[发明专利]一种全氟烷基乙烯共聚制备的无皂氟碳乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于含氟高分子合成材料制造领域，更具体的是涉及到采用无皂乳液聚合技术，制备全氟烷基乙烯与丙烯酸单体和烷基乙烯基醚共聚的水分散乳液合成技术。本发明还涉及上述水分散无皂乳液的水性氟涂层材料。

背景技术

氟碳涂料由于特有的高耐候性、自清洁、长寿命和可长期免维护等方面的优越性能，享有“涂料之王”的美誉。传统的氟碳涂料是由聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯或聚偏氟乙烯通过高温在基材的表面烧结而成，由于成膜工艺较为复杂，聚合物的膜易于结晶，对所要保护的基材常常达不到理想的涂覆效果，所以其使用范围受到了极大的限制。为了克服这种苛刻的成膜工艺，技术人员通过溶剂将上述的氟碳成膜材料制成溶液来解决上面的成膜问题。由于有机溶剂带来的环境问题，越来越多的研究人员希望以水来代替有机溶剂。目前这样的技术主要有这样几种：1）研磨分散技术，即将聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯或聚偏氟乙烯固体粉末、乳化剂、成膜剂、颜料、增稠剂和水等在研磨设备中适当研磨，然后在高速搅拌设备中搅拌分散，制成乳液。这种方法制备过程较为复杂，所得乳液仅靠分散剂分散在水中，所以乳液稳定性不高。2）共混分散技术，即将四氟乙烯、三氟氯乙烯或偏氟乙烯与乙烯基烷基醚在溶液中共聚，得到共聚物，再在乳化剂的作用下与聚丙烯酸酯、成膜剂、颜料、增稠剂和水等在高速搅拌设备中搅拌分散，制成乳液。3）乳液共聚，就是在适当的乳化剂作用下，将含氟乙烯基化合物与不含氟烯烃单体或丙烯酸酯单体进行自由基共聚得到含氟共聚乳液。

上述水性含氟乳液均涉及到乳化剂，即乳化剂的结构性能直接决定乳液的形成、稳定以及氟碳涂层的成膜性能等。目前较为常用的乳化剂是含氟的全氟辛酸盐、十二烷基硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚等之类的乳化剂。这类的乳化剂在完成成膜后即释放到环境中，所以给环境带来消极影响。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种稳定性高，成膜效果好，对环境无污染的涂料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种全氟烷基乙烯共聚制备的无皂氟碳乳液，采用以下质量配比的原料共聚制备：含氟组分 4～40%、不含氟组分50～70%、颜料分散组分 3～8%、交联组分 2～8%、可聚合乳化剂组分 2～8%；

其中，含氟组分采用全氟烷基乙烯；全氟烷基乙烯中全氟烷基的碳链长度为C₄～C₁₂，优选全氟烷基的碳链长度为C₅～C₉。

不含氟组分由不含氟组分a和不含氟组分b以质量比（1～3）:（1～4）组成；不含氟组分a选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯的一种；不含氟组分b选自丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丁基乙烯基醚、戊基乙烯基醚或己基乙烯基醚中的一种，其中烷基乙烯基醚中的烷基碳链长度为C₄～C₆。

颜料分散组分为含有一个碳碳双键的羧酸，选自CH₂CH-R-COOH，其中R是碳链数为0～10的直链饱和烷烃一种；或者选自ROCOCHCHCOOH，其中R是碳链数为8～18的饱和烷烃中的一种。

交联组分采用甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油醚、丙烯酸缩水甘油醚、双丙酮丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺。

可聚合乳化剂组分采用可聚合乳化剂DNS-86（式1）或可聚合乳化剂ANPEO10-P1（式2）。

式1，；

式2，。

本发明还提供了上述无皂氟碳乳液的制备方法，包括以下步骤：

（1）取占所述无皂氟碳乳液原料总质量2～4倍的去离子水，作为总水量，备用；

（2）配置预乳化液：将可聚合乳化剂组分、颜料分散组分和占总水总量80～90%的去离子水加到反应釜中，加入碳酸钠或碳酸氢钠作为中和剂，调节pH值至6.0～7.0，然后加入含氟组分、不含氟组分和交联组分，高速搅拌分散乳化半小时，得到乳液滴粒径小于800nm的待聚合预乳液；