[发明专利]一种硅溶胶/丙烯酸酯纳米核壳复合乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能、低成本新型环保纳米核壳复合乳液，可广泛应用于多种涂料领域，尤其涉及一种硅溶胶/丙烯酸酯纳米核壳复合乳液及其制备方法。

背景技术

无机/有机纳米复合乳液是近年来涂料成膜物质的研究的热点，由于刚性无机成分的引入，大大提高了胶膜的硬度，能克服单纯聚合物“热黏冷脆”、耐紫外老化性差等多种缺点，涂膜的耐水性、耐酸碱、耐污性、耐洗刷性也得到有极大的提高。由于纳米粒子具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性，导致材料的力学、电学、光学、热学等性能均有质的飞跃，使涂料的强度、耐紫外老化性、自洁性等性能更加优异。在研究初期，主要由纳米无机粉体（TiO₂、SiO₂、ZnO、SnO₂等）与聚合物乳液共混制得，由于纳米粉体比表面积大、表面能高，复合乳液中纳米粉体很难形成良好的纳米级分散，与聚合物之间的相容性欠佳、稳定性差等缺点也影响了其实际应用效果。

近年来，随着纳米技术的广泛应用和聚合工艺的改善，利用聚合物单体在纳米无机粒子表面发生原位聚合，并形成多种包覆结构，可获得具有优异性能复合乳液。专利CN101215356A公开了“纳米二氧化硅改性弹性丙烯酸酯共聚乳液”，该乳液是由经过有机硅改性或金属交联处理的纳米SiO₂和丙烯酸酯单体原位聚合制得，涂膜的强度、耐水性、耐候性和耐污性均有一定的提高，但制备过程中需要对粉体进行复杂的疏水处理，对分散设备要求高，部分需使用有机溶剂，稳定性也有待进一步提高，乳液中硅含量一般不超过5％，对乳液性能的提高有限。

公开号CN102030873A的专利公开了“一种纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法”。该复合乳液由正硅酸乙酯、硅烷偶联剂和丙烯酸酯单体原位共聚制得，该乳液有效避免了传统纳米二氧化硅在乳液聚合过程中“二次团聚”的问题，稳定性有一定的提高，涂膜耐热性能优良，但由于此类乳液在聚合前需要对正硅酸乙酯进行水解及偶联处理，仍然存在工艺复杂繁琐、反应条件难以控制、周期长、引入杂质过等诸多缺点，未能满足实际生产应用。

专利公开号CN101497729A公开了“纳米硅溶胶/丙烯酸酯复合乳液及其制备方法”，该复合乳液是在纳米硅溶胶和烷基醇溶剂存在下与丙烯酸酯单体聚合而成，复合乳胶粒是以二氧化硅颗粒为核、丙烯酸酯为壳的纳米核～壳结构，该复合乳液具有更高的拉伸强度、撕裂强度以及更好的耐酸碱、耐候、耐磨、抗紫外老化及抗污等性能，适用于多种涂料中。虽然该复合乳液使用少量烷基醇溶剂抑制硅羟基的水解，省去了硅溶胶表面偶联处理的繁琐步骤，但仍存在较多缺点，比如复合乳胶粒粒径偏大，直径为150～200nm，硅含量最大也不超过10％，未能最大发挥纳米材料的特性及减低成本的作用。

目前，硅溶胶/聚丙烯酸酯复合乳液的高性能及其多种特性已在乳液领域中彰显优势，成为新型复合乳液开发的热点，针对硅溶胶表面处理的研究也受到极大的关注，但现有主要使用硅烷偶联剂偶联的技术仍未能很好解决纳米二氧化硅发生团聚及表面接枝共聚等问题，所得产品差异性较大，未能提供同时具备包覆率高、硅含量高、稳定性好、工艺简单、绿色环保、成本低、性能优异等多种优点方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于通过简单工艺制备出性能优越的硅溶胶/丙烯酸酯纳米核壳复合乳液。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种硅溶胶/丙烯酸酯纳米核壳复合乳液及其制备方法，包括以下步骤：（1）纳米硅溶胶钛螯合处理，以重量份数计，将0.1～2份钛酸丁酯、0.2～4份羧基化合物混合形成配合物，加入到100～150份纳米硅溶胶中，然后搅拌；

（2）复合乳液的制备：

a.种子乳液聚合；

b.壳层单体聚合。

优选的是，所述的步骤（1）中的羧基化合物为丙烯酸、甲基丙烯酸、油酸、硬脂酸中的一种或任意组合。

优选的是，所述步骤（2）中步骤a种子乳液聚合是：按重量份数计，取经步骤（1）处理后的硅溶胶，置于反应釜中，在氮气保护下，加入30～50份去离子水和0.5～1.5份乳化剂I搅拌均匀，升温至70～80℃，再加入0.1～1.0份引发剂，滴定2.5～10份丙烯酸酯类混合单体，10-30分钟内滴完，保温30min得泛蓝透明种子乳液。