[发明专利]一种聚丙烯酸酯/聚倍半硅氧烷核壳乳液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚丙烯酸酯/聚倍半硅氧烷核壳乳液及其制备方法，本方法以低玻璃化温度的聚丙烯酸酯为内核，配合乙烯基硅烷偶联剂，将聚倍半硅氧烷包覆于其上，形成“内软外硬”的杂化核壳粒子，粒子尺寸在100～200nm附近。本发明由内核与外壳两组分组成，内核组分以丙烯酸酯类为主要单体，硅烷偶联剂占单体质量的0～10％，固含量设计为10～20％；外壳组分以倍半硅氧烷为主要单体，核壳两组分总固含量设计为15～35％。由于含硅杂化的特点，并且具备“内软外硬”的特点，因此聚丙烯酸酯/聚倍半硅氧烷核壳乳液在疏水改性和增韧改性剂上有很大的应用价值。

技术领域

本发明涉及硅-丙杂化核壳材料合成技术领域，特别涉及一种以玻璃化温度较低的聚丙烯酸酯为核，以较高玻璃化温度的聚倍半硅氧烷为壳的核壳乳液的制备方法。

背景技术

聚合物/聚硅氧烷类复合材料是新兴复合材料中的一个独特分支。这种新兴复合材料具有出色的耐水、耐热、耐候以及生物相容性等许多杰出的性质，生产生活领域还是在科学研究领域，都引起了科研工作者的注重。聚有机硅氧烷类分子的主链键能与一般的有机分子主链相比具有较大的优势。-Si-O-Si-键的高键能特点使得有机硅氧烷类聚合物与常见的有机聚合物相比具有较高的热稳定性及耐候性。与此同时，有机硅氧烷类聚合物具有较低的表面能和玻璃化转变温度(Tg)，这种特点赋予了它优秀的耐水耐沾污性和柔韧性。

聚有机硅氧烷材料具有很多优异的性能，例如疏水性、耐热稳定性、耐溶剂性以及一定的生物相容性等等。由于其环保、无毒而且原料比较廉价，聚有机硅氧烷的多种实用功能正在被人们一步步开发。利用聚倍半硅氧烷(PSQ)身兼有机-无机双重性质的特点，制备聚合物/PSQ核壳结构的杂化粒子，能为超疏水表面自修复涂层或者医疗药物行业提供新的渠道。

发明内容

本发明的目的，旨在提供一种粒径在100～200nm附近的聚丙烯酸酯/聚倍半硅氧烷核壳乳液及其制备方法。在该方法下制备的核壳乳液，不仅可以发挥有机硅聚合物高疏水性的特点，并且“外硬内软”的特点可以提供较好的弹性，对PVC塑料起到增韧作用。

本发明的技术方案是：一种聚丙烯酸酯/聚倍半硅氧烷核壳乳液及其制备方法，其操作过程为：

(1)以玻璃化温度较低的丙烯酸酯作为主要单体，配合乙烯基硅烷偶联剂，在乳液聚合条件下进行开环聚合反应制备聚丙烯酸酯内核乳液。

(2)采用种子半连续的乳液聚合方法，向内核乳液中加入水、乳化剂，并在一定pH条件下用恒流泵滴加倍半硅氧烷单体，使其在内核表面增长形成聚倍半硅氧烷外壳，形成聚丙烯酸酯/聚倍半硅氧烷核壳乳液。

(3)将聚丙烯酸酯/聚倍半硅氧烷核壳乳液通过喷雾干燥机进行干燥处理得到聚丙烯酸酯/聚倍半硅氧烷核壳纳米微球。

具体步骤如下：

(1)将乳化剂、水和10％的丙烯酸酯类单体加入反应瓶中，开启搅拌与控温装置，温度控制在60～90℃之间。待到反应瓶中呈现浅蓝色时，滴加剩余的90％的丙烯酸酯类单体和乙烯基硅烷偶联剂的混合物，滴加时长在1～10h之间。滴加结束后，保温1～10h，终止反应，得到聚丙烯酸酯核层乳液。

上述的丙烯酸酯类单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或几种。上述的乙烯基硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。上述的乳化剂为十二烷基二苯醚二磺酸钠、环氧乙烷与环氧丙烷共聚物、烯丙基聚乙氧基磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚-30、烷基酚聚氧乙烯醚-10、十六烷基三甲基溴化铵、烷基聚氧乙烯醚、烷基酚聚乙烯醚硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵和十二烷基硫酸纳中的一种或几种。上述的引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸铵中的一种或几种。