[发明专利]一种聚倍半硅氧烷-聚丙烯酸酯-纳米SiO2复合乳液及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子合成领域，具体地说涉及一种高硅含量聚倍半硅氧烷-聚丙烯酸酯-纳米SiO₂复合乳液及其制备方法与应用。 

技术背景

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，开发高性能水性涂料已成为涂料工业优先发展的重点。将溶剂型涂料变为水性涂料，保证成膜后涂膜硬度高和耐刮伤性优异，是涂料水性化过程必须克服的难题。水性丙烯酸酯乳液作为一种环境友好型产品，具有良好的保光性、优异的成膜性以及环保无污染等特点，被广泛应用于涂料及胶粘剂等多种领域，但丙烯酸酯树脂分子多为线性结构，在硬度、耐刮伤和耐化学介质等方面存在严重不足。

随着人们对乳液涂膜技术要求的不断增长，开发具有高硬度和良好耐热性能的乳液已成为发展的一个热点。其中，发展有机无机杂化改性技术，将含有无机结构的聚倍半硅氧烷和无机纳米粒子引入聚合物乳液，是一个重要的解决途径。聚倍半硅氧烷分子结构中Si-O 键能较大（450kJ/mol），远大于C-C 键能（345kJ/mol）和C-O 键能（351kJ/mol），同时其分子结构特点使其有很好的耐高低温性、耐候性、透气性阻燃和优异的力学性能，受到了科研人员的广泛关注。但是其成膜性和附着力较差，对基材粘附力不好。 

中国专利CN102977253 A公开了一种有机硅改性丙烯酸酯杂化乳液及其制备方法与应用，以丙烯酸酯单体为原料，通过丙烯酸酯单体与含碳碳双键的多官能度倍半硅氧烷反应，使倍半硅氧烷基团与丙烯酸酯聚合物以共价键的形式结合制备有机硅改性丙烯酸酯杂化乳液，提高了丙烯酸酯聚合物的耐高、低温性及耐水性能，但涂膜SiO₂无机含量较低，涂膜硬度不足。

中国专利101948561A公开了一种涂料用有机无机硅杂化树脂及其制备方法。采用溶胶-凝胶法制备纳米SiO₂溶胶，并用有机硅氧烷对纳米SiO₂进行表面改性使其具有反应性，再与丙烯酸酯单体聚合制备杂化涂料树脂，涂膜有具有良好的力学性能、耐高温性能以及良好的柔韧性。但该法需要采用有机硅氧烷对纳米SiO₂进行表面改性，过程繁琐，树脂中SiO₂含量较低，且涂膜硬度不够，最大为2H。

发明内容

为解决纳米SiO₂在丙烯酸酯聚合物乳液体系中含量偏低和需要对SiO₂表面进行改性过程繁琐等问题，本发明提供了一种高硅含量聚倍半硅氧烷-聚丙烯酸酯-纳米SiO₂复合乳液的制备方法，乳液具有良好的外观和储存稳定性。涂膜透明度高，硬度达到6H，附着力1 级，以SiO₂计硅含量达到25％以上。这种高硅含量聚倍半硅氧烷-聚丙烯酸酯-纳米SiO₂复合乳液集合了有机无机材料的优点，涂膜具有优异的耐老化、耐热、耐刮擦、耐磨性和高硬度等性能，在涂料和胶黏剂领域具有广泛的应用前景。 

本发明的另一目的是提供一种高硅含量聚倍半硅氧烷-聚丙烯酸酯-纳米SiO₂复合乳液的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种聚倍半硅氧烷-聚丙烯酸酯-纳米SiO₂复合乳液，所述的聚倍半硅氧烷-聚丙烯酸酯-纳米SiO₂复合乳液由以下组份制成，各组份的质量份为：  

聚倍半硅氧烷乳液                   20-60份，

甲基丙烯酸烷基酯                   15-35份，

丙烯酸烷基酯                       15-35份，

丙烯酸羟基烷基酯                   1-5份，

引发剂                             0.1-1份，

水                                 40-80份，

硅溶胶                             30-60份，

共溶剂                             5-15份；

其中，聚倍半硅氧烷乳液由以下各组份制成，各组份的质量份为：

乳化剂                            0.5-3份，

碱催化剂                          1-3份，