一种水性丙烯酸树脂的制备方法与流程

1.本发明涉及涂料材料技术领域，尤其涉及一种水性丙烯酸树脂的制备方法。


背景技术：

2.丙烯酸树脂是由丙烯酸类和甲基丙烯酸酯类及其他烯类单体共聚合成的树脂。丙烯酸酯类单体品种多，聚合方法和工艺可选择的种类也很多，其性能可以在很大范围内调整，并且可与多种树脂进行共混或化学改性，以满足不同的应用场合。丙烯酸酯类单体，具有碳碳不饱和双键，经聚合反应生成丙烯酸酯类树脂，不仅具有很高的光、热和化学稳定性，而且具有透明度高、色泽浅、光亮丰满、保色性优、成膜性好、涂膜坚韧、优异的耐候性、耐腐蚀性、耐化学药品、耐沾污性和附着力高等优点，并且具有原料来源丰富、成本相对较低的特点。因此由聚丙烯酸酯类树脂制备的涂料，具有良好的耐污染、耐酸、耐碱、耐水、成膜性好、使用安全、施工性能良好等优点，在建筑物、汽车表面、胶粘剂等领域得到广泛的应用。
3.现有的水性丙烯酸树脂涂料往往以水做溶剂，由于水分含量大，蒸发潜热高，需要增加漆膜烘干和常温干燥的时间，针对此问题，现有专利号202011019414.0“一种紫外光固化丙烯酸树脂水性涂料及其制备方法”的专利，公开了“将紫外光固化剂直接接枝到超支化聚合物结构中，可在分子内交联固化，形成三维网状结构，固化效率高；且固化反应仅在紫外光照下才开始交联固化，因而最终固化膜的性能易于控制，显著降低涂料的施工难度”。在上述的专利中通过紫外光可以提高涂料的固化效率，但是在湿度较大的环境中，涂料的固化受空气中水分的影响仍然存在效率较低问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种水性丙烯酸树脂的制备方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种水性丙烯酸树脂的制备方法，包括如下步骤：s1、称量样品，按照重量份计包括以下成分：丙烯酸树脂预聚体30-50份、多异氰酸酯化合物20-30份、光引发剂10-15份、紫外线吸收剂5-8份、消泡剂2-6份、乳化剂1-3份、分散剂1-2份、增粘树脂5-10份、高分子粘合剂3-5份、水80份，其中丙烯酸树脂预聚体由甲基丙烯酸甲酯单体、苯乙烯、2-甲基丙烯酸乙酯单体聚合而成，多异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯一种或几种的混合，光引发剂为二芳基碘鎓盐，紫外线吸收剂为邻羟基苯甲酸苯酯、二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种；s2、制备打底相，将丙烯酸树脂预聚体、消泡剂、乳化剂、增粘树脂、高分子粘合剂加入水50-60份中，使用制备装置以500-600rpm的速度搅拌混合；
s3、制备滴加相，将多异氰酸酯化合物、光引发剂、紫外线吸收剂加入剩余的水中，使用制备装置以500-600rpm的速度搅拌混合；s4、聚合，加热打底相使温度保持在80-90℃，并以100-150rpm的速度搅拌打底相，再将滴加相加入打底相，聚合物以300-400rpm的速度搅拌0.5-1h即得；所述制备方法采用的制备装置包括机架，所述机架上设置有横梁和plc控制器，所述横梁的底部设置有乳化釜，所述乳化釜侧面的上端设置有进料口，并且底部设置有出料口和出料阀，所述乳化釜的内部中心处设置有从动轴，所述从动轴的外侧设置有多个沿轴向等间距分布的搅拌机构，所述机架上设置有以带动从动轴旋转的驱动机构，所述搅拌机构由至少两个绕从动轴环形均匀分布的旋转组件构成，所述乳化釜的内部上端设置有刮料部；所述旋转组件包括固定轴，所述固定轴与从动轴固定连接，并且靠近从动轴的一端的外侧设置有第一环体，所述固定轴的外侧套设有活动套，所述活动套远离从动轴的一端设置有搅拌叶片，并且另一端的外侧设置有第二环体，所述第一环体和第二环体相互靠近的端面均设置有磁性环，所述固定轴的表面具有螺旋状的第一导向槽，所述活动套的内侧具有与第一导向槽配合的凸起；所述驱动机构包括第一驱动件和转盘，所述第一驱动件的输出端设置有驱动轴，所述驱动轴的外侧设置驱动齿轮，所述驱动轴与驱动齿轮之间设置有以带动驱动齿轮沿驱动轴的轴向往复移动的推移组件，所述转盘的顶部具有多个第一齿牙和多个第二齿牙，所述多个第一齿牙和多个第二齿牙均绕从动轴均匀分布，并且均可与驱动齿轮啮合；所述刮料部包括刮条和推动刮条上下移动的升降机构。
