一种水性多彩涂料用的丙烯酸乳液及其制备工艺技术领域
本发明属于建筑涂料研发技术领域，涉及一种建筑乳液及其合成工艺，具体地说
是一种水性多彩涂料用的丙烯酸乳液及其制备工艺。
背景技术
近些年来，水性多彩涂料作为一种新型的建筑涂料，因其施工工艺简单性价比高、
涂膜干燥后可呈现出多种色彩花纹、外观逼真接近花岗岩大理石等优点，成为建筑外墙装
饰领域的热门产品，颇受涂料厂家和消费者的青睐。通过常规乳液聚合得到的连续相成膜
乳液对于多彩涂料的最终性能，如耐水、稳定性、透明度及厚涂开裂性起着至关重要的作
用。苯丙、纯丙、硅丙及氟碳乳液都可以作为连续相的成膜乳液，在多彩领域有着各自的应
用。其中，硅丙乳液在性能上如耐水等相比苯丙及纯丙乳液有着显著优势，在价格和制备工
艺上相比氟碳乳液又相对简单及价格低廉，从而得到了广泛的推广。
在传统的硅丙乳液聚合合成工艺之中，要引入可聚合的含硅单体。而常规的硅烷
类单体在水相体系高温聚合过程中，不可避免的会引发水解，温度越高其水解速率越快，从
而造成了不必要的提前交联及凝胶，对后续的反应及进一步的性能应用产生不利的负面作
用。
另一方面，合成过程中使用的乳化剂的种类和结构对于后期的涂料应用有着非常
重要的作用，尤其体现在稳定性方面。乳化剂不可避免的会对保护胶产生作用，很多时候会
吸附保护胶薄层上面的电荷，从而导致保护胶失去稳定性，电荷之间进一步的相互作用，导
致粘度急剧增大，引起多彩涂料的厚稠问题。如何有效的筛选乳化剂是多彩乳液合成过程
中的一大难点。
最后，由于硅烷及其他物质的引入，使得体系的交联密度升高，会影响和阻碍成膜
过程，使得漆膜开裂。如何通过结构的设计平衡性能和成膜性也是在合成多彩乳液中需要
考虑的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，设计了一种水性多彩涂料用的丙烯酸乳液及其制备工
艺，本发明通过引入低温氧化还原反应，极大程度上降低和避免了硅烷单体的提前水解，可
以使得在后期应用过程中最大程度的发挥功效，使得耐水性有了极大的提高；通过先期乳
化剂的合理有效的筛选，可以优化实验，快速的找出最合理高效的乳化剂种类，提高产品的
稳定性；最后通过核壳结构的设计，使得乳液在整体上的性能得以平衡，在保证充分成膜的
基础上提高耐水等综合性能。
本发明采用的技术方案是：一种水性多彩涂料用的丙烯酸乳液的制备工艺，其特
征在于：本工艺过程包括如下步骤：
(1)预制核层乳液
在第一乳化液反应釜中依次加入150-250份的水、3-5份的烷基聚氧乙烯醚类阴离
子乳化剂、苯乙烯30-50份、丙烯酸正丁酯100-250份、丙烯酸异辛酯100-250份、甲基丙烯酸
甲酯50-100份、甲基丙烯酸5-10份，搅拌1-3小时，得到核层乳液，备用；
(2)预制壳层乳液
在第二乳化液反应釜中依次加入80-150份的水、1-3份的烷基聚氧乙烯醚类阴离
子乳化剂、苯乙烯10-50份、丙烯酸异辛酯50-100份、甲基丙烯酸甲酯150-250份、甲基丙烯
酸1-5份、可聚合硅烷单体1-5份，搅拌1-3小时，得到壳层乳液，备用；
(3)预制引发剂
用构成氧化还原引发剂的氧化还原反应体系的氧化剂A和还原剂B制备如下：
种子引发剂I：将0.5-1份的氧化剂A溶于3-5份水中制得该种子引发剂I，备用；
种子引发剂II：将0.5-1份的还原剂B溶于3-5份水中制得该种子引发剂II，备用；
核层引发剂I：将0.5-2份的氧化剂A溶于3-5份水中制得该核层引发剂I，备用；
核层引发剂II：将0.5-2份的还原剂B溶于30-50份水中制得该核层引发剂II，备
用；
壳层引发剂I：将0.5-2份的氧化剂A溶于3-5份水中制得该壳层引发剂I，备用；
壳层引发剂II：将0.5-2份的还原剂B溶于20-30份水中制得该壳层引发剂II，备
用；
(4)合成
向第三反应釜中加入150-250份的水、1-5份乳化剂，搅拌并升温至50-80℃；取
4％-8％的步骤(1)所制得的核层乳液并加入第三反应釜中作为种子，保温4-8分钟，之后依
次加入种子引发剂I和II，并保温0.5-1小时；
