[发明专利]一种水相速溶二氧化钛材料及其制备方法和应用

说明书

本专利公开了一种水相速溶二氧化钛材料的制备方法，包括：（1）以含亲水官能团的丙烯酸（酯）类化合物为功能单体，采用乳液聚合的方式制备聚合物乳液，其间将含双键的有机硅（含有烷氧基或卤素等活性官能团）引入参与共聚，得到含活性官能团的聚合物微球乳液；（2）所得乳液中聚合物微球通过活性官能团与二氧化钛反应，最终获得通过化学键接枝少量聚合物微球或包裹的改性二氧化钛浆料，此浆料也可经干燥获得改性二氧化钛粉体。此方法通过聚合物微球的阻隔作用，防止二氧化钛颗粒团聚，并通过聚合物微球中的亲水性单元，使其获得在水或水性涂料中快速扩散并稳定分散的能力。

技术领域

本发明属于有机无机复合材料技术领域，具体涉及一种水相速溶二氧化钛材料及其制备方法和在生产水性涂料方面的应用。

背景技术

水性涂料用水作为分散介质代替了溶剂型涂料传统意义上的溶剂，VOCs含量大幅降低，具有：环境友好、健康、安全等显著优点。二氧化钛作为水性涂料中的重要无机盐填料，其具有化学结构稳定、耐候性强、耐高温、高折射率和强大的消色力与遮盖力等优点，在建筑、木器、轨道交通等涂料中得到广泛应用。二氧化钛主要有三种晶型：锐钛矿、金红石、板钛矿型，其中纳微级金红石型 TiO₂在涂料中使用非常广泛。目前，二氧化钛粉体的制备方法主要有氯化法和硫酸法，经水解反应、高温烧结、表面改性（包覆硅、铝或锆等）后，再经干燥获得粉体。二氧化钛干燥制粉过程能耗较高，且干燥过程易导致颗粒发生团聚，在用于水性涂料前，需将二氧化钛粉体经过砂磨或高速搅拌进行分散，能耗较大，且通过搅拌很难将其解团聚，难以均匀分散。因此，解决纳微级TiO₂在生产和使用过程中易团聚、难重复分散的问题，简化工艺提高涂料特别是水性涂料的分散加工效率、降低能耗，是涂料行业的亟需。

目前，钛白粉水性分散浆料的制备主要通过将二氧化钛滤饼或粉体加入水、分散剂、润湿剂、纤维素等多种助剂，再经过高速搅拌或砂磨制备获得。中国发明专利CN108587245 A公开了一种造纸用钛白水浆制备方法，通过加入分散剂并且经过两次研磨制得。中国发明专利CN 110358370 A公开了一种应用于质感漆调色的水性钛白浆及其制备方法，需要加入纤维素、多功能助剂、润湿剂、分散剂、防冻剂、消泡剂、防沉降剂等助剂，在制浆过程中将搅拌转速达1500rpm以上进行高速搅拌以获得良好分散，具有稳定性好，热储无分层、无结皮，且细度无返粗的优点。中国发明专利CN 103614005 A中公开了一种水性木器漆钛白浆及其制备方法，在分散剂、润湿剂、消泡剂、助溶剂协助下在1800rpm以上的高速搅拌条件下进行制浆。这类方法都需要外加较多的助剂，并且需在较高转速条件下才能实现二氧化钛的分散。美国专利US6080802A中公开了一种制备复合颗粒的水分散体的方法，在不存在提供完全异质凝结的条件下混合包含二氧化钛颗粒的水性介质和聚合物胶乳颗粒，聚合物胶乳颗粒以受控方式吸附在二氧化钛颗粒上以提供复合颗粒。聚合物用量需为二氧化钛饱和吸附状态时（约二氧化钛质量的40%）应用效果最佳。

通过引入亲水性单体和有机硅参与聚合物乳液聚合制备可反应性聚合物乳液，通过胶粒表面的硅羟基与纳微级二氧化钛在水相中发生反应，获得通过化学键接枝少量聚合物微球或被聚合物微球层包裹的高固含量改性二氧化钛浆料。此浆料可直接用于钛白色浆，也可将浆料干燥获得改性二氧化钛粉体。浆料和粉体在多种水性涂料中均具有快速扩散和稳定分散的能力，并且干燥后的粉体在水性涂料中再分散可保持其原有的形态和粒度分布，更容易满足涂料对细度的要求。表面通过化学键接枝的聚合物微球一方面起到空间位阻作用，防止二氧化钛颗粒团聚，另一方面聚合物微球表面的亲水性单元，使其实现水相快速分散。本专利方法是一种获得在水或水性涂料中高分散二氧化钛的新途径。

发明内容

本发明目的在于提供一种水相速溶二氧化钛材料，其将二氧化钛表面通过化学键接枝少量聚合物微球或被聚合物微球层包裹，从而实现在水相的快速分散，无需剧烈搅拌，不使用分散剂、润湿剂，即可形成均匀浆料，大大简化了水性涂料制备工艺，并可提高水性涂料的性能。

本发明还提供了上述水相速溶二氧化钛材料的制备方法和在生产水性涂料方面的应用方法。