6.优选地，所述固定轴沿从动轴的径向方向设置，所述固定轴的外壁与活动套的内壁滑动接触，所述第一导向槽设置有至少两个，并且环绕固定轴均匀分布。
7.优选地，所述驱动齿轮为斜齿轮，所述第一齿牙和第二齿牙与转盘的径向方向之间均具有相同度数的夹角，所述多个第一齿牙组成的环形齿位于多个第二齿牙组成的环形齿的外侧。
8.优选地，所述推移组件包括设置在驱动轴外侧的螺旋片和与机架转动连接的减速齿轮，所述减速齿轮的端面远离中心的一侧转动连接有弹簧，所述弹簧的另一端转动连接有导向杆，所述导向杆的内部具有贯穿的通槽，且通槽内滑动连接有第一滑块，所述第一滑块固定连接有连接座，且连接座与驱动齿轮转动连接。
9.优选地，所述驱动齿轮的内部设置有滚珠滑套，所述驱动轴的表面具有多个沿轴向延伸且与滚珠滑套的滚珠配合的滑槽。
10.优选地，所述升降机构包括推杆和用以带动推杆上下移动的第二驱动件，所述第二驱动件设置在乳化釜的顶部，所述推杆的下端贯穿乳化釜的顶部延伸至内部，并且推杆的底部固定连接有第三环体，所述第三环体的顶部设置有至少三个环形均匀分布的伸缩组件。
11.优选地，所述伸缩组件包括沿第三环体的径向延伸的第二导向槽和伸缩件，所述第二导向槽的内部滑动连接有第二滑块，所述伸缩件的一端与第三环体的顶部转动连接，另一端与第二滑块转动连接。
12.优选地，所述刮条的一端与一个所述伸缩组件的第二滑块固定连接，剩余的所述伸缩组件的第二滑块均与刮条滑动连接，所述刮条由具有弹性的钢片以及包裹在外侧的橡胶组成，所述钢片上等间距分布多个磁块，所述刮条的两端均为倾斜面，且两个所述倾斜面
可相互贴合。
13.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：1、本技术通过将多异氰酸酯化合物、光引发剂、紫外线吸收剂引入丙烯酸树脂预聚体中，通过优化的配方设计及独特的工艺控制，使水性丙烯酸树脂具有光固特性以及潮气固化特性，通过紫外线吸收剂的作用，提高紫外线的吸收效率，在湿度较高的环境中配合紫外线照射，使涂料可以保持较高的固化速度以及固化效率。
14.2、本技术的植被装置通过设置多个旋转组件，可以对不同层次的溶液进行搅拌，提高溶液在乳化釜中的对流效果，促进溶液的混合，旋转组件上的活动套可以沿着固定轴移动，由于第一导向槽为螺旋形，从而使活动套沿着固定轴移动时转动一定的角度，故使搅拌叶片转动，改变溶液流动的方向，增加溶液流动的无序性，促进溶液混合。
15.3、本技术通过驱动机构控制搅拌叶片的旋转移动改变方向，驱动齿轮在推移组件的带动下可以分别与第一齿牙以及第二齿牙形成的环形齿啮合，由于第一齿牙形成的环形齿的内径较大，故转盘的转速减慢，搅拌叶片受到的离心力较小，从而使搅拌叶片保持在靠近从动轴的一侧，当驱动齿轮与第二齿牙形成的环形齿啮合后，转盘的转速提高，搅拌叶片受到的离心力增大，在离心力的作用下往固定在的外侧移动，搅拌叶片进而完成方向的变换。
16.4、本技术通过设置推移组件使驱动齿轮沿着驱动轴往复间歇移动，使驱动齿轮与第一齿牙以及第二齿牙均可啮合一端时间，保证搅拌叶片可以维持一个角度旋转，相较于传统的固定叶片搅拌，提高溶液流动的无序性，提高溶液混合的效率。
附图说明