之后加入核层引发剂I，并开始滴加剩余量的核层乳液和核层引发剂II，在2-2.5
个小时内滴加完毕，之后保温0.5-1小时；
再加入壳层引发剂I，并同时滴加步骤(2)所制得的壳层乳液和壳层引发剂II，在
0.5-1个小时内滴加完毕，之后保温0.5-1.5个小时，降温，之后用氨水调节pH至7-8，过滤后
得到多彩丙烯酸乳液。
所述的氧化剂A和还原剂B为：叔丁基过氧化氢t-BHP和吊白块SFS、叔丁基过氧化
氢t-BHP和焦亚硫酸钠、过氧化苯甲酰和蔗糖或者为过氧化氢和吊白块SFS。
步骤(4)中搅拌并升温为温度为60℃。
步骤(4)中所述的乳化剂为烷基聚氧乙烯醚类阴离子乳化剂。
所述的步骤(4)中搅拌并升温至50-80℃后，取5％的步骤(1)所制得的核层乳液并
加入第三反应釜中作为种子，保温5分钟。
优选地，步骤(1)中，在第一乳化液反应釜中依次加入的水、烷基聚氧乙烯醚类阴
离子乳化剂、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸的份数分
别为：200份、4份、40份、200份、200份、80份、8份。
优选地，步骤(2)中，在第二乳化液反应釜中依次加入的水、烷基聚氧乙烯醚类阴
离子乳化剂、苯乙烯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、可聚合硅烷单体的份数
分别为：120份、2份、30份、80份、200份、3份、3份。
该乳液中乳液粒子的结构为核壳结构，核壳比例为80/20-20/80之间。
所述的核壳结构中核层的Tg为-20-20度之间，壳层的Tg在0-50度之间。
本发明的有益效果是：1、本发明中通过引入低温氧化还原反应，极大程度上降低
和避免了硅烷单体的提前水解，可以使得在后期应用过程中最大程度的发挥功效，使得耐
水性有了极大的提高；通过先期乳化剂的合理有效的筛选即通过zeta电位表征的手段，来
研究乳化剂和保护胶之间的相互作用。筛选高效合理的乳化剂，以最大程度的降低和减少
乳化剂和保护胶之间的相互作用，提高涂料存储过程中的稳定性；最后通过核壳结构的设
计，使得乳液在整体上的性能得以平衡，在保证充分成膜的基础上提高耐水等综合性能。2、
合成的多彩乳液产品，不含APEO，且低甲醛，无苯系物和其他的污染排放，粒径分布很窄，产
品稳定性很好。在关键的性能上，和国内外主要的竞争对手的相比，具有优异的耐水耐碱性
能，尤其体现在稳定性和存储能上。最终的产品性能优异并且绿色环保。
附图说明
图1是本发明工艺制得的自制多彩丙烯酸乳液、竞品丙烯酸乳液在常温25度下存
储时KU粘度变化；
图2是本发明工艺制得的自制氟碳乳液、竞品氟碳乳液及竞品硅丙乳液在高温50
度下存储时KU粘度变化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明的水性多彩涂料用的丙烯酸乳液的制备工艺如下：
(1)预制核层乳液：向乳化液反应釜I中依次加入150-250份的水、3-5份的烷基聚
氧乙烯醚类阴离子乳化剂、苯乙烯30-50份、丙烯酸正丁酯100-250份、丙烯酸异辛酯100-
250份、甲基丙烯酸甲酯50-100份、甲基丙烯酸5-10份。充分搅拌1个小时，得到稳定的预乳
液。优选地，第一乳化液反应釜中依次加入的水、烷基聚氧乙烯醚类阴离子乳化剂、苯乙烯、
丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸的份数分别为：200份、4份、40
份、200份、200份、80份、8份；或者为180份、3份、35份、180份、180份、60份、6份；或者为220
份、5份、45份、220份、220份、70份、9份；或者为160份、4份、48份、160份、180份、75份、8份。
(2)预制壳层乳液：向乳化液反应釜II中依次加入80-150份的水、1-3份的烷基聚
氧乙烯醚类阴离子乳化剂、苯乙烯10-50份、丙烯酸异辛酯50-100份、甲基丙烯酸甲酯150-
250份、甲基丙烯酸1-5份、可聚合硅烷单体1-5份。充分搅拌1个小时，得到稳定的预乳液。优
