[发明专利]一种多功能环保乳液及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性、环保的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液及其制备方法，以及该复合乳液在外墙涂料中的应用。 

背景技术

随着环境保护要求的日益提高，各国对VOC排放量的规定日益严格，高性能、低污染的水性乳液涂料成为研究和应用的重点。 

随着现代高层建筑的兴起，对涂料耐水性、抗老化性、抗玷污性要求越来越高，同时要求涂料具有自清洁性能。对于长期暴露在户外的户外装饰和高层建筑，希望涂层抗玷污性能，抗老化性能，自清洁性能和综合性能达到最佳。丙烯酸酯乳液是乳液涂料优良的粘合剂，在外墙涂料应用中占主导地位，但其耐水性和透湿性欠佳，限制了在外墙涂料领域的发展，为此许多专利对外墙涂料用丙烯酸酯乳液进行改性，以期改进丙烯酸酯乳液性能。如中国专利CN1405194以烯类官能单体包括丙烯酸、烯基硅氧烷、烯基丙基脲和丙烯酸酯共聚制备改性丙烯酸酯聚合物乳液，乳液稳定性、耐水性和耐洗擦性等性能明显提高。有机硅氧烷具有优越的耐侯抗污性和高度的疏水性，良好的透气性，以其改性的丙烯酸酯乳液，具有良好的耐侯性、耐水性、耐污染性和较高的附着力，在各种内外墙涂料、装饰领域得到广泛应用并取得了优良的效果。如中国专利CN1169854以纯丙乳液为芯，以有机硅单体和丙烯酸酯单体为壳，制备了芯/壳结构乳液，但其在自清洁性能，力学性能等方面还存在不足。 

此外，随着环保意识的增强，要求涂料绿色化，对人民身体健康和环境无危害，且抗菌、净化空气，而单纯的丙烯酸酯乳液、硅丙乳液、醋酸乙烯-丙烯酸酯乳液涂料很难满足以上要求。 

发明内容

本发明尝试解决上述问题，提出了一种水性、环保的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液及其制备方法；本发明的第二个目的是，提出所述有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液在环保净味健康涂料中的应用。 

为实现以上第一个目的，本发明采取的技术方案如下。 

一种有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液，由4.0～15.0(wt)％的无机纳米粒子和85～96.0(wt)％的有机硅-丙烯酸酯聚合物组成；所述有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液是含固量45.0～55.0％、由4.0～15.0％无机纳米粒子和85.0～98.0％改性丙烯酸酯组成的核/壳结构或多层核/壳结构或互穿聚合物网络(IPN)结构的复合物。其最低成膜温度为-25℃至0℃，挥发份含量小于100ppm。 

无机纳米粒子选自二氧化钛、氧化锌、氧化银、氧化铜和氧化锆，粒径为0.02～0.10μm之间。 

上述有机硅-丙烯酸酯聚合物聚合单体质量百分比为： 

所述的乙烯基不饱和单体选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯腈中的一种或者几种的混合物，优选苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯。 

所述的不饱和酰胺选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲撑双丙烯酰胺中的一种或者几种的混合物，优选羟甲基丙烯酰胺，甲撑双丙烯酰胺，或质量比2∶1～4∶1的羟甲基丙烯酰胺与甲撑双丙烯酰胺的混合物。 

所述的不饱和羧酸选自甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、富马酸中的一种或者几种的混合物。 

所述的丙烯酸酯单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯中的一种或者几种混合物。 

所述的不饱和有机硅单体选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ一甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或者几种的混合物，优选γ一甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。 

一种水性、环保的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液的制备方法，其特征是，有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液以无皂乳液聚合方法、分段式或种子聚合工艺制备，复合物具有核/壳结构或多层核/壳结构或互穿聚合物网络(IPN)结构，其制备步骤包括： 

(1)将4.0～15.0(wt)％的无机纳米粒子分散在包含0.15～0.30(wt)％的阴离子乳化剂、0.02～0.10(wt)％的螯合剂和0.05～0.15(wt)％的引发剂的水溶液中，抽真空，在氮气保护条件下搅拌，升温至60～85℃，滴加5～15(wt)％的乙烯基不饱和单体30分钟，保温15分钟；得到聚合物包覆无机纳米粒子乳液；