一种抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法与流程

1.本发明涉及丙烯酸树脂技术领域，具体为一种抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法。

背景技术：

2.涂料广泛应用在建筑装修、家居建材、金属基材防腐等领域，如丙烯酸树脂涂料、环氧树脂涂料等，其中丙烯酸树脂涂料的力学性能优良、防腐性能好，应用十分广泛，但是丙烯酸树脂涂料的抗紫外性和耐老化性较差，限制了丙烯酸树脂涂料的应用范围，因此需要提高丙烯酸树脂的抗紫外性和耐老化性能，加入紫外吸收剂可以有效解决该问题；如文献《可聚合型紫外吸收剂及其聚合物的合成、表征和耐老化性能》，合成了3-丙烯酰胺甲基-4-羟基苯乙酮等三种紫外吸收剂，分别与甲基丙烯酸甲酯等单体进行聚合，接枝后紫外吸收剂后的丙烯酸树脂的耐耐老化时间和老化性能得到了显著提高。
3.纳米二氧化硅的廉价易得、比表面积大，机械性能优良，在高分子材料的抗紫外改性中有着广阔的应用前景，如《新型有机/无机复合紫外吸收剂的制备及其在pvc中的应用》，以无机纳米二氧化硅和和有机紫外吸收剂聚苯并咪唑作为复合吸收剂，提高了聚氯乙烯的紫外吸收性能和力学性能。本发明通过合成一种新型的可聚合型紫外吸收剂，与纳米二氧化硅结合，提高丙烯酸树脂涂料的抗紫外性和耐老化性的性能。

