[发明专利]一种化学键合核壳结构的聚丙烯酸酯/聚硅氧烷乳液

说明书

技术领域

本发明涉及有机硅氧烷的涂料，涂覆在玻璃和建筑物表面后有防水、润滑和保护表面的作用。

背景技术

涂料是一种液体混合物，涂覆在物体表面后能形成薄膜从而起到防水、防锈、防UV、防划伤、绝缘和防菌等功能。中国发明专利CN1012079888A阐述了使用苯乙烯的溶液作为防水涂层。该专利中使用了苯类有毒溶剂。中国发明专利CN93111197阐述了使用苯丙乳液作为建筑物的防水涂料，并使用了重钙、滑石粉、石粉和钛白粉作为防水涂层的骨料。该涂料具有成膜后硬度高、抗湿性能好的优点，但不透明，不能应用于建筑上的玻璃幕墙。中国发明专利89104899阐述了使用聚丙烯酸酯树脂类涂料，用于油毡和沥青的防水层。该涂层同样不能应用于玻璃表面的防水和防划伤。烷基硅氧烷作为防水涂料已经被广泛的应用在建筑上，就有高效防水、耐紫外、耐热和耐候等优点。但由于其较高的疏水性，该类涂层与建筑物表面的粘接力不强；而且由于其固有的化学性质决定了水挥发后所成的膜性能较差，不利于对表面进行长期保护。聚丙烯酸酯类乳液是广泛应用于建筑和家具等方面，具有无毒、与表面粘接力强、成本低和与其它组份相容性强等突出优点。但是聚丙烯酸酯类含有大量的酯基，使得该类乳液体系成膜后的疏水性较差，不能有效保护表面并阻止水渗透。

因此，急需开发一种能广泛应用于玻璃和其他建筑物表面的功能性涂层，与建筑物表面附着力强，又能有效防止水的渗透。

发明内容

本发明开发出了一种能广泛应用各种表面，尤其是建筑物和玻璃表面的功能性涂层，保护表面，防水渗透，并且与表面附着力强，而且使用方便。

为了实现上述功能，专利中合成出了具有核壳机构的聚丙烯酸酯/聚硅氧烷乳液。聚丙烯酸酯乳液作为种子或核，进行种子乳液聚合；然后加入烷氧基硅烷和促进烷氧基硅烷缩合的酸或碱，在聚丙烯酸酯表面进一步聚合，生成壳。这种含有聚丙烯酸酯/聚硅氧烷的乳液，在水挥发后，所成的膜里具有聚丙烯酸酯的粘接性和韧性，又有聚硅氧烷的疏水性。本专利在聚丙烯酸酯中引入烷氧基侧基，与壳材料的烷氧基进一步缩合。通过核、壳之间的化学键，可以提高核、壳两相的相容性，避免成膜时出现相分离，进一步提高膜的机械性能。

本专利中使用的丙烯酸酯包括(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸羟丁酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸月桂酸酯、(甲基)丙烯酸十六酯、(甲基)丙烯酸十八酯或(聚)乙二醇单醚丙烯酸酯中的一种或混合物。聚丙烯酸酯由于其长链和大量的酯基，使其与大部分表面都有较强的粘接性，而且具有优异的耐候性。

专利中使用的带有烷氧基硅烷侧基的丙烯酸酯包括3-(甲基)丙烯酸酯基丙基-3-二甲基甲氧基硅氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酸酯基丙基-3-甲基(二甲氧基硅氧基)硅烷或3-(甲基)丙烯酸酯基丙基-3-(三甲氧基硅氧基)硅烷中的一种或混合物，优选用量为1～60重量％。这一类单体既可以与含有不饱和双键的单体反应，又可以与含有烷氧基基团的组份进一步脱醇，缩合，形成稳定的硅氧键。

上述含有不饱和双键的单体能够在油溶性或水溶性引发剂的引发下，进行聚合，在所形成的高分子链侧基上引入不同的酯基和烷氧基硅烷。常用的自由基引发剂有偶氮类化合物，有机过氧化物和无机过氧化物，包括2，2’-偶氮二异丁腈、2，2’-偶氮(2，4-二甲基戊腈)、二甲基-2，2’-偶氮二丁酸酯、2，2’-偶氮(2-甲基丁腈)、1，1’-偶氮(1-环己烷腈)、过辛酸叔丁基酯、二叔丁基过氧化物或过氧化二苯甲酰、2，2’-偶氮(2-甲基丙基脒)二盐酸盐、过硫酸胺、过硫酸钠或过硫酸钾等。这些引发剂都能有效的引发反应。

作为疏水组份的烷氧基硅烷能在酸性或碱性条件下，进行缩合反应，释放醇类小分子，生成线性或枝状结构的聚烷氧基硅烷。聚烷氧基硅烷与物体表面，尤其是玻璃表面，有着较强的附着力；当含有聚烷氧基硅烷的乳液涂覆在物体表面上以后，所形成的薄膜能耐水浸泡。

本发明中使用的烷基烷氧基硅烷包括结构式(i)，(ii)，(iii)和(iv)：

结构式(i)

R₁，R₂，R₃和R₄可以相同或不同，选自甲基，乙基，丙基，三氟丙基或苯基。可以选用的原材料有四甲氧基硅，四乙氧基硅，四丙氧基硅或四异丙氧基硅。

结构式(ii)