[发明专利]水分散含氟杂化树脂的制备方法

说明书

本发明为水分散含氟杂化树脂的制备方法。

2000年6月，在英国举行了第一届有机-无机杂化材料国际会议，标志着杂化材料已成为继单组份材料、复合材料和梯度功能材料之后的第四代材料。杂化材料是一种均匀的多相材料，其中至少有一相的尺寸至少有一个维度在纳米数量级，纳米相与其它相间通过化学(共价键、螯合键)与物理(氢键等)作用在纳米水平上复合，即相分离尺寸不得超过纳米数量级。因而，它与具有较大微相尺寸的传统的复合材料在结构和性能上有明显的区别。杂化材料综合了各组份的优势，具有多功能的作用。杂化材料具有优异的力学及机械性能，且其热稳定性良好，杂化材料的热稳定性通常高于聚合物本体，尤其在高温时更为明显。

无机纳米微粒具有高比表面积而有高表面活性，在微粒的光、电、磁、热等物理和化学性质上将产生一般无机微粒不具备的优异性能。纳米复合微粒既保持了纳米微粒的特性，兼具两者各自的性质，且可大大降低成本。美国专利2,885,366描述了无机-无机复合粒子的制备，该粒子的尺寸为几百纳米至微米级，外层为均匀包覆的壳，但也可为不均匀的团块状大小不等地分布于核上。该专利主要讲述了二氧化硅在高岭土、滑石粉、石棉、矾土、镍片、铝片、铁粉、二氧化钛等上面的包覆。由于无机微粒具有高强度、高硬度、热稳定性和化学稳定性，与韧性的有机聚合物混杂复合，可充分发挥各自的优点，且可获得两者不具备的特性。纳米复合微粒-有机聚合物混杂体系成膜后，膜的硬度、耐磨性、耐刮擦性、耐热性、耐候性、透湿气性能大为提高，又可降低成本。中国专利申请号99119829.8描述了一种在纳米复合微粒水分散液中进行有机单体的分散、聚合，进而制备纳米复合微粒-有机聚合物(Hybrid)复合体系的方法。近两年来，国内外已有大量的关于有机-无机杂化材料的制备与研究报道。由于杂化材料具有多功能及灵活多变的设计性，可以预见，二十一世纪将是杂化材料的世纪。

随着经济发展和环保要求的不断提高，绿色材料的研究已日益受到人们的广泛关注，因此以水为分散介质的材料取代传统的溶剂分散材料是材料科学发展的必然趋势。近年来各国都在竞相研究水性聚合物，如水性聚氨酯、水性聚酯、水性环氧树脂等，应用于涂料、胶粘剂等领域。然而，在解决材料水性化过程的同时，也面临着一些亟待解决的新问题。由于氟元素所具有的无以替代的特殊的表面性能，氟材料尤其在高性能氟涂层领域的发展已成为功能材料研究的极具潜力的新热点。作为现代涂料技术的前沿，氟材料通常是满足高性能要求涂层最经济的手段，氟共聚物已得到越来越多的应用。2001年3月在比利时举行的第四届国际氟涂层会议上，与会者更是达成共识，在经历了若干时代迅猛发展之后，氟涂层将迎来充满诱人前景的全新时代，即充分运用设计者的技巧，实现选择性地将氟元素准确取代在能发挥其最大结构性能的位置。这些进展包括氟表面活性剂的发展，新的活化/引发技术，一些新的应用技术如超临界流体，粉末生产和挤出，还有纳米涂层、核-壳及杂化材料的发展，都为氟涂料发展提供了令人振奋的美好前景。整个氟涂料的生产规模，粗略估计近期将达到40,000吨，价值20亿美元。关于氟涂料的制备与应用，除了有相当的专利和文献报道外，已有部分商品投入使用。日本专利JP 11166007介绍了采用三氟氯乙烯与乙烯基硅烷、丙烯酸酯乳液共聚的方法，制备高耐候、耐水、防污涂料的过程。

然而，将纳米杂化技术、水性化技术引入到氟涂层的制备过程中，却鲜有报道。本发明的目的是在无机纳米微粒水溶胶或无机-有机混杂水分散体中，进行含氟树脂的制备，得到稳定的水分散含氟杂化树脂。该杂化树脂以水为分散介质，符合绿色环保要求；由于引入了无机纳米颗粒，成膜过程中与各种底材尤其是无机材料的粘附性得以增强，成膜后表面的硬度、耐磨性、耐刮伤性大大提高；由于氟元素的表面富集作用，使得树脂成膜后具有极低的表面能，除了具备杂化材料优异的综合性能外，其耐水性、耐溶剂性、防污性等都将得到大幅提高，从而可作为高档绿色涂料广泛应用于建筑、装潢、金属加工、汽车、玻璃、纺织、塑料加工、文物保护等行业与相关产业。