技术实现要素：

4.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法，解决了丙烯酸树脂抗紫外性不高的问题。
5.（二）技术方案一种抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法，包括如下重量份数的原料：0.5-5重量份数的kh570改性纳米二氧化硅、100重量份数的丙烯酸酯单体、1-8重量份数的可聚合抗紫外吸收剂单体、0.6-1重量份数的引发剂、1-3重量份数的乳化剂，所述制备方法为：步骤一：在冰浴下向二氯甲烷中加入boc-dl-丝氨酸和丙烯酰氯，搅拌溶解并滴加三乙胺，然后在室温下搅拌反应6-12 h，反应后减压浓缩，正己烷洗涤后将粗产物溶解到浓度为5-20%的三氟乙酸的二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌反应3-5 h，反应后减压浓缩，依次用去离子水、正己烷洗涤，粗产物溶解到乙酸乙酯中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基丝氨酸，结构式为。
6.步骤二：在氮气气氛下向溶剂中加入丙烯酸酯基丝氨酸、n,n-二异丙基乙胺和1-(2,4-二羟基苯基)-3,5-二氯均三嗪，加热至70-90 ℃搅拌并回流反应6-18 h，反应后减压
蒸馏，正己烷洗涤，粗产物加入到乙醇中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪，结构式为。
7.步骤三：向四氢呋喃中加入丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪、2,2,6,6-四甲基胺、o-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸盐和三乙胺，在室温下搅拌反应12-24 h，反应后减压蒸馏，正己烷洗涤，粗产物加入到乙酸乙酯中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪；制备反应路线为：
8.步骤四：将丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪作为可聚合抗紫外吸收剂单体，与丙烯酸酯单体、kh570改性纳米二氧化硅、乳化剂op-10、十二烷基磺酸钠加入到去离子水，搅拌均匀形成单体溶液，在氮气气氛中，同时向反应瓶中滴加单体溶液、和含有引发剂过硫酸钾或过硫酸铵的水溶液，控制两者溶液的滴加时间为1-2 h，并加热至60-75 ℃搅拌反应2-4 h，反应后冷却，得到抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料。
9.优选的，所述步骤一中boc-dl-丝氨酸、丙烯酰氯、三乙胺的反应摩尔比为1:1-1.3:1.2-1.6。
10.优选的，所述步骤二中溶剂包括二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮、1,4-二氧六环、乙酸乙
酯中的任一种。
11.优选的，所述步骤二中丙烯酸酯基丝氨酸、n,n-二异丙基乙胺和1-(2,4-二羟基苯基)-3,5-二氯均三嗪的反应摩尔比为2-2.8:1:3.2-4.5。
12.优选的，所述步骤三中丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪、2,2,6,6-四甲基胺、o-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸盐和三乙胺的反应摩尔比为1:1.1-1.5:1-1.4:1.2-1.8。
13.优选的，所述丙烯酸酯单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯或丙烯酸羟乙酯。
14.（三）有益的技术效果以boc-dl-丝氨酸和丙烯酰氯作为反应原料，得到丙烯酸酯基丝氨酸，然后依次与1-(2,4-二羟基苯基)-3,5-二氯均三嗪和2,2,6,6-四甲基胺进行反应，得到新型丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪，含有三嗪环和受阻胺的双功能紫外吸收结构，以及可聚合的烯基官能团。
15.以丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪作为可聚合抗紫外吸收剂单体，然后与kh570改性纳米二氧化硅、丙烯酸酯类单体进行原位聚合，得到抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料，将紫外吸收剂和纳米二氧化硅接枝到丙烯酸树脂结构中，形成有机-无机复合紫外吸收剂，显著提高了丙烯酸树脂漆膜抗紫外性和耐老化性，具有更好的硬度、抗冲击等性能。
附图说明
16.图1是丙烯酸酯基丝氨酸的核磁共振氢谱。
17.图2是丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪的核磁共振氢谱。
18.图3是丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪的核磁共振氢谱。
19.图4是抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的红外光谱图。
具体实施方式
20.纳米二氧化硅：型号：xh-sio2-30；平均粒径30 nm；纯度＞99.9%。
21.kh570改性纳米二氧化硅的制备方法，参考文献《kh570改性纳米sio2的制备及应用》：将乳化剂十二烷基磺酸钠加入到蒸馏水中，然后加入纳米二氧化硅并分散均匀，再加入kh570，升温至70 ℃，搅拌反应7 h，反应后过滤，乙醇洗涤，得到kh570改性纳米二氧化硅。
22.1-(2,4-二羟基苯基)-3,5-二氯均三嗪的制备方法，参考文献《棉用三嗪类紫外吸收剂的制备及应用》：将0.03 mol的三聚氯氰加入到120 ml氯苯中，搅拌至溶解，在5℃下加入0.033 mol无水a1c13，再加入0.036 mol间苯二酚，反应8 h，反应后将反应混合物倒入120 ml水中进行水解，将混合液的ph值调至2，静置18 h，真空抽滤，所得产物用乙醚冲洗3次，溶去未反应的三聚氯氰与间苯二酚，真空抽滤，干燥，所得粗产品溶于丙酮，热过滤，得1-(2,4-二羟
mol的n,n-二异丙基乙胺和0.64 mol的1-(2,4-二羟基苯基)-3,5-二氯均三嗪，加热至80 ℃搅拌并回流反应18 h，反应后减压蒸馏，正己烷洗涤，粗产物加入到乙醇中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪。
31.步骤三：向四氢呋喃中加入0.2 mol的丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪、0.3mol的2,2,6,6-四甲基胺、0.2 mol的o-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸盐和0.3 mol的三乙胺，在室温下搅拌反应12 h，反应后减压蒸馏，正己烷洗涤，粗产物加入到乙酸乙酯中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪。
32.步骤四：将1 g的丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪作为可聚合抗紫外吸收剂单体，与1.5 g的甲基丙烯酸、12 g的甲基丙烯酸甲酯、33 g的丙烯酸正丁酯、3.5 g的丙烯酸羟乙酯、0.8 g的kh570改性纳米二氧化硅、0.3 g的乳化剂op-10、0.6 g的十二烷基磺酸钠加入到去离子水，搅拌均匀形成单体溶液，在氮气气氛中，同时向反应瓶中滴加单体溶液、和含有0.35 g的引发剂过硫酸钾的水溶液，控制两者溶液的滴加时间为2 h，并加热至70 ℃搅拌反应2 h，反应后冷却，得到抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料。
