甲酸二叔丁酯、碳酸锆铵/钾和改性淀粉，升温至85℃并反应7小时，冷却至60℃，调节pH值到8.5，制得耐水膜材料，耐水膜材料的粘度为130cps。
25℃水中浸泡24小时，膜的吸水率为0.22％。
实施例6
| 重量分数 | |
| 羟甲基丙烯酰胺 | 20 |
| 甲基丙烯酸 | 20 |
| 苯乙烯 | 36 |
| 碳酸锆铵/钾 | 12 |
| 改性淀粉 | 6 |
| 过硫酸铵 | 0.4 |
| 邻苯二甲酸二丁酯 | 3.6 |
| 乳化剂 | 4 |
| 水 | 150 |
将上述各单体与水在乳化剂的作用下进行充分乳化，形成预聚体，加入引发剂过硫酸铵、交联剂邻苯二甲酸二丁酯、碳酸锆铵/钾和改性淀粉，升温至85℃并反应4小时，冷却至50℃，调节pH值到9，制得耐水膜材料，耐水膜材料的粘度为120cps。
25℃水中浸泡24小时，膜的吸水率为0.24％。
Claims (7)
1.一种耐水膜材料，由以下各物质组成，各物质按重量份计，其特征在于，制备该耐水膜材料：单体重量份为40-148，改性剂重量份为7-44，乳化剂重量份为2-8，引发剂重量份为0.2-0.8，交联剂重量份为1.8-7.2，水重量份为50-200。
2.根据权利要求1所述耐水膜材料的制备方法，各物质按重量份计，其特征在于按以下步骤进行：将40-148份单体与100-400份水在2-8份乳化剂的作用下进行充分乳化，形成预聚体，加入0.2-0.8份引发剂、1.8-7.2份交联剂、7-44份改性剂，升温至85-90℃并反应4-8小时，冷却至50-60℃，调节pH值8.5-9，制得耐水膜材料，且耐水膜材料的粘度为125±5cps。
3.根据权利要求2所述耐水膜材料的制备方法，其特征在于：所述的单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯、羟甲基丙烯酰胺中的二种以上物质。
4.根据权利要求2所述耐水膜材料的制备方法，其特征在于：所述的改性剂为碳酸锆铵/钾和改性淀粉，碳酸锆铵/钾和改性淀粉按0.5-2的质量比混合。
5.根据权利要求2所述耐水膜材料的制备方法，其特征在于：所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠SDS与脂肪醇聚氧乙烯醚OS-15按1∶1-5质量比混合的复合乳化剂。
6.根据权利要求2所述耐水膜材料的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
7.根据权利要求2所述耐水膜材料的制备方法，其特征在于：所述的交联剂为邻苯二甲酸二丁酯、二过氧化邻苯二甲酸二叔丁酯、叔丁基过氧化氢中的一种。
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