选地，在第二乳化液反应釜中依次加入的水、烷基聚氧乙烯醚类阴离子乳化剂、苯乙烯、丙
烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、可聚合硅烷单体的份数分别为：120份、2份、30
份、80份、200份、3份、3份；或者是100份、1份、20份、60份、180份、3份、4份；或者是90份、3份、
40份、85份、230份、5份、2份；或者是140份、2份、20份、55份、240份、4份、4份。
(3)引发剂的制备：
种子引发剂I：将0.5-1份的t-BHP溶于3-5份水中；
种子引发剂II：将0.5-1份的SFS溶于3-5份水中
核层引发剂I：将0.5-2份的t-BHP溶于3-5份水中；
核层引发剂II：将0.5-2份的SFS溶于30-50份水中
壳层引发剂I：将0.5-2份的t-BHP溶于3-5份水中；
壳层引发剂II：将0.5-2份的SFS溶于20-30份水中
(4)具体合成过程：
向第三反应釜中加入150-250份的水，1-5份烷基聚氧乙烯醚类阴离子乳化剂，搅
拌并升温至60度，加入5％的核层预乳液，保温5分钟，之后依次加入种子引发剂I和II，并保
温半个小时。之后加入核层引发剂I，并开始滴加核层单体和核层引发剂II，在2-2.5个小时
内滴加完毕，之后保温半个小时。加入壳层引发剂I，并同时滴加壳层单体和壳层引发剂II，
在0.5-1个小时内滴加完毕。之后保温1个小时，进行后处理并降温，之后用氨水调节pH至7-
8。加入消泡剂及杀菌剂。过滤后得到最终的多彩丙烯酸乳液。
上述后处理工序为：将温度降到60-70度的时候进行后处理，使用氧化还原法，使
用的氧化剂为叔丁基过氧化氢、还原剂为Vc、FF6、SFS中的一种或者几种复配，一次性加入
氧化剂0-0.5份，还原剂0-0.5份和2-10份水组成的溶液，滴加15-30分钟。之后降温到室温。
其中，所述的引发剂为t-BHP和SFS的组合，但不仅限于这两种物质的组合。其他类
型的氧化剂和还原剂都可以。
该乳液中乳液粒子的结构为核壳结构，核壳比例为80/20-20/80之间。
所述的核壳结构中核层的Tg为-20-20度之间，壳层的Tg在0-50度之间。
按照上述工艺制备的丙烯酸乳液与市面上的竞品乳液进行应用性能的测试比对，
下面主要从以下几个方面进行比较：耐水性、粘度变化及存储稳定性、厚涂开裂性等。
1、耐水性：将利用本工艺所制备的多彩涂料喷板干燥24h后进行泡水，观察漆膜耐
水性的变化。竞品乳液泡水部分严重泛白，而我们的自制乳液并没有特别明显的变化。可
见，利用本发明工艺自制的多彩丙烯酸乳液具有非常优异的耐水性。
2、粘度及存储稳定性：测试我们所制备的自制多彩丙烯酸乳液涂料KU粘度，并分
成2份，分别置于室温及50度烘箱之中，定期测试，观察KU粘度的变化。具体可参见图1、图2。
从图1、图2的粘度变化对比看出，自制乳液无论是常温还是高温存储，KU粘度变化
都很小，基本没有太大的变化，稳定性非常好。而竞品乳液，在存储一段时间之后，尤其是6
个月以上，其粘度变化非常明显，说明其后增稠情况显著。涂料在存储过程中，乳液对保护
胶的破坏作用较大，保护胶的稳定作用渐渐失去，使得保护胶之间电荷作用增强，导致了粘
度变大。
3、厚涂开裂性：将利用本工艺制备的多彩丙烯酸乳液涂料喷涂厚涂增加2-3倍，干
燥后观察漆膜的开裂情况。其对比结果如下所示：
表1
从表1可以看出，自制的乳液成膜效果非常好，漆膜完整，喷涂12小时和24小时，均
无开裂的情况。而竞品乳液，成膜效果较差，厚涂工艺中有开裂的情况，成膜受到影响。
综上，本工艺合成过程使用氧化还原引发剂在低温下进行，使用的表面活性剂为
含有EO链段的烷基聚氧乙烯醚类阴离子乳化剂，设计乳液的结构为核壳结构。本发明所制
备的水性多彩涂料在耐水性上有了极大的提高，并且同时具备优异的存储稳定性，涂料的
粘度在存储过程中不厚稠，性能优异。从整体性能的评估中，我们的多彩乳液具有优异的综
合性能，可以很好的平衡耐水、稳定性及厚涂开裂性等多彩涂料中很重要的性能。具有非常
不错的应用前景。