一種制造人造石用羥基丙烯酸酯乳液、制備方法及其制成的人造石的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于新材料領域，具體地是一種制造人造石用羥基丙烯酸酯乳液、其制備 方法及其所制成的水性人造石。
【背景技術】
[0002] 人造石的制作目前主要使用粘結劑為不飽和聚酯樹脂或亞克力樹脂（聚甲基丙烯 酸甲酯)。不飽和聚酯樹脂由于制造過程中使用苯乙烯溶劑，在加工生產過程中會揮發大量 的苯乙烯，而且做出的人造石會釋放殘留的苯乙烯類溶劑。不飽和聚酯由于固化收縮率較 大，加工定型性不好，熱變形溫度在50~60°C，耐熱阻燃性都不理想。同時由于含有大量的 苯環及雙鍵殘留未反應，使得其耐黃變性能很差，不能在戶外使用。
[0003] 亞克力樹脂需要高溫固化，能耗較大。而且亞克力樹脂的價格十分昂貴。亞克力 樹脂本身是易燃品，其熱變形溫度為96°c，最高連續使用溫度為65~95°C。所以制造的人造 大理石耐熱性、阻燃性都不足。這些影響了人造石的廣泛使用。
[0004] 目前，中國發明專利CN103342501A中公開了一種人造石的配方及制造方法，該種 人造石由水性高分子材料和無機材料制備而成。其中水性高分子材料選自丙烯酸酯乳液、 硅丙乳液、苯丙乳液、聚氨酯改性丙烯酸酯乳液、叔碳酸乙烯酯-丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯 酯-丙烯酸酯乳液、水性聚氨酯分散體、有機硅改性聚氨酯分散體、水性氨基樹脂、水性環 氧樹脂、環氧改性丙烯酸乳液的一種或幾種。制備時將水性高分子材料和無機材料以及顏 料混勻，經減壓定型，放置，打磨后即得水性人造石。中國發明專利CN103342770A中公開了 一種制造人造石用苯丙乳液、制備方法及其所制成的人造石，該發明提供一種制造人造石 用苯乙烯-丙烯酸酯乳液，其由具有下述質量配比的物質制備而成：混合單體55%、乳化劑 〇. 6%、引發劑0. 15%、氧化劑0. 15%、還原劑0. 15%和余量水，同時，提供采用該乳液所生產的 人造石。
[0005] 新型的水性人造石在加工過程中，由于使用較多的粉料及其中較強的堿性，使得 其中的水性樹脂本身容易出現凝膠，在微觀上分布不均勻，而且固化過程較慢，對最終人造 石的性能造成不穩定的影響。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于克服現有技術中水性樹脂容易出現凝膠，在微觀上分布不均 勻，固化過程較慢，抗壓強度低等缺陷。提供一種制備人造石用羥基丙烯酸酯乳液，同時，提 供該乳液的制備方法以及采用該乳液制備的一種新型水性人造石。該種人造石結構更加致 密，并具有優異的抗壓強度、抗折強度以及光亮度。
[0007] 首先，本發明提供一種制備人造石用羥基丙烯酸酯乳液，其包含如下質量份數的 各成分： 混合單體1 120~450份 混合單體2 170~250份 聚合物多元醇 10~50份 乳化劑 5~20份 引發劑 2. 2~4. 3份 水 340~490 份 其中，該方法包含如下步驟： (1) 將3. 5~15重量份乳化劑、80~140重量份水、120~450重量份混合單體1攪拌均勻， 得到均一的預乳液； (2) 將260~350重量份水、1. 5~5重量份乳化劑和10~50份聚合物多元醇加入反應釜， 升溫到70~85°C，加入4~15%的預乳液，0. 2~0. 8重量份引發劑，反應10~40分鐘，至藍光充 足；滴加剩余的預乳液和1. 2~2. 5重量份引發劑，滴加時間2. 5~4小時，滴加完畢保溫30分 鐘； (3) 另制備170~250重量份混合單體2和0. 8~1. 0重量份引發劑滴加至反應釜，滴加 時間60~120分鐘，滴加完保溫反應30~60分鐘； (4) 降溫到40~50°C，調節pH至8. 0~9. 0,即可得到羥基丙烯酸酯乳液； 所述引發劑是由2重量份的過硫酸銨和40重量份的水混合而成的水溶液。