17.图1示出了根据本发明实施例提供的制备方法流程示意图；图2示出了根据本发明实施例提供的制备装置结构示意图；图3示出了根据本发明实施例提供的搅拌机构和驱动机构结构示意图；图4示出了根据本发明实施例提供的驱动机构结构示意图；图5示出了根据本发明实施例提供的旋转组件第一视角结构示意图；图6示出了根据本发明实施例提供的旋转组件第二视角结构示意图；图7示出了根据本发明实施例提供的活动套内侧结构示意图；图8示出了根据本发明实施例提供的刮料机构第一视角结构示意图；图9示出了根据本发明实施例提供的刮料机构第二视角结构示意图；图10示出了根据本发明实施例提供的刮料机构爆炸结构示意图。
18.图例说明：1、机架；2、横梁；3、plc控制器；4、乳化釜；5、进料口；6、出料口；7、出料阀；8、第一驱动件；9、驱动轴；10、驱动齿轮；11、滚珠滑套；12、滑槽；13、转盘；14、第一齿牙；15、第二齿牙；16、从动轴；17、固定轴；18、第一环体；19、活动套；20、第二环体；21、搅拌叶片；22、磁性环；23、第一导向槽；24、凸起；25、螺旋片；26、减速齿轮；27、弹簧；28、导向杆；29、第一滑块；30、连接座；31、推杆；32、第二驱动件；33、第三环体；34、第二导向槽；35、第二滑块；36、伸缩件；37、刮条。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
20.请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种水性丙烯酸树脂的制备方法，包括如下步骤：s1、称量样品，按照重量份计包括以下成分：丙烯酸树脂预聚体30-50份、多异氰酸酯化合物20-30份、光引发剂10-15份、紫外线吸收剂5-8份、消泡剂2-6份、乳化剂1-3份、分散剂1-2份、增粘树脂5-10份、高分子粘合剂3-5份、水80份，其中丙烯酸树脂预聚体由甲基丙烯酸甲酯单体、苯乙烯、2-甲基丙烯酸乙酯单体聚合而成，多异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯一种或几种的混合，光引发剂为二芳基碘鎓盐，紫外线吸收剂为邻羟基苯甲酸苯酯、二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种；s2、制备打底相，将丙烯酸树脂预聚体、消泡剂、乳化剂、增粘树脂、高分子粘合剂加入水50-60份中，使用制备装置以500-600rpm的速度搅拌混合；s3、制备滴加相，将多异氰酸酯化合物、光引发剂、紫外线吸收剂加入剩余的水中，使用制备装置以500-600rpm的速度搅拌混合；s4、聚合，加热打底相使温度保持在80-90℃，并以100-150rpm的速度搅拌打底相，再将滴加相加入打底相，聚合物以300-400rpm的速度搅拌0.5-1h即得；制备方法采用的制备装置包括机架1，机架1上设置有横梁2和plc控制器3，横梁2的底部设置有乳化釜4，乳化釜4侧面的上端设置有进料口5，并且底部设置有出料口6和出料阀7，乳化釜4的内部中心处设置有从动轴16，从动轴16的外侧设置有多个沿轴向等间距分布的搅拌机构，机架1上设置有以带动从动轴16旋转的驱动机构，搅拌机构由至少两个绕从动轴16环形均匀分布的旋转组件构成，乳化釜4的内部上端设置有刮料部；旋转组件包括固定轴17，固定轴17与从动轴16固定连接，并且靠近从动轴16的一端的外侧设置有第一环体18，固定轴17的外侧套设有活动套19，活动套19远离从动轴16的一端设置有搅拌叶片21，并且另一端的外侧设置有第二环体20，第一环体18和第二环体20相互靠近的端面均设置有磁性环22，固定轴17的表面具有螺旋状的第一导向槽23，活动套19的内侧具有与第一导向槽23配合的凸起24；驱动机构包括第一驱动件8和转盘13，第一驱动件8的输出端设置有驱动轴9，驱动轴9的外侧设置驱动齿轮10，驱动轴9与驱动齿轮10之间设置有以带动驱动齿轮10沿驱动轴9的轴向往复移动的推移组件，转盘13的顶部具有多个第一齿牙14和多个第二齿牙15，多个第一齿牙14和多个第二齿牙15均绕从动轴16均匀分布，并且均可与驱动齿轮10啮合；刮料部包括刮条37和推动刮条37上下移动的升降机构。固定轴17沿从动轴16的径向方向设置，固定轴17的外壁与活动套19的内壁滑动接触，第一导向槽23设置有至少两个，并且环绕固定轴17均匀分布。驱动齿轮10为斜齿轮，第一齿牙14和第二齿牙15与转盘13的径向方向之间均具有相同度数的夹角，多个第一齿牙14组成的环形齿位于多个第二齿牙15组成的环形齿的外侧。推移组件包括设置在驱动轴9外侧的螺旋片25和与机架1转动连接的
