[发明专利]一种纳米碳酸钙改性苯丙乳液的制备方法

说明书

技术领域

该发明属于乳液聚合领域，具体涉及一种纳米碳酸钙改性苯丙乳液的制备方法，可以改善常规苯丙乳液所存在的耐水性差、热稳定性较低、涂膜强度不高等缺陷。 

背景技术

苯丙乳液（苯乙烯-丙烯酸丁酯乳液）是由苯乙烯和丙烯酸丁酯单体经乳液共聚而得。苯丙乳液是乳液聚合中研究较多的体系，为重要的非交联型乳液，有着非常广泛的应用。但是，常规苯丙乳液存在耐水性差、热稳定性较低、涂膜强度不高等缺陷。随着纳米科学与技术的发展，纳米粒子改性乳液的制备及其功能化应用，已经引起了广泛的关注。通过原位乳液聚合，无机纳米粒子可以与有机单体在聚合过程中实现复合。这一过程操作简单，并且对原来的聚合过程基本不产生影响，是现在聚合物改性的一种重要方法手段，受到广泛关注。

在制备无机纳米粒子改性乳液前，需要对纳米粒子进行表面修饰，这是因为大多数的纳米粒子是亲水性的，很难均匀的存在于有机单体中，即使经过充分的预乳化使其暂时地分散在有机单体，但在细乳化聚合的过程中，纳米粒子很容易从油相中逃脱到水相。

发明内容

本发明的目的是提供纳米碳酸钙改性苯丙乳液的制备方法，改善常规苯丙乳液耐水性差、热稳定性较低、涂膜强度不高等缺陷。

一种纳米碳酸钙改性苯丙乳液的制备方法，通过如下技术方案实现：

步骤（1）：首先，将偶联剂和无水乙醇以1:4的比例配制成溶液，滴加醋酸调节其pH，利用磁力搅拌使其充分水解。其次，将一定量的纳米碳酸钙置于50mL的无水乙醇中先搅拌10min后，再超声5min。最后，将水解的偶联剂溶液和分散的纳米碳酸钙混合转移到250mL的三口烧瓶中，加热到一定温度，并机械搅拌反应一段时间。然后对混合物进行抽滤，并用无水乙醇多次洗涤，将产物置于烘箱中在65oC下烘干24h，经粉碎、过筛，得到改性的纳米碳酸钙。

步骤（2）：取一定量的改性纳米碳酸钙加入到含有硬单体、软单体和功能性单体的混合有机相中，超声5min，将选取的两种混合型乳化剂磁力搅拌分散于水中，然后与混合单体机械搅拌充分预乳化并同时加入适量的助乳化剂，加热到一定温度后，再添加一定量的引发剂和pH调节剂机械搅拌反应一定时间，制备得到纳米碳酸钙改性的苯丙乳液。随后对改性后的苯丙乳液做相应的性能测试。

上述方法中，步骤（1）所述的偶联剂为硅烷偶联剂，加入量为1-7％X（X为纳米碳酸钙的质量）。硅烷偶联剂为无色透明液体，纯度为98%，密度1.045kg/m³，折射率1.430，沸点255oC，可溶于甲醇、乙醇、乙丙醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯，一定条件水解产生甲醇。

上述方法中，步骤（1）所述的利用醋酸调节pH为4~5，磁力搅拌速度调为200rmp，时间为0.5h。

上述方法中，步骤（1）所述的纳米碳酸钙加入量为2~8g，平均粒径为50nm。

上述方法中，步骤（1）所述的加热温度为70oC，搅拌时间为2h，搅拌速度300rpm。

 上述方法中，步骤（2）所述的硬单体为苯乙烯，化学纯，淡黄色透明油状液体，有芳香气味，沸点145oC，凝固点-30.6oC，折射率为1.547，闪点 31.1oC，密度0.902g/cm³，不溶于水，溶于乙醇及乙醚，加入量为12~36g。软单体为丙烯酸丁酯，化学纯，无色透明液体，熔点-64.6oC，沸点145.7oC，闪点37.0oC，密度0.899g/cm³，不溶于水，可混溶于乙醇及乙醚，加入量为12~36g。功能性单体为甲基丙烯酸甲酯，化学纯，无色透明液体，熔点-48.0oC，沸点100~101oC，闪点10oC，折射率1.414，密度0.944 g/cm³，微溶于乙二醇和水，易溶于乙醇、乙醚、丙酮等多种有机溶剂，加入量为4~6g。

上述方法中，步骤（2）所述的两种混合乳化剂为十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚，其加入量分别为0.2~0.5g和0.8~1.0g，蒸馏水加入量为112g。助乳化剂为正十六烷，加入量为0.1~0.4g，引发剂为过硫酸铵，加入量为0.3~0.8g，pH调节剂为NaHCO₃，用量为0.2~0.8g。

上述方法中，步骤（2）所述的加热温度为70oC，机械搅拌400rpm下反应5h。 

上述方法中，步骤（2）所述的改性纳米碳酸钙的加入量为0~2g。

上述方法中，步骤（2）所述的改性纳米碳酸钙改性后的苯丙乳液做了耐水性、热稳定性、涂膜强度测试。