[发明专利]一种无机纳米粒子改性含氟丙烯酸酯疏水乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子聚合乳液领域，具体涉及一种无机纳米粒子改性含氟丙烯酸酯疏水乳液及其制备方法；该乳液采用乳液聚合方法制备。

背景技术

纳米SiO₂作为一种重要的无机粒子，由于其优异性能，例如特殊的光电性质，高温条件下的高强、高韧、高稳定性，已被广泛用于各种材料改性。对于乳液改性，纳米SiO₂常用的制备方法是溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法不但制备出的纳米SiO₂纯度高、粒子分散性好，而且反应条件温和，工艺简单，对设备要求不高，粒子易于表面改性。然而，溶胶-凝胶法制备的纳米SiO₂多分散于醇类溶剂中，将其直接应用乳液聚合体系时，高浓度的醇类溶剂会改变乳液体系中水的性质，增加乳化剂的溶解度，使乳化剂的临界胶束浓度(CMC)值大幅上升，进而使乳液聚合体系失去稳定性。因此，溶胶-凝胶法制备的纳米SiO₂在聚合前，通常要采用渗析、减压蒸馏、离心等手段进行预处理，然后重新分散于单体中，而此过程极易导致纳米SiO₂粒子的“二次团聚”形成更大的粒子，使纳米SiO₂粒子粒径分布变宽，甚至影响纳米SiO₂最终在乳胶膜中的良好分散性，发挥不出应有的改性效果。

疏水涂层拥有十分广阔的应用前景，但其在目前的各方面的应用存在一定的缺陷，无论从制备方法还是综合应用性能方面，还存在很多亟待解决的问题。目前，大多数现有的疏水、超疏水涂层制备方法在各方面都存在困难，例如：实验条件苛刻，过程繁杂、设备昂贵、成本高等问题。对研究者而言，简单经济、环境友好的疏水涂层制备方法还有待开发。另一方面，在设计微纳米级结构来提高涂层粗糙度，进而提高疏水性时，疏水涂层的其它性能不能很好地兼顾，例如出现涂层表面微细结构强度低、易老化、易磨损、易污染、使用寿命短等的缺点，涂层的机械强度不甚理想，材料稳定性差，环境适应性不强等。因此疏水涂层的制备、应用研究需要在以下几个方面加强：(1)简单化；如何利用简单、廉价、有效的方法构筑粗糙结构，获得性能优异的疏水性涂层材料是其追求的重要目标。(2)耐久化；疏水涂层表面的粗糙结构由于尺度比较小且比较脆弱，容易在外力冲击或摩擦等机械作用而导致疏水表面受到损坏，失去疏水性能。因而，提高疏水性的持久性是疏水涂层应用面临的一个重要问题。(3)多功能化。疏水涂层在具体的应用中，其疏水性并不是唯一要满足的功能，涂层还需要符合许多其它功能要求，以满足特殊的使用场合，比如纸质、石质文物保护，户外建筑玻璃，太阳能电池板，汽车挡风玻璃及后视镜，温室玻璃墙等，除了要求涂层具有良好的疏水性，还要求涂层具有透明、硬度高、耐摩擦、耐热耐候等性能特点。

近年来，由于具有优异的机械、光学、电子、疏油疏水、热稳定、阻燃性等突出特点，有机-无机复合材料受到了极大的关注并已应用于膜、功能智敏涂料、燃料和太阳能电池、催化剂等许多领域。在众多有机组分中，含氟聚合物因其卓越的疏油疏水性、抗污性、自润滑性、耐热、耐化学品稳定性以及良好的生物相容性、特殊的介电性能等成为一类特别倍受材料科学家青睐的选择对象。目前，含氟聚合物已经在特种涂料、生物材料涂层和生物传感器、阻燃涂料、新型微电子器件，历史文物保护等领域得到应用。此外，SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、CaCO₃等许多纳米粒子被用来制备纳米复合材料，其中SiO₂能够提高有机聚合物的力学性能、热稳定性、耐洗刷性和耐久性而得到最广泛的应用。如果无机粒子能很好地分散在有机聚合物基体中，最终复合材料的硬度、耐刮擦、耐冲击、光学性能将得到显著提升。因此，有望通过在含氟聚合物中引入SiO₂粒子，制备出综合性能优异，具有潜在应用价值的新型复合材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于克服无机纳米粒子的“二次团聚”形成更大的粒子和聚丙烯酸酯乳液容易形成凝胶，粘黏强度不足，还有其耐水耐热性不足的问题，提供了一种稳定，高粘黏强度，硬度高，抗紫外光、耐水性耐热性好、制备条件简易的聚合乳液，应用改性的无机纳米粒子改性含氟丙烯酸酯聚合乳液及其制备方法。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种无机纳米粒子改性含氟丙烯酸酯疏水乳液的制备方法，包含以下步骤：