[发明专利]一种疏水性有机无机高硅含量丙烯酸酯聚合物乳液及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机无机化合物技术领域，具体涉及为一种疏水性有机无机高硅含量丙烯酸酯聚合物乳液及其制备方法与应用。

技术背景

水性丙烯酸酯乳液作为一种环境友好型产品，具有良好的保光性、优异的成膜性以及环保无污染等特点，被广泛应用于建筑涂料及胶粘剂等多种领域。但丙烯酸酯树脂分子多为线性结构，缺少交联点，导致涂膜在硬度、耐热性、耐刮擦和耐水性等方面存在严重不足。采用有机氟、硅对丙烯酸酯乳液改性是提高涂膜性能的重要途径。氟原子电负性高、原子半径小、化学键能大(486kJ/mol)，含氟聚合物表面能低疏水性强，在耐候性、耐化学品性、耐沾污等方面性能优异；有机硅树脂中的Si-O键能也比较大(451kJ/mol)，可赋予涂膜优异的耐热、耐寒、耐潮湿、耐候、耐化学腐蚀等性能。

近年来发展起来的有机无机杂化改性技术，将纳米粒子引入聚合物乳液，已成为聚合物乳液改性领域的研究热点。无机纳米材料如SiO₂具有优异的耐磨性、高硬度、抗刮伤性、耐老化、抗紫外性等独特优点，将它引入有机聚合物乳液中可提高涂膜的硬度、耐刮伤、耐候等性能。将无机SiO₂纳米粒子引入聚合物乳液的方法主要有：共混法、溶胶凝胶法（Sol-Gel）和原位聚合法等。目前，将SiO₂纳米粒子用于丙烯酸酯聚合物乳液，存在如下一些问题：（1）无机SiO₂粒子尺寸小、比表面积大在聚合物乳液中易团聚；（2）无机SiO₂在整个体系中含量偏低，导致涂膜硬度不够；（3）引入的SiO₂粒子表面一般含有丰富的羟基，导致涂膜疏水性不足。

中国专利CN201210176637.7公开了一种有机无机杂化氟硅改性纳米水性树脂的制备方法，该方法以油酸改性的纳米SiO₂粒子为核，在其表面以甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、有机氟单体和有机硅单体共聚得到氟硅改性纳米水性树脂。采用油酸对纳米SiO₂粒子进行改性，可增强无机SiO₂与有机聚合物之间的结合力。但有机无机杂化氟硅改性纳米水性树脂中无机SiO₂组份的含量较低，导致涂膜硬度不够。

发明内容     

为解决无机纳米SiO₂引入聚合物乳液中易发生团聚、SiO₂在整个体系中含量偏低和SiO₂表面含有一些羟基，导致涂膜硬度和疏水性不足等问题，本发明提供了一种疏水性有机无机高硅含量丙烯酸酯聚合物乳液及应用，该乳液涂膜兼具无机材料和有机高聚物的优点，可用于制备具有良好耐候性、疏水性、耐擦洗性、耐沾污性和高硬度性能的涂料。

本发明的另一目的是提供一种疏水性有机无机高硅含量丙烯酸酯聚合物乳液的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种疏水性有机无机高硅含量丙烯酸酯聚合物乳液由以下各组份制成，各组份的质量份为：

硅溶胶                             30-60份，

共溶剂                             5-15份，

含氟硅烷偶联剂                     1-5份，

甲基丙烯酸烷基酯                   15-35份，

丙烯酸烷基酯                       15-35份，

丙烯酸羟基烷基酯                   1-5份，

乳化剂                             0.2-2份，

引发剂                             0.1-1份，

水                                 40-80份，

所述共溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、异丁醇、叔丁醇、乙二醇中的一种或几种；

所述含氟硅烷偶联剂选自十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或几种；

所述甲基丙烯酸烷基酯选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸异辛酯中一种或几种；

所述丙烯酸烷基酯选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯中一种或几种；