[发明专利]原位纳米复合硅丙乳液的制备方法

说明书

                          技术领域

本发明涉及用于生产水基涂料的原位纳米复合硅丙乳液的制备方法。

                          背景技术

以(甲基)丙烯酸及其酯的共聚物为主要成膜物质的涂料通称丙烯酸涂料。丙烯酸系涂料具有膜丰满，机械强度高等优点，在涂料领域具有广泛的应用。然而，随着现代化高层建筑的兴起，对建筑涂料的耐候性、耐沾污性提出了越来越高的要求，丙烯酸涂料，如“纯丙”、“苯丙”涂料已满足不了这些要求。

在聚合物中，有机硅树脂的Si-O键能(450kJ/mol)远大于C-C键能(345kJ/mol)和C-O键能(351kJ/mol)，具有优良的耐高温性、耐紫外光性和红外辐射性，耐氧化降解性和耐化学品性。而且有机硅树脂表面能低，涂层不易积尘，具有抗粘污性。因而有机硅改性丙烯酸涂料(简称硅丙涂料)兼有有机硅树脂高耐候性、高抗水、高耐粘污、高防腐以及丙烯酸树脂的柔韧性、高附着性等优点，可满足高性能涂料的要求，而且成本适中。

制备有机硅改性丙烯酸胶乳涂料的一种方法是将有机硅乳液和丙烯酸乳液混拼(即物理改性)作成膜物质，其缺点是容易产生相分离，贮存期短，而且有机硅活性基团与丙烯酸聚合物以及基材间没有化学键相连，对耐候性和附着性改善不大。另外一种方法是将有机硅烷单体同丙烯酸单体进行共聚和接枝，在聚合物主链和侧链上引入一定量的有机硅官能团，在干燥成膜时，在聚合物分子之间、聚合物与基材之间形成牢固的网络立体交联结构，使涂膜具有优异的耐候性，抗粘污性，耐水性等性能。

随着人们环保意识的增强，多数国家对涂料中挥发性有机化合物(VOC)的排放限制越来越严格，人们采用不同的技术来减少涂料体系中VOC的排放量。在水乳液体系中，人们常采用芯/壳结构，乳液共混的技术手段以降低VOC含量。但仅仅采用这些技术，对VOC含量的减少是十分有限的。

纳米技术是近年来发展起来的一种新型技术，纳米技术应用于涂料可极大地改进涂料的性能。在水乳液体系中，若乳胶粒子的粒径控制在10-50nm之间，乳液的成膜性能、膜致密度、光洁度等性能将有很大的提高。这样，在配漆过程中可减少含VOC的各种助剂的使用。所以，乳液纳米化是降低乳胶涂料VOC含量的有效途径之一。但采用这种方法制备的纳米级乳液通常固含量低(＜10％，m/m)；乳化剂含量高(～10％，m/m)，大大限制了它的实际应用。为此，常采用纳米级乳液同常规乳液共混的方法，以提高固含量、降低乳化剂含量并通过共混复合以降低VOC含量。但这种简单的机械共混方法，存在体系不稳定、易分相，粒径的匹配等问题，不适宜作为高性能涂料。

                               发明内容

鉴于以上情况，本发明的目的是提供一种原位纳米复合硅丙乳液的制备方法，以获得具有优异防水性、耐水性、光泽保持性、耐候性、防污性，而且有优异的成膜性和低VOC含量和防霉杀菌等纳米效应的涂料。

本发明的原位纳米复合硅丙乳液的制备方法，是以室温成膜性能良好的纳米级纯丙乳液为芯；以有机硅单体和(甲基)丙烯酸单体混合物为壳，在水介质中进行自由基乳液共聚合形成芯/壳结构；在进行所述的乳液聚合中或者聚合后加入一种含有羟基或氨基或环氧基或醛基的功能性纳米乳液，然后或者加入有机锡催化剂，或者加入偶联剂进行偶合反应，使其粒子同芯/壳硅丙乳胶粒的壳层发生粘合、包埋、静电吸附、化学键合等作用，将功能性纳米乳胶粒固定并覆盖于芯/壳硅丙乳胶粒的表面，实现原位复合。

本发明方法具体包括以下步骤：以重量百分比计

1)将5-40％的丙烯酸系单体，以2-20％的阴离子表面活性剂为乳化剂，以0.2-4％的醇为助乳化剂，以0.2-0.8％的水溶性过硫酸盐为引发剂，在60-90℃条件下，进行自由基乳液共聚，制得纳米级纯丙乳液；

2)将0.5-5％的功能性单体，5-35％的丙烯酸系单体，以1-10％的阴离子表面活性剂和1-10％的非离子表面活性剂的复合物为乳化剂，以0.2-4％的醇为助乳化剂，以0.2-0.8％的水溶性过硫酸盐为引发剂，在60-90℃条件下，制得功能性纳米乳液；

3)以5-40％上述所得的纳米级纯丙乳液为芯，将3-20％的有机硅改性剂和20-40％的组成的单体体系，以0.8-2％的非离子表面活性剂和0.2-1％的阴离子表面活性剂的复合物为乳化剂，以0.6-2％的水溶性过硫酸盐为引发剂，在60-90℃的条件下进行自由基乳液共聚，制得芯/壳结构硅丙乳液；