[发明专利]一种高固含量高硅含量硅丙乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅丙乳液的制备方法，特别是一种高固含量(大于50％)、高有机硅含量(大于15％)以及低乳化剂用量(小于2.5％)硅丙乳液的制备方法，尤其是可用于高档外墙涂料配制的硅丙乳液。

背景技术

聚丙烯酸酯乳液以其成膜性好、强度高和粘结性强等优点广泛应用于建筑乳胶涂料的生产，但同时存在耐侯性、耐水性及耐沾污性等缺点，限制了它的进一步应用。随着人们对涂料产品的绿色化、高性能化和高功能化要求，丙烯酸酯乳胶涂料已经很慢满足要求，尤其是作为建筑外墙涂料，必须具有良好的耐候性、耐水性及耐沾污性。近年来氟改性和有机硅改性丙烯酸酯乳液成为高耐候性乳胶涂料的代表，特别是有机硅改性丙烯酸酯乳液，由于有机硅具有Si-O键键能大、表面能低、分子柔性大等特点而具有许多独特的表面性能，将二者结合在一起可得到兼具两者优异性能的新型乳液材料。而同氟碳乳液相比，硅丙乳胶涂料的耐候性可与氟碳乳胶涂料相媲美，耐沾污性则优于氟碳乳胶涂料，生产成本也较氟碳乳液低，生产的工艺设备同丙烯酸酯乳液相近，易于实现对丙烯酸酯乳液的改造和规模化生产，是高性能耐候性水性涂料的主要发展方向。

目前，国内外市场上所提供的硅丙乳液中有机硅组分含量一般都小于聚合物质量的10％，即使以乳胶漆中硅丙乳液为50％计，涂膜中有机硅的实际含量也在3％以下，并不能很好地展现其应有的各种综合性能。此外，现有硅丙乳液普遍存在乳化剂用量较高，体系固含量低(＜50％)等缺点，这种高乳化剂用量，低聚合物含量的缺点也限制了它在工业生产中的广泛应用。因此，降低乳化剂用量，提高聚合物含量，以及提高聚合物中有机硅实质性含量，制备出同时具有高固含量高有机硅含量以及低乳化剂用量，综合性能优异的硅丙乳液，是配制高档涂料的关键。

基于以上存在的问题，国内外研究者也进行了大量的研究工作，相关专利及文献也有报道。专利CN1546542A公开了一种合成高有机硅含量(15％～25％)的硅丙乳液的新工艺，所制备乳液涂膜具有很强的疏水性，但其方法采用环硅氧烷的开环聚合与乙烯基单体的自由基聚合同步进行，而两者对反应介质PH值要求不同，前者需要在酸性或碱性介质中进行，而后者则需要在微中性条件下进行，这样势必会导致硅丙乳液产品中有机硅含量无法得到实质性提高，同时固含量仅在40％左右，而乳化剂用量为单体用量的4％，还添加了一定量的助乳化剂，这些在很大程度上会影响乳液的综合性能的提高。专利CN1796428A公开了以烷氧基硅烷偶联剂作为有机硅单体，采用细乳液聚合合成了一种高性能高硅烷含量改性聚丙烯酸酯乳液，但是有机硅含量为单体总量的10％，而固含量为47％，也添加了一定量的助乳化剂。CN1629202A公开了以乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸和丙烯酸酯为单体，在保护胶体和水解抑制剂的保护作用下，合成了一种有机硅含量大于15％的核壳结构硅丙乳液，但是固含量也低于50％，而乳化剂用量达到8％，保护胶体和水解抑制剂的用量也较高，将严重影响涂膜的耐水性能，也不利于环保。专利CN101781390A公开了一种建筑外墙用核壳结构高硅含量硅丙乳液的制备方法，它通过环硅氧烷制备不饱和有机硅氧烷低聚物乳液来改性聚丙烯酸酯，其有机硅最高加入量可占到硅丙聚合物的20％。但是其产品固含量仅在36％～45％之间，乳化剂用量也较高。专利CN101798369A也公开了一种高硅含量硅丙乳液的制备方法，所得乳液中有机硅含量占乳液体系的10％以上，它是以烷氧基硅烷偶联剂作为有机硅单体，通过加入水解抑制剂及采用氧化还原引发剂来实施的，但是固含量也在50％以下，同时也引入了一些助剂，不利于综合性能的提高。王国建等在《上海涂料》2005年1月第43卷2期发表的“高硅含量有机硅-丙烯酸酯乳液的研制”中采用水解抑制法，以不易水解的乙烯基硅氧烷单体与丙烯酸酯单体进行乳液聚合，制得有机硅含量达20％的有机硅-丙烯酸酯乳液，但是乳化剂用量较大且固含量较低。唐敏峰等在《精细化工》2007年1月第24卷第1期发表的“支化型有机硅/丙烯酸酯共聚乳液的合成及其性能”中采用具有支化结构的反应性有机硅单体与MPS硅烷偶联剂和丙烯酸酯类单体进行乳液共聚，合成了最高有机硅含量达10％的稳定的高硅含量硅丙乳液，但也存在同样的问题，固含量低于50％。此外，还有其他的一些研究者也做了类似的研究工作，比如尹常杰等在《现代化工》2010年1月第30卷第1期发表的“室温制备高硅含量VTES/St/MMA共聚乳液研究”；戈成岳等在《高分子材料科学与工程》2009年4月第25卷第4期发表的“硅-丙核/壳乳液的低温合成及稳定性”；胡仲禹在《化工新型材料》2008年1月第36卷第1期发表的“高硅含量有机硅-丙烯酸酯乳液的研制”等，均合成了有机硅含量在10％-15％之间的硅丙乳液，但是都存在相同的问题：固含量较低，部分乳化剂用量较高。