33.实施例3
34.步骤一：在冰浴下向二氯甲烷中加入0.3 mol的boc-dl-丝氨酸和0.39 mol的丙烯酰氯，搅拌溶解并滴加0.48 mol的三乙胺，然后在室温下搅拌反应8 h，反应后减压浓缩，正己烷洗涤后将粗产物溶解到浓度为15%的三氟乙酸的二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌反应5 h，反应后减压浓缩，依次用去离子水、正己烷洗涤，粗产物溶解到乙酸乙酯中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基丝氨酸。
35.步骤二：在氮气气氛下向乙酸乙酯溶剂中加入0.56 mol的丙烯酸酯基丝氨酸、0.2 mol的n,n-二异丙基乙胺和0.85 mol的1-(2,4-二羟基苯基)-3,5-二氯均三嗪，加热至90 ℃搅拌并回流反应6 h，反应后减压蒸馏，正己烷洗涤，粗产物加入到乙醇中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪。
36.步骤三：向四氢呋喃中加入0.2 mol的丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪、0.22 mol的2,2,6,6-四甲基胺、0.28 mol的o-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸盐和0.36 mol的三乙胺，在室温下搅拌反应18 h，反应后减压蒸馏，正己烷洗涤，粗产物加入到乙酸乙酯中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪。
37.步骤四：将2.5 g的丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪作为可聚合抗紫外吸收剂单体，与1.5 g的甲基丙烯酸、12 g的甲基丙烯酸甲酯、33 g的丙烯酸正丁酯、3.5 g的丙烯酸羟乙酯、1.5 g的kh570改性纳米二氧化硅、0.5 g的乳化剂op-10、1 g的十二烷基磺酸钠加入到去离子水，搅拌均匀形成单体溶液，在氮气气氛中，同时向反应瓶中滴加单体溶液、和含有0.3 g的引发剂过硫酸铵的水溶液，控制两者溶液的滴加时间为1 h，并加热至75 ℃搅拌反应2 h，反应后冷却，得到抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料。
38.实施例4
39.步骤一：在冰浴下向二氯甲烷中加入0.3 mol的boc-dl-丝氨酸和0.35 mol的丙烯酰氯，搅拌溶解并滴加0.4 mol的三乙胺，然后在室温下搅拌反应12 h，反应后减压浓缩，正己烷洗涤后将粗产物溶解到浓度为5%的三氟乙酸的二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌反应5 h，反应后减压浓缩，依次用去离子水、正己烷洗涤，粗产物溶解到乙酸乙酯中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基丝氨酸。
40.步骤二：在氮气气氛下向丙酮溶剂中加入0.56 mol的丙烯酸酯基丝氨酸、0.2 mol的n,n-二异丙基乙胺和0.9 mol的1-(2,4-二羟基苯基)-3,5-二氯均三嗪，加热至70 ℃搅拌并回流反应18 h，反应后减压蒸馏，正己烷洗涤，粗产物加入到乙醇中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪。
41.步骤三：向四氢呋喃中加入0.2 mol的丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪、0.3mol的2,2,6,6-四甲基胺、0.25 mol的o-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸盐和0.3 mol的三乙胺，在室温下搅拌反应124 h，反应后减压蒸馏，正己烷洗涤，粗产物加入到乙酸乙酯中重结晶纯化，得到丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪。
42.步骤四：将4 g的丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪作为可聚合抗紫外吸收剂单体，与1.5 g的甲基丙烯酸、12 g的甲基丙烯酸甲酯、33 g的丙烯酸正丁酯、3.5 g的丙烯酸羟乙酯、0.25 g的kh570改性纳米二氧化硅、0.2 g的乳化剂op-10、0.3 g的十二烷基磺酸钠加入到去离子水，搅拌均匀形成单体溶液，在氮气气氛中，同时向反应瓶中滴加单体溶液、和含有0.5 g的引发剂过硫酸铵的水溶液，控制两者溶液的滴加时间为1 h，并加热至70 ℃搅拌反应4 h，反应后冷却，得到抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料。
43.对比例1步骤1：将对比例1制备的丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪作为可聚合抗紫外吸收剂单体，用量为0.5 g，与1.5 g的甲基丙烯酸、12 g的甲基丙烯酸甲酯、33 g的丙烯酸正丁酯、3.5 g的丙烯酸羟乙酯、0.25 g的kh570改性纳米二氧化硅、0.4 g的乳化剂op-10、0.6 g的十二烷基磺酸钠加入到去离子水，搅拌均匀形成单体溶液，在氮气气氛中，同时向反应瓶中滴加单体溶液、和含有0.3 g的引发剂过硫酸铵的水溶液，控制两者溶液的滴加时间为2 h，并加热至75 ℃搅拌反应2 h，反应后冷却，得到抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料。
44.对比例2步骤一：将1.5 g的甲基丙烯酸、12 g的甲基丙烯酸甲酯、33 g的丙烯酸正丁酯、3.5 g的丙烯酸羟乙酯、0.25 g的kh570改性纳米二氧化硅、0.3 g的乳化剂op-10、0.3 g的十二烷基磺酸钠加入到去离子水，搅拌均匀形成单体溶液，在氮气气氛中，同时向反应瓶中滴加单体溶液、和含有0.5 g的引发剂过硫酸铵的水溶液，控制两者溶液的滴加时间为1 h，并加热至60 ℃搅拌反应2 h，反应后冷却，得到二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料。
45.红外光谱分析：抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料红外光谱中1039 cm-1
处为二氧化硅中si-o的伸缩振动峰，3196 cm-1
处为受阻胺-nh的特征吸收峰，1203 cm-1
为三嗪环c=n的收缩吸收振动峰，1294 cm-1
为酚羟基c-o的收缩振动吸收峰。
46.将丙烯酸树脂复合涂料涂覆在马口铁上，加热干燥并固化，漆膜厚度为80
±
5 um，参照gb/t 6739-2006的标准；采用摆杆阻尼试验仪测试丙烯酸酯漆膜的铅笔硬度。参照gb/t 9286-1998的标准，采用附着力试验仪测试丙烯酸酯漆膜的附着力；参考gb/t 1732-2020的标准，采用抗冲击试验仪测试丙烯酸酯漆膜的抗冲击性能。
47.将丙烯酸树脂复合涂料涂覆在马口铁上，加热干燥并固化，漆膜厚度为80
±
5 um，然后在紫外光加速老化试验机中进行紫外老化实验720 h，再测试丙烯酸树脂漆膜的铅笔硬度、附着力和抗冲击性能。
48.各实施例制备的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料漆膜紫外老化前和紫外老化后，其漆膜的附着力、铅笔硬度和抗冲击强度没有明显下降；而对比例2中没有加入丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪，导致丙烯酸树脂漆膜的各项性能下降幅度较大，对比例1制备的丙烯酸酯涂料加入了丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪，但是没有加入kh570改性纳米二氧化硅，得到的漆膜的附着力等各项性能均不佳。

