[发明专利]单组分有机硅氧烷/无机硅溶胶杂化的高硅含量聚丙烯酸酯水性分散体及其制备方法

说明书

本发明公开了单组分有机硅氧烷/无机硅溶胶杂化的高硅含量聚丙烯酸酯水性分散体及其制备方法。该制备方法先制备硅烷化聚丙烯酸酯树脂，然后制备聚有机硅氧烷和制得功能化硅溶胶，将硅烷化聚丙烯酸酯树脂与聚有机硅氧烷在40～80℃下混合均匀制得复合树脂，常温下将所得的功能化硅溶胶用50～300份去离子水稀释，将所述复合树脂在高速搅拌下加入到稀释后的功能化硅溶胶中，制得单组分有机硅氧烷/无机硅溶胶杂化的高硅含量聚丙烯酸酯水性分散体；本发明通过将中和后的含羧基的硅烷化聚丙烯酸酯片段、聚硅氧烷片段以及功能化的二氧化硅水溶胶进行简单的混合，所形成的水性组合物可以长期保存而不会出现聚沉、黏度增大、凝胶化等问题。

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯酸酯杂化水分散体，特别是一种单组分可自交联的具有高涂膜硬度与耐性的有机硅氧烷/无机硅溶胶杂化的高硅含量聚丙烯酸酯水性分散体及其制备方法。

背景技术

使用有机无机杂化技术对水性丙烯酸树脂进行改性，可以取长补短，获得综合性能优异的杂化树脂。常用的做法是在有机树脂体系当中引入无机成分，形成无机网络从而构成有机-无机复合树脂。而在无机成分当中又以二氧化硅粒子以及硅树脂等较为常见。

中国专利CN 101517021A描述了一种水性二液固化型涂料组合物的制造方法，该组合物主要是将二或三烷氧基硅烷水解缩聚产物和带有中和后的酸基的聚丙烯酸树脂通过精细调控的溶胶-凝胶过程以硅氧键的形式结合在一起并分散在水相中。该组合物形成的涂膜具有优异的耐候性和耐污染性。但是，为了达到既定性能，该技术组合物中引入了高含量的聚有机硅氧烷，达到25～85重量份(相对于组合物中的不挥发组分100重量份)，构成聚有机硅氧烷的单体价格昂贵，不利于大面积使用，并且最终涂膜硬度只能达到2H。

现有技术当中，也有将无机纳米二氧化硅粒子引入到树脂体系，以此替代聚有机硅氧烷，到达相似的性能。中国发明专利申请CN 105061700A公布了一种纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯有机无机杂化水分散性树脂及其制备方法。该发明先采用硅烷偶联剂对二氧化硅的甲基丙烯酸甲酯分散液进行改性，然后在溶剂中，改性后的二氧化硅的甲基丙烯酸甲酯分散液与丙烯酸酯类单体进行原位聚合。得到的树脂具有良好的储存稳定性，涂膜透明度高，耐玷污性好，硬度能达到4H以上，附着力1级。然而，该技术为了达到水可稀释性，使用了大量具有亲水性的丙烯酸(其质量占不挥发组分的10％以上)，这导致涂膜耐水性难以提升。另外，所采用的二氧化硅的甲基丙烯酸甲酯分散液价格昂贵，并不易得。

为了探索更简便的添加无机成分的方式，因此也提出了在乳液中直接添加二氧化硅水溶胶的方法。中国发明专利申请CN 105367702A公开了一种含硅量高的聚丙烯酸酯/纳米二氧化硅杂化乳液。先采用半连续种子乳液聚合工艺，制备乙烯基硅氧烷改性聚丙烯酸酯乳液，然后与硅溶胶、共溶剂和其他助剂共混，获得最终的杂化乳液产品。该乳液在成膜过程中，会引发溶胶-凝胶反应，使二氧化硅与乳胶粒子紧密结合在一起，以此提高涂膜的硬度和耐性。但是，不可忽视的是，与丙烯酸酯类单体共聚的乙烯基硅氧烷会暴露在乳胶粒子表面。制备及存储过程中，乳胶粒子与未经过表面修饰的二氧化硅粒子之间存在溶胶-凝胶反应的风险，降低了杂化乳液的稳定性。

综上，现有技术中，还难以制备出一种兼具储存稳定性，以及高涂膜硬度、高耐性的有机-无机硅杂化水性聚丙烯酸脂。

发明内容

本发明主要针对上述有机-无机硅杂化水性聚丙烯酸脂存在的问题，提供一种单组分、储存稳定性佳、具有自交联性质的有机硅氧烷/无机硅溶胶杂化的高硅含量聚丙烯酸酯水性分散体及其制备方法；该水分散体制备方法简单，由该水分散体所形成的涂膜硬度达4H以上，附着力0级，同时具有突出的耐水性和耐溶剂性。