[0008] 所述混合單體1包含丙烯酸酯單體、烯丙基單體和酸酐類單體。
[0009] 所述混合單體2為丙烯酸酯單體。
[0010] 所述乳化劑包括反應性陰離子乳化劑和非反應性陰離子乳化劑；所述反應性陰離 子乳化劑為烯丙基烷基磺酸鈉類和乙烯基烷基磺酸鈉類中的一種或多種；非反應性陰離子 乳化劑為烷基聚氧乙烯磺酸鈉和醇醚磺基琥珀酸酯鈉鹽中的一種或多種。
[0011] 所述丙烯酸酯單體選自丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙 烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸、衣康酸等單體中的兩種或多種。其作用為提供 足夠的潤濕性及自身的穩定性；并且可保持在很高的電解質環境下不破乳，使得加工人造 石所需的助劑量減少；所配的原料分散程度更高。同時，羥基可以同制備人造石填料中的硅 酸鹽形成交聯，從而增加人造石的各項強度。
[0012] 所述烯丙基單體為烯丙基乙烯酯。
[0013] 所述酸酐單體選自衣康酸酐、馬來酸酐、丁二酸酐和戊二酸酐中的一種或多種。
[0014] 所述聚合物多元醇為使用二異氰酸酯、多元醇、二羥甲基丙酸及有機胺合成的水 溶性聚合物型多元醇。
[0015] 優選的，聚合物多元醇的分子量為15000-150000。
[0016] 優選的，所述聚合物多元醇的分子量為42000-60000。
[0017] 優選的，所述二異氰酸酯、多元醇與二羥甲基丙酸的質量比為3 :12~30 :1。
[0018] 所述引發劑選自過硫酸銨、過硫酸鉀或過硫酸鈉中的一種或多種。
[0019] 本羥基丙烯酸酯乳液的制備采用兩步反應法，其效果優于一步反應法。采用兩步 反應法所得聚合物的羥基更多的存在于聚合物的表面，在表面更密集，因此，可以在較少羥 基含量下使聚合物表面具有更多的羥基。同時，由于羥基含量高時不利于聚合物的穩定，因 此米用兩步法還可以有效提尚廣品的穩定性。
[0020] 采用上述所制備的人造石用羥基丙烯酸酯乳液制造人造石，其組分還包含石英 砂、玻璃粉、硅酸鹽、顏料和水。按質量份數其配方如下： 羥基丙烯酸酯乳液 2~5% 有機硅改性的丙烯酸酯乳液 5~10% 石英砂 15~30% 玻璃粉 15~25% 硅酸鹽 30~50% 顏料 1~3% 水 余星， 其中，有機硅改性的丙烯酸酯乳液為公開號為CN103342782A的專利所述的有機硅改 性的丙烯酸酯乳液。
[0021] 按上述配方量，將各組分原料混合均勻，倒入模具，真空壓板定型，靜置養護7天 以上，打磨，即制得水性人造石。
[0022] 本發明所制備的人造石使用新型的水性羥基高分子材料一羥基丙烯酸酯乳液，對 水性樹脂起保護作用，避免其在配料過程中凝膠。同時，人造石的生產過程更加穩定，結構 更加均勻、力學性能上升，抗壓強度、抗沖擊性能提高。
[0023] 本發明采用羥基丙烯酸酯乳液，通過引入多個化學結構單元，進行共聚反應，其分 子結構中含有極性基團和較長的聚氧化乙烯基鏈段所成空間阻隔，有利于提高分散性，使 人造石的各配料的分散細度更好，所制備的人造石的結構更加致密，均勻，密度增加。對提 高人造石的抗壓強度、彎曲強度及硬度都有明顯的作用。加之反應過程中添加聚合物多元 醇，對人造石的抗壓強度、彎曲強度及硬度有了進一步的提高，尤其當聚合物多元醇的分子 量為42000~60000時，其效果最為明顯。人造石的抗壓強度提高到90~95MPa。對提高打磨 性石材的光亮度作用明顯，光亮度提高到70~80°，不需后加光亮劑涂層。
[0024] 利用羥基丙烯酸酯乳液與有機硅改性的丙烯酸酯乳液復配，制備出的水性人造石 比只采用有機硅改性的丙烯酸酯乳液制備的人造石