减速齿轮26，减速齿轮26的端面远离中心的一侧转动连接有弹簧27，弹簧27的另一端转动连接有导向杆28，导向杆28的内部具有贯穿的通槽，且通槽内滑动连接有第一滑块29，第一滑块29固定连接有连接座30，且连接座30与驱动齿轮10转动连接。驱动齿轮10的内部设置有滚珠滑套11，驱动轴9的表面具有多个沿轴向延伸且与滚珠滑套11的滚珠配合的滑槽12。升降机构包括推杆31和用以带动推杆31上下移动的第二驱动件32，第二驱动件32设置在乳化釜4的顶部，推杆31的下端贯穿乳化釜4的顶部延伸至内部，并且推杆31的底部固定连接有第三环体33，第三环体33的顶部设置有至少三个环形均匀分布的伸缩组件。伸缩组件包括沿第三环体33的径向延伸的第二导向槽34和伸缩件36，第二导向槽34的内部滑动连接有第二滑块35，伸缩件36的一端与第三环体33的顶部转动连接，另一端与第二滑块35转动连接。刮条37的一端与一个伸缩组件的第二滑块35固定连接，剩余的伸缩组件的第二滑块35均与刮条37滑动连接，刮条37由具有弹性的钢片以及包裹在外侧的橡胶组成，钢片上等间距分布多个磁块，刮条37的两端均为倾斜面，且两个倾斜面可相互贴合。
21.具体的，如图5和图6所示，从动轴16的外侧设置有多个沿轴向等间距分布的搅拌机构，搅拌机构由至少两个绕从动轴16环形均匀分布的旋转组件构成，旋转组件包括固定轴17，固定轴17与从动轴16固定连接，并且靠近从动轴16的一端的外侧设置有第一环体18，固定轴17的外侧套设有活动套19，活动套19远离从动轴16的一端设置有搅拌叶片21，并且另一端的外侧设置有第二环体20，第一环体18和第二环体20相互靠近的端面均设置有磁性环22，固定轴17的表面具有螺旋状的第一导向槽23，活动套19的内侧具有与第一导向槽23配合的凸起24。固定轴17沿从动轴16的径向方向设置，固定轴17的外壁与活动套19的内壁滑动接触，第一导向槽23设置有至少两个，并且环绕固定轴17均匀分布。
22.当从动轴16以较慢的速度旋转时，受两个磁性环22相互吸引，活动套19位于靠近固定轴17的一侧，当从动轴16的转速提高后，活动套19受到的离心力大于磁性环22的吸引力后，活动套19收离心力往远离固定轴17的一侧移动，同时凸起24沿着第一导向槽23滑动，使搅拌叶片21的角度改变，从而随着从动轴16的旋转时溶液的流动方向改变。沿从动轴16轴向的相邻两个旋转组件的搅拌叶片21的角度相反设置，有助于进一步增加溶液流动的无序性，促进溶液高效混合。
23.具体的，如图3和图4所示，机架1上设置有以带动从动轴16旋转的驱动机构，驱动机构包括第一驱动件8和转盘13，第一驱动件8的输出端设置有驱动轴9，驱动轴9的外侧设置驱动齿轮10，驱动轴9与驱动齿轮10之间设置有以带动驱动齿轮10沿驱动轴9的轴向往复移动的推移组件，转盘13的顶部具有多个第一齿牙14和多个第二齿牙15，多个第一齿牙14和多个第二齿牙15均绕从动轴16均匀分布，并且均可与驱动齿轮10啮合。驱动齿轮10为斜齿轮，第一齿牙14和第二齿牙15与转盘13的径向方向之间均具有相同度数的夹角，多个第一齿牙14组成的环形齿位于多个第二齿牙15组成的环形齿的外侧。推移组件包括设置在驱动轴9外侧的螺旋片25和与机架1转动连接的减速齿轮26，减速齿轮26的端面远离中心的一侧转动连接有弹簧27，弹簧27的另一端转动连接有导向杆28，导向杆28的内部具有贯穿的通槽，且通槽内滑动连接有第一滑块29，第一滑块29固定连接有连接座30，且连接座30与驱动齿轮10转动连接。驱动齿轮10的内部设置有滚珠滑套11，驱动轴9的表面具有多个沿轴向延伸且与滚珠滑套11的滚珠配合的滑槽12。
