[發明專利]一種納米二氧化硅雜化丙烯酸酯無皂乳液及制造方法

有效

• 申請號: 201310438057.5
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103554343A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 常春;周銘;陳群;鐘濤;郭倩;黃順道
• 申請（專利權）人: 江蘇榮昌新材料科技有限公司
• 主分類號: C08F220/18
• 分類號: C08F220/18;C08F220/14;C08F220/06;C08F230/08;C08F2/24;C09D133/08;C09D5/08
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技術領域

本發明涉及一種納米二氧化硅雜化丙烯酸酯無皂乳液及制造方法。

背景技術

水性涂料具有安全環保的特點，被用于取代污染嚴重的溶劑型涂料，在許多領域都有著廣泛的應用。在水性涂料領域，目前研究較多的水性樹脂主要有水性丙烯酸酯樹脂、水性環氧樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性氟碳樹脂、水性無機硅酸鹽樹脂等，其中丙烯酸樹脂成膜性好，施工簡易，成本低廉，占據了水性涂料80%以上的市場，但是其機械性能、耐介質性能、裝飾性任然有待于提高，而納米氧化物具有對丙烯酸乳液進行雜化改性是提高樹脂性能的一條重要途徑，改性以提高樹脂的綜合性能，擴大了應用領域，具有很好的應用前景。

發明內容

本發明無皂乳液聚合法，利用具有甘三醇功能化的硅溶膠對丙烯酸酯乳液改性，制備高固含量的丙烯酸酯無皂乳液。根據目前無皂乳液情況，本發明主要解決以下幾個問題：（1）通過條件試驗制備穩定的納米二氧化硅/丙烯酸酯乳液，探討復合乳液穩定機理及配方工藝條件對乳液穩定性的影響；（2）通過配方及工藝的優化制備高固含量的納米二氧化硅/丙烯酸酯無皂乳液；（3）通過納米SiO₂對丙烯酸酯乳液改性，研究納米SiO₂含量對無機/有機復合涂層中耐水性，耐候性，力學性能的影響；（4）研究改性后丙烯酸酯乳液涂料在防腐蝕涂料中的應用狀況。

為解決以上技術問題，所采用的技術方案如下：

（1）甘油醇改性硅溶膠的的制備：以質量分數計，在攪拌釜中加入70-90份硅溶膠(硅溶膠為酸性硅溶膠，pH值3-6，SiO₂含量為30-40%，粒徑分布在25-35nm)，10-20份醇。常溫下攪拌反應2h得到改性硅溶膠。

（2）納米二氧化硅雜化丙烯酸酯無皂乳液的的合成：以在質量分數計

其配方組成為：

改性硅溶膠5-20份

去離子水40-70份

含雙鍵的可聚合單體20-50份

pH調節劑0.05-0.3份

引發劑0.1-0.3份

其制備方法為：

a在引發劑罐中投入所有的引發劑和pH調節劑，加入50%離子水攪拌溶解配制引發劑緩沖溶液。

b將全部的含雙鍵可聚合單體投入單體罐混合均勻，配制混合單體。

c反應釜中投入全部的改性硅溶膠和剩余的去離子水，攪拌速度120r/min，緩慢加入所有的引發劑緩沖溶液，50%混合單體，分散15min。升溫至80℃攪拌反應1h后，開始勻速加入剩余混合單體，1.5h加完，保溫反應2h，降溫，出料，過濾后得到產品。

由于采用了上述方案，產生的效果是顯而易見的：納米二氧化硅在無皂乳液聚合中可以作為乳化劑穩定聚合過程，避免了親水的乳化劑對膠膜耐水性產生不利影響，無皂乳液具有很好的存儲穩定性和化學穩定性，涂層的吸水率較不添加納米二氧化硅的膠膜下降了許多。隨著硅溶膠含量的增大，由于納米粒子填充了聚合物成膜的空隙，使得膠膜更加致密，且二氧化硅較聚合物疏水，對水具有一定的屏蔽作用，所以耐水性明顯提高；納米二氧化硅具有優異的紫外線吸收性能對400nm以內的紫外光吸收率高達70%，所以涂層耐候性更佳；以上雜化無皂乳液中的二氧化硅表面殘余有硅羥基，在成膜過程中，隨著水分的揮發，硅羥基之間發生縮合反應，形成的Si-O-Si鍵阻礙了有機高分子鏈段的運動，導致玻璃化轉變溫度提高，進一步改善了材料的機械力學性。形成的涂層更加致密、耐溶劑，機械性能更好，進一步增強了涂料樹脂與基材、樹脂與填料間的結合力與附著力，保持了環保性及較好的性價比，具有優異的市場前景。

本發明制備的水性樹脂具有較好的耐水性、機械性能、耐候性，可以用于水性木器涂料、建筑防腐涂料、以及高裝飾性的防腐蝕涂料。本發明以醇改性的硅溶膠作為納米二氧化硅硅源，在無皂乳液聚合中可以作為乳化劑穩定聚合過程，避免了親水的乳化劑對膠膜耐水性產生不利影響，無皂乳液具有很好的存儲穩定性和化學穩定性，耐水性好。

具體實施方式

實施例1～6為制備納米二氧化硅雜化丙烯酸酯無皂乳液的配方工藝

實施例1：

配方及工藝如下：

（1）醇改性硅溶膠的的制備：以質量分數計，在攪拌釜中加入90份硅溶膠，10份二聚丙三醇，常溫下攪拌反應2h得到改性硅溶膠。

（2）將全部的含雙鍵可聚合單體（丙烯酸丁酯20份，丙烯酸甲酯19份，丙烯酸1份）投入單體罐混合均勻，配制混合單體。