[发明专利]有机硅改性硅溶胶/聚丙烯酸酯复合乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性涂料，具体说涉及一种有机硅改性高硅含量硅溶胶/聚丙烯酸酯复合乳液及其制备方法，该乳液作为成膜物质可以制得兼具无机材料和有机高聚物优点的杂化纳米涂料。

技术背景

随着我国国民经济的快速发展，在人们环保意识日益增强的今天，无毒、无味和低VOC甚至“零VOC”的环保型涂料越来越受欢迎，与此同时，“低碳环保”观念愈来愈深入人心，也为环保型涂料的发展奠定了基础。而树脂的水性化是降低VOC排放的一种理想方法，水性涂料以水代替有机溶剂，生产和使用时安全、无毒，能满足节能减排，循环和可持续发展需求，以保障绿色低碳经济顺利发展，因此开发高性能水性乳液涂料成为涂料工业优先发展的重中之重。

聚丙烯酸酯乳液以水为分散介质，不仅具有环保无污染、反应条件温和、原料来源广泛等优点，而且乳胶膜耐候性好、透明性高和柔韧性好等，广泛应用于涂料、粘合剂、化学电源、医用高分子等众多领域。但它同时存在着乳胶膜耐热性差，硬度低，耐水性差及低温变脆、高温变粘等缺点，难以满足高性能领域的要求，成为了限制其进一步应用的主要因素。

近年来，随着聚合理论和技术的不断完善和发展，丙烯酸酯乳液的改性受到了广泛重视。一般来说，可从两个方面对丙烯酸酯乳液进行改性：一是引入一些如有机硅单体，有机氟单体，环氧树脂等功能性材料对丙烯酸酯乳液进行改性，并采用核/壳乳液聚合和互穿网络聚合技术，以及超声、辐射乳液共聚技术等来改善丙烯酸酯乳液的性能，以得到高性能的共聚乳液；二是引入纳米复合材料，采用有机无机杂化改性技术，提高丙烯酸酯乳液的性能，此方法也成为聚合物改性领域的研究热点。

公开号CN 101948561A的中国发明专利公开了一种涂料用有机无机硅杂化树脂及其制备方法。该杂化树脂是由无机SiO₂粒子接枝到有机的聚合物树脂主链之上形成有机无机杂化结构。其制备是首先采取溶胶-凝胶法制备粒度适中的SiO₂溶胶或者将市售的纳米SiO₂粉体材料分散于有机溶剂中形成溶胶，用有机硅氧烷对纳米SiO₂进行表面改性使其具有反应性与聚合单体共聚得到杂化的涂料用树脂。该树脂综合了有机聚合物和无机材料的优良特性，具有良好的力学性能、耐高温性能以及良好的柔韧性。但是此方法用溶胶-凝胶法制出来的SiO₂溶胶中SiO₂含量仅为10%，则再用它合成的树脂SiO₂含量也较低，对树脂的改性效果不会很明显。且涂膜硬度不够，最大为2H。

申请号201210127217.X的中国发明专利公开了一种有机无机杂化高硅含量丙烯酸酯乳液及其制备方法。该制备方法采用硅烷偶联剂对碱性硅溶胶进行改性，而后将改性硅溶胶先跟含羟基的亲水性功能性单体进行偶联，再跟丙烯酸酯类单体原位聚合。该方法可以制得乳液外观良好、硅的质量含量为20~25%的乳液。涂膜硬度可达5H。但是涂膜耐水性耐溶剂性较差：涂膜在水中浸泡一天就严重泛白并起泡，耐溶剂擦拭性仅可通过80次MEK测试。这些性能都需要通过合成工艺的改进和配方的完善进行进一步提高。

目前SiO₂/聚丙烯酸酯复合乳液已经成为乳液聚合领域的研究热点，但是该方面的技术并不成熟，有大量工作有待继续开展，然而它的优异性能已经引起大家的强烈兴趣，随着科学工作人员的努力和科技的不断发展，复合乳液将会因其绿色环保且性能优越得到更广泛的应用。

发明内容

本发明主要是针对现有技术的不足，改进合成工艺及配方，在保持乳液高硅含量、良好的乳液外观、很好的储存稳定性和冻融稳定性、涂膜较高的硬度和附着力的基础之上，进一步提高了涂膜的耐水性、耐腐蚀性和耐溶剂性，使得涂膜耐水性更优异：在水中浸泡10天无泛白起泡现象；涂膜可耐中性盐雾20天无变化；涂膜的耐溶剂擦拭性可通过200次MEK测试。

本发明的另一目的是提供制备所述有机硅改性硅溶胶/聚丙烯酸酯复合乳液的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种有机硅改性硅溶胶/聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：