[發明專利]一種全氟烷基乙烯共聚制備的無皂氟碳乳液及其制備方法

有效

• 申請號: 201610477086.6
• 申請日: 2016-06-27
• 公開（公告）號: CN105859949B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 孔慶剛;劉飛;施博文;王靜
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: C08F220/14
• 分類號: C08F220/14;C08F220/18;C08F220/06;C08F214/18;C08F220/32;C08F220/28;C08F218/08;C08F220/64;C08F216/14;C08F220/58;C08F2/26;C08F2/30;C09D133
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙)32238
• 代理人: 張立榮,裴詠萍

技術領域

本發明屬于含氟高分子合成材料制造領域，更具體的是涉及到采用無皂乳液聚合技術，制備全氟烷基乙烯與丙烯酸單體和烷基乙烯基醚共聚的水分散乳液合成技術。本發明還涉及上述水分散無皂乳液的水性氟涂層材料。

背景技術

氟碳涂料由于特有的高耐候性、自清潔、長壽命和可長期免維護等方面的優越性能，享有“涂料之王”的美譽。傳統的氟碳涂料是由聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯或聚偏氟乙烯通過高溫在基材的表面燒結而成，由于成膜工藝較為復雜，聚合物的膜易于結晶，對所要保護的基材常常達不到理想的涂覆效果，所以其使用范圍受到了極大的限制。為了克服這種苛刻的成膜工藝，技術人員通過溶劑將上述的氟碳成膜材料制成溶液來解決上面的成膜問題。由于有機溶劑帶來的環境問題，越來越多的研究人員希望以水來代替有機溶劑。目前這樣的技術主要有這樣幾種：1）研磨分散技術，即將聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯或聚偏氟乙烯固體粉末、乳化劑、成膜劑、顏料、增稠劑和水等在研磨設備中適當研磨，然后在高速攪拌設備中攪拌分散，制成乳液。這種方法制備過程較為復雜，所得乳液僅靠分散劑分散在水中，所以乳液穩定性不高。2）共混分散技術，即將四氟乙烯、三氟氯乙烯或偏氟乙烯與乙烯基烷基醚在溶液中共聚，得到共聚物，再在乳化劑的作用下與聚丙烯酸酯、成膜劑、顏料、增稠劑和水等在高速攪拌設備中攪拌分散，制成乳液。3）乳液共聚，就是在適當的乳化劑作用下，將含氟乙烯基化合物與不含氟烯烴單體或丙烯酸酯單體進行自由基共聚得到含氟共聚乳液。

上述水性含氟乳液均涉及到乳化劑，即乳化劑的結構性能直接決定乳液的形成、穩定以及氟碳涂層的成膜性能等。目前較為常用的乳化劑是含氟的全氟辛酸鹽、十二烷基硫酸鈉和壬基酚聚氧乙烯醚等之類的乳化劑。這類的乳化劑在完成成膜后即釋放到環境中，所以給環境帶來消極影響。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種穩定性高，成膜效果好，對環境無污染的涂料。

為了達到上述目的，本發明提供了一種全氟烷基乙烯共聚制備的無皂氟碳乳液，采用以下質量配比的原料共聚制備：含氟組分 4～40%、不含氟組分50～70%、顏料分散組分 3～8%、交聯組分 2～8%、可聚合乳化劑組分 2～8%；

其中，含氟組分采用全氟烷基乙烯；全氟烷基乙烯中全氟烷基的碳鏈長度為C₄～C₁₂，優選全氟烷基的碳鏈長度為C₅～C₉。

不含氟組分由不含氟組分a和不含氟組分b以質量比（1～3）:（1～4）組成；不含氟組分a選自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯的一種；不含氟組分b選自丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丁基乙烯基醚、戊基乙烯基醚或己基乙烯基醚中的一種，其中烷基乙烯基醚中的烷基碳鏈長度為C₄～C₆。

顏料分散組分為含有一個碳碳雙鍵的羧酸，選自CH₂CH-R-COOH，其中R是碳鏈數為0～10的直鏈飽和烷烴一種；或者選自ROCOCHCHCOOH，其中R是碳鏈數為8～18的飽和烷烴中的一種。

交聯組分采用甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸縮水甘油醚、丙烯酸縮水甘油醚、雙丙酮丙烯酰胺或N-羥甲基丙烯酰胺。

可聚合乳化劑組分采用可聚合乳化劑DNS-86（式1）或可聚合乳化劑ANPEO10-P1（式2）。

式1，；

式2，。

本發明還提供了上述無皂氟碳乳液的制備方法，包括以下步驟：

（1）取占所述無皂氟碳乳液原料總質量2～4倍的去離子水，作為總水量，備用；

（2）配置預乳化液：將可聚合乳化劑組分、顏料分散組分和占總水總量80～90%的去離子水加到反應釜中，加入碳酸鈉或碳酸氫鈉作為中和劑，調節pH值至6.0～7.0，然后加入含氟組分、不含氟組分和交聯組分，高速攪拌分散乳化半小時，得到乳液滴粒徑小于800nm的待聚合預乳液；