技术特征：

1.一种抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法，包括如下重量份数的原料：0.5-5重量份数的kh570改性纳米二氧化硅、100重量份数的丙烯酸酯单体、1-8重量份数的可聚合抗紫外吸收剂单体、0.6-1重量份数的引发剂、1-3重量份数的乳化剂，其特征在于：所述制备方法为：步骤一：在冰浴下向二氯甲烷中加入boc-dl-丝氨酸和丙烯酰氯，搅拌溶解并滴加三乙胺，然后在室温下搅拌反应6-12 h，将粗产物溶解到浓度为5-20%的三氟乙酸的二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌反应3-5 h，得到丙烯酸酯基丝氨酸，结构式为；步骤二：在氮气气氛下向溶剂中加入丙烯酸酯基丝氨酸、n,n-二异丙基乙胺和1-(2,4-二羟基苯基)-3,5-二氯均三嗪，加热至70-90 ℃搅拌并回流反应6-18 h，得到丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪，结构式为；步骤三：向四氢呋喃中加入丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪、2,2,6,6-四甲基胺、o-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸盐和三乙胺，在室温下搅拌反应12-24 h，得到丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪；结构式为；步骤四：将丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪作为可聚合抗紫外吸收剂单体，与丙烯酸酯单体、kh570改性纳米二氧化硅、乳化剂op-10、十二烷基磺酸钠加入到去离子水，搅拌均匀形成单体溶液，在氮气气氛中，同时向反应瓶中滴加单体溶液、和含有引发剂过硫酸钾或过硫酸铵的水溶液，控制两者溶液的滴加时间为1-2 h，并加热至60-75 ℃搅拌反应2-4 h，反应后冷却，得到抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料。2.根据权利要求1所述的抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中boc-dl-丝氨酸、丙烯酰氯、三乙胺的反应摩尔比为1:1-1.3:1.2-1.6。3.根据权利要求1所述的抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中溶剂包括二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮、1,4-二氧六环、乙酸乙酯中的任一种。4.根据权利要求1所述的抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中丙烯酸酯基丝氨酸、n,n-二异丙基乙胺和1-(2,4-二羟基苯基)-3,5-二氯均三嗪的反应摩尔比为2-2.8:1:3.2-4.5。5.根据权利要求1所述的抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法，其特征
在于：所述步骤三中丙烯酸酯基丝氨酸-二羟基苯基-均三嗪、2,2,6,6-四甲基胺、o-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸盐和三乙胺的反应摩尔比为1:1.1-1.5:1-1.4:1.2-1.8。6.根据权利要求1所述的抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸酯单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯或丙烯酸羟乙酯。

技术总结

本发明涉及丙烯酸树脂技术领域，且公开了一种抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料的制备方法，以Boc-DL-丝氨酸、丙烯酰氯、1-(2,4-二羟基苯基)-3,5-二氯均三嗪和2,2,6,6-四甲基胺作为反应原料，得到新型丙烯酸酯基受阻胺-二羟基苯基-均三嗪，再与KH570改性纳米二氧化硅、丙烯酸酯类单体进行原位聚合，得到抗紫外的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料，将紫外吸收剂和纳米二氧化硅接枝到丙烯酸树脂结构中，形成有机-无机复合紫外吸收剂，显著提高了丙烯酸树脂漆膜抗紫外性和耐老化性，具有更好的硬度、抗冲击等性能。抗冲击等性能。抗冲击等性能。