24.第一驱动件8带动驱动轴9旋转，驱动齿轮10通过与第一齿牙14或第二齿牙15的啮
合带动转盘13旋转，进一步带动从动轴16旋转，由于第一齿牙14位于第二齿牙15的外侧，故多个第一齿牙14组成的环形齿的内径大于第二齿牙15，在驱动齿轮10与第一齿牙14啮合时，转盘13的转速较慢，而与第二齿牙15啮合时的转速较快。在驱动轴9旋转的同时螺旋片25推动减速齿轮26转动，通过弹簧27推动导向杆28沿驱动轴9的轴向移动，推动时弹簧27线压缩，压缩至极限后才能推动导向杆28移动，第一滑块29在通槽中滑动的时间以及在通槽一端停留的时间为搅拌叶片21保持同一角度稳定旋转的时间，通过减速齿轮26的不断旋转，实现导向杆28往复间隙运动。
25.具体的，如图8、图9和图10所示，乳化釜4的内部上端设置有刮料部，刮料部包括刮条37和推动刮条37上下移动的升降机构。升降机构包括推杆31和用以带动推杆31上下移动的第二驱动件32，第二驱动件32设置在乳化釜4的顶部，推杆31的下端贯穿乳化釜4的顶部延伸至内部，并且推杆31的底部固定连接有第三环体33，第三环体33的顶部设置有至少三个环形均匀分布的伸缩组件。伸缩组件包括沿第三环体33的径向延伸的第二导向槽34和伸缩件36，第二导向槽34的内部滑动连接有第二滑块35，伸缩件36的一端与第三环体33的顶部转动连接，另一端与第二滑块35转动连接。刮条37的一端与一个伸缩组件的第二滑块35固定连接，剩余的伸缩组件的第二滑块35均与刮条37滑动连接，刮条37由具有弹性的钢片以及包裹在外侧的橡胶组成，钢片上等间距分布多个磁块，刮条37的两端均为倾斜面，且两个倾斜面可相互贴合。
26.刮条37位于乳化釜4内部上端时，受钢片的弹力作用呈环形结构，并且与乳化釜4的内部侧壁贴合，第二驱动件32可以带动推杆31往下移动，使刮条37将附着在乳化釜4内壁上的残留往下推，当推杆31将刮条37推至乳化釜4的底部时，伸缩件36启动收缩，带动第二滑块35沿着第二导向槽34移动，使刮条37形成的环形结构收缩，随着推杆31的持续下降，使刮条37贴着乳化釜4的底部推料，从而实现将残料快速推出乳化釜4。
27.综上所述，本实施例所提供的一种水性丙烯酸树脂的制备方法，第一步称量样品，按照重量份计包括以下成分：丙烯酸树脂预聚体30-50份、多异氰酸酯化合物20-30份、光引发剂10-15份、紫外线吸收剂5-8份、消泡剂2-6份、乳化剂1-3份、分散剂1-2份、增粘树脂5-10份、高分子粘合剂3-5份、水80份，其中丙烯酸树脂预聚体由甲基丙烯酸甲酯单体、苯乙烯、2-甲基丙烯酸乙酯单体聚合而成，多异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯一种或几种的混合，光引发剂为二芳基碘鎓盐，紫外线吸收剂为邻羟基苯甲酸苯酯、二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种；第二步制备打底相，将丙烯酸树脂预聚体、消泡剂、乳化剂、增粘树脂、高分子粘合剂加入水50-60份中，使用制备装置以500-600rpm的速度搅拌混合；第三步制备滴加相，将多异氰酸酯化合物、光引发剂、紫外线吸收剂加入剩余的水中，使用制备装置以500-600rpm的速度搅拌混合；第四步聚合，加热打底相使温度保持在80-90℃，并以100-150rpm的速度搅拌打底相，再将滴加相加入打底相，聚合物以300-400rpm的速度搅拌0.5-1h即得。
28.实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的
范围。