[發(fā)明專利]一種二氧化鈦納米粉體改性含氟丙烯酸酯乳液的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310076729.2
• 申請(qǐng)日: 2013-03-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103145912A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于浩;武茂蒙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F220/18
• 分類號(hào): C08F220/18;C08F220/14;C08F220/06;C08F220/44;C08F220/58;C08F220/28;C08F220/24;C08F220/22;C08F2/44;C08F4/40;C08F2/26;C08F2/30;C08K9/06
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)化工功能涂料技術(shù)的領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)機(jī)納米粒子改性低含氟量的自分層含氟丙烯酸酯乳液的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

純丙烯酸酯乳液及其涂膜具有較佳的耐候性、透明性、自然干燥性能、光澤性好(不易變黃)；尤其具有優(yōu)異的附著力，在涂料工業(yè)中尤其在裝飾涂料方面占有重要地位，但是其本身所固有的缺點(diǎn)：耐水性差、透濕性差、涂膜硬度低、“冷脆熱粘”、柔韌性差等又極大地限制了其應(yīng)用范圍。含氟樹(shù)脂主要指有機(jī)高分子主鏈或者側(cè)鏈中與碳原子直接共價(jià)相連的氫被氟全部或部分取代后的高分子聚合物，具有一系列的優(yōu)異性能，C-F鍵具有共價(jià)鍵中最大的鍵能，高達(dá)485kJ/mol，因此具有極低的表面自由能和耐熱性，在250°C能夠長(zhǎng)期使用并有良好的低溫柔韌性；最強(qiáng)的電負(fù)性（4.0），大量的C-F基團(tuán)存在使含氟聚合物呈現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、耐久性、耐候性、低可燃性、高透光性、低摩擦性、低折射率、低電容、低表面能(雙疏性)、低吸濕性能及超強(qiáng)的耐氧化性能。含氟丙烯酸酯聚合物通常含有3個(gè)以上碳原子的全氟烷基，這些全氟烷基基團(tuán)可以通過(guò)各種連接基團(tuán)連接到不含氟的骨架上聚合物鏈上。采用乳液合成法使其與純丙烯酸酯共聚后，引入-OH、-COOH、-O-、-COOR等基團(tuán)，使共聚樹(shù)脂具有良好的顏料反應(yīng)性，提高了基材附著力。并通過(guò)兩者各自的特殊性質(zhì)，來(lái)彌補(bǔ)各自的不足，最后兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于近年來(lái)納米粒子具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，使得其在涂料領(lǐng)域的研究得到了快速發(fā)展。將無(wú)機(jī)納米粒子與有機(jī)單體通過(guò)一定的手段進(jìn)行混合后，由于納米粒子的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等特殊效應(yīng)，能顯著提高乳液的傳統(tǒng)性能，并賦予涂膜新的具有功能性的性能。納米TiO₂粒子具有光催化性能，如果將其與乳液有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，再利用含氟丙烯酸酯聚合物體系因表面張力引起的低表面能組份向表面自動(dòng)遷移的性質(zhì)，使其在成膜過(guò)程中，將納米TiO₂粒子帶至表面，將使涂膜具有光催化性能，進(jìn)而獲得更好的抗菌、防污自潔功能。但是，無(wú)機(jī)納米粒子由于粒徑小，導(dǎo)致比表面積和表面能非常大，表面原子嚴(yán)重配位不足，很容易在有機(jī)乳液中團(tuán)聚，較低的分散性甚至?xí)雇磕さ男阅鼙仍瓉?lái)下降或更差。故在將無(wú)機(jī)納米TiO₂粒子與有機(jī)單體混合前，需要對(duì)其表面改性。

本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)是采用不同體系的有機(jī)單體，結(jié)合性能優(yōu)異的具有光催化性的無(wú)機(jī)納米TiO₂粒子，利用兩種有機(jī)體系表面張力的差異，將TiO₂粒子在成膜過(guò)程中帶至涂膜表面。以保證最大程度發(fā)揮其光催化性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述純丙烯酸酯乳液、氟碳乳液、無(wú)機(jī)納米粒子的易團(tuán)聚得問(wèn)題。提供一種新型含無(wú)機(jī)納米粒子的改性的含氟丙烯酸酯共聚功能性乳液的制備方法，該法使得產(chǎn)品體系中三者的性能得到完美的結(jié)合。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述水乳液的實(shí)際應(yīng)用，及制作復(fù)合涂料及其方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種二氧化鈦納米粉體改性含氟丙烯酸酯乳液的制備方法，其特征在于制備的步驟是：

（1）、將無(wú)機(jī)TiO₂納米粉體利用表面改性劑進(jìn)行改性；

（2）、將改性后的納米TiO₂粉體和聚合單體進(jìn)行混合，首先磁力攪拌1～2h，再進(jìn)行超聲分散1～2h；

（3）、將乳液聚合原料水、單體與TiO₂納米粉體混合物、陰/非離子復(fù)配乳化劑、氧化-還原體系引發(fā)劑置于帶有攪拌、N₂保護(hù)、回流冷凝及加料裝置的反應(yīng)容器中，在水浴加熱條件下采用半連續(xù)乳液聚合法進(jìn)行合成。

進(jìn)一步的，所述的方法所述步驟（1）中，用于表面改性的無(wú)機(jī)納米粉體是采用溶膠-凝膠法自制的過(guò)渡族金屬釩元素與非金屬氮元素共摻雜的二氧化鈦納米粒子：V/N-TiO₂，其粒徑大小范圍為5～50nm，用量為單體總量的0.20%～1.20%；用于無(wú)機(jī)納米粉體表面改性的表面改性劑為硅烷偶聯(lián)劑(KH-570)或油酸或其混合物，最佳用量為乙醇分散液的4%～6%(體積比)；具體方法如下：