[发明专利]一种乳胶涂料用纳米级硅丙核壳型复合乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性涂料的制备，特别涉及一种可用于外墙乳胶涂料用的纳米级核壳型硅丙复合乳液的制备方法。

背景技术

随着能源的日渐紧俏以及人们对环保及安全的日益重视，建筑乳胶涂料近年来得到了飞速发展。在建筑朝着大型化、规模化发展的今天，人们对建筑涂料的要求也越来越高，尤其是在建筑涂料的耐候性、耐沾污性及耐水性等方面。与此同时，建筑涂料为了达到高耐水性以及高耐沾污性等目的，其中的主要成膜物质-聚丙烯酸酯大多朝着高硬度的方向发展，这势必影响涂膜的最低成膜温度，使建筑涂料的施工严重受到地域和季节的约束，从而制约了建筑涂料在外墙装饰材料所占比重的进一步加大。

采用“粒子设计”思想，合成一种具有“硬核软壳”型乳胶粒子的乳液，能够有效解决涂膜硬度和最低成膜温度的矛盾，同时可显著提高乳液聚合物的力学性能、耐候性、抗污性等，并可显著改善聚合物乳液的施工性能，在一定程度上扩大了使用范围。然而单纯采用“粒子设计”合成出的核壳型乳胶还很难满足当今对乳胶涂料“三高一低”的要求，即高耐沾污性、高耐候性和高保色性以及低污染性。在此种情况下，采用“粒子设计”并以有机硅对聚丙烯酸酯进行改性就应运而生。由于在聚丙烯酸酯链上引入了键能较高的Si-O键，能使复合树脂对光、氧、热以及气候变化的稳定性大大提高。此外有机硅的引入能够降低复合树脂的最低成膜温度，同时由于有机硅的低表面张力及特殊分子链结构，能够进一步提高树脂的耐沾污性、耐候性、耐水性能及涂膜透汽性。因此近年来综合“粒子设计”和“异相材料”共同改性聚丙烯酸酯已逐渐被重视，成为乳液和涂料研究领域的热点。

通常核壳型硅丙复合乳液的制备大多采用由八甲基环四硅氧烷(D₄)、四甲基四乙烯基环四硅氧烷(D^v₄)等单体开环聚合成硅烷低聚物作为种子，在此基础上进行聚丙烯酸酯的聚合形成壳层。此种方法合成的核壳型硅丙复合乳液一方面聚硅氧烷被聚丙烯酸酯包埋，树脂的性能提升有限，另一方面聚硅氧烷和聚丙烯酸酯之间的结合方式为接枝型，两种树脂的相容性比较差，容易产生相分离，难以达到预期改性效果。核壳型硅丙复合乳液的制备也有采用聚丙烯酸酯作为核，聚硅氧烷作为壳的类型。这类制备方法除了上述缺点外，还存在乳液稳定性差以及容易产生聚丙烯酸酯和聚硅氧烷两种乳胶粒子，所得树脂很难兼顾两种树脂的优点，且制备过程复杂，难以真正实现成本与性能的统一。

发明内容

本发明的目的在于避免核壳型硅丙乳液制备过程中产生聚硅氧烷和聚丙烯酸酯的两相分离，而提供一种稳定的、能实现成本与性能统一且制备过程简单的乳胶涂料用纳米级硅丙核壳型复合乳液的制备方法，为外墙乳胶涂料的生产提供优质成膜基材。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

纳米级核壳型硅丙复合乳液其乳液乳胶粒的核为聚丙烯酸酯，活性有机硅单体和(甲基)丙烯酸酯类单体共聚复合树脂为壳。

乳胶涂料用纳米级核壳型硅丙复合乳液的制备方法，

其原料的质量分数组成范围为：

丙烯酸酯类单体  (45～47)wt％

乳化剂          (2～5)wt％

有机硅          (5～10)wt％

引发剂          (0.4～0.8)wt％

缓冲剂          (0.1～0.3)wt％

其余为去离子水；

其制备方法为：

I、单体预乳化

将三口烧瓶水浴加热至(40～45)℃，加入乳化剂和水，待乳化溶解均匀后，以一定的速率匀速滴加活性单体，滴加完毕后，高速搅拌一段时间后，再低速搅拌5min即停止，操作完毕。

II、种子乳液聚合

将三口烧瓶水浴加热至(50～55)℃，加入乳化剂和去离子水，待乳化溶解均匀后，加入部分核层预乳化液，搅拌20min后加入引发剂水溶液(用量为引发剂总量的1/3)，搅拌20min后，再将温度调至(75～80)℃，待乳液泛兰后，保温30min后即为种子乳液。

III、核层乳液聚合

在种子乳液的基础上，保持温度恒定，以一定速率同时滴加剩余核层预乳化液和部分引发剂水溶液，滴加完毕后，将温度调至(80～85)℃后，保温60min后即完成核层聚合。

IV、壳层乳液聚合