[发明专利]一种纳米二氧化硅杂化丙烯酸酯无皂乳液及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化硅杂化丙烯酸酯无皂乳液及制造方法。

背景技术

水性涂料具有安全环保的特点，被用于取代污染严重的溶剂型涂料，在许多领域都有着广泛的应用。在水性涂料领域，目前研究较多的水性树脂主要有水性丙烯酸酯树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性氟碳树脂、水性无机硅酸盐树脂等，其中丙烯酸树脂成膜性好，施工简易，成本低廉，占据了水性涂料80%以上的市场，但是其机械性能、耐介质性能、装饰性任然有待于提高，而纳米氧化物具有对丙烯酸乳液进行杂化改性是提高树脂性能的一条重要途径，改性以提高树脂的综合性能，扩大了应用领域，具有很好的应用前景。

发明内容

本发明无皂乳液聚合法，利用具有甘三醇功能化的硅溶胶对丙烯酸酯乳液改性，制备高固含量的丙烯酸酯无皂乳液。根据目前无皂乳液情况，本发明主要解决以下几个问题：（1）通过条件试验制备稳定的纳米二氧化硅/丙烯酸酯乳液，探讨复合乳液稳定机理及配方工艺条件对乳液稳定性的影响；（2）通过配方及工艺的优化制备高固含量的纳米二氧化硅/丙烯酸酯无皂乳液；（3）通过纳米SiO₂对丙烯酸酯乳液改性，研究纳米SiO₂含量对无机/有机复合涂层中耐水性，耐候性，力学性能的影响；（4）研究改性后丙烯酸酯乳液涂料在防腐蚀涂料中的应用状况。

为解决以上技术问题，所采用的技术方案如下：

（1）甘油醇改性硅溶胶的的制备：以质量分数计，在搅拌釜中加入70-90份硅溶胶(硅溶胶为酸性硅溶胶，pH值3-6，SiO₂含量为30-40%，粒径分布在25-35nm)，10-20份醇。常温下搅拌反应2h得到改性硅溶胶。

（2）纳米二氧化硅杂化丙烯酸酯无皂乳液的的合成：以在质量分数计

其配方组成为：

改性硅溶胶5-20份

去离子水40-70份

含双键的可聚合单体20-50份

pH调节剂0.05-0.3份

引发剂0.1-0.3份

其制备方法为：

a在引发剂罐中投入所有的引发剂和pH调节剂，加入50%离子水搅拌溶解配制引发剂缓冲溶液。

b将全部的含双键可聚合单体投入单体罐混合均匀，配制混合单体。

c反应釜中投入全部的改性硅溶胶和剩余的去离子水，搅拌速度120r/min，缓慢加入所有的引发剂缓冲溶液，50%混合单体，分散15min。升温至80℃搅拌反应1h后，开始匀速加入剩余混合单体，1.5h加完，保温反应2h，降温，出料，过滤后得到产品。

由于采用了上述方案，产生的效果是显而易见的：纳米二氧化硅在无皂乳液聚合中可以作为乳化剂稳定聚合过程，避免了亲水的乳化剂对胶膜耐水性产生不利影响，无皂乳液具有很好的存储稳定性和化学稳定性，涂层的吸水率较不添加纳米二氧化硅的胶膜下降了许多。随着硅溶胶含量的增大，由于纳米粒子填充了聚合物成膜的空隙，使得胶膜更加致密，且二氧化硅较聚合物疏水，对水具有一定的屏蔽作用，所以耐水性明显提高；纳米二氧化硅具有优异的紫外线吸收性能对400nm以内的紫外光吸收率高达70%，所以涂层耐候性更佳；以上杂化无皂乳液中的二氧化硅表面残余有硅羟基，在成膜过程中，随着水分的挥发，硅羟基之间发生缩合反应，形成的Si-O-Si键阻碍了有机高分子链段的运动，导致玻璃化转变温度提高，进一步改善了材料的机械力学性。形成的涂层更加致密、耐溶剂，机械性能更好，进一步增强了涂料树脂与基材、树脂与填料间的结合力与附着力，保持了环保性及较好的性价比，具有优异的市场前景。

本发明制备的水性树脂具有较好的耐水性、机械性能、耐候性，可以用于水性木器涂料、建筑防腐涂料、以及高装饰性的防腐蚀涂料。本发明以醇改性的硅溶胶作为纳米二氧化硅硅源，在无皂乳液聚合中可以作为乳化剂稳定聚合过程，避免了亲水的乳化剂对胶膜耐水性产生不利影响，无皂乳液具有很好的存储稳定性和化学稳定性，耐水性好。

具体实施方式

实施例1～6为制备纳米二氧化硅杂化丙烯酸酯无皂乳液的配方工艺

实施例1：

配方及工艺如下：

（1）醇改性硅溶胶的的制备：以质量分数计，在搅拌釜中加入90份硅溶胶，10份二聚丙三醇，常温下搅拌反应2h得到改性硅溶胶。

（2）将全部的含双键可聚合单体（丙烯酸丁酯20份，丙烯酸甲酯19份，丙烯酸1份）投入单体罐混合均匀，配制混合单体。