[发明专利]纳米SiO2/聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液及其细乳液聚合的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米SiO₂/聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液及其细乳液聚合的制备方法。

背景技术

SiO₂/丙烯酸酯/聚氨酯复合的研究进展

纳米科技是在20世纪80年代末、90年代初逐步发展起来的。它属于前沿、交叉性新兴学科领域，它的迅猛发展在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。纳米二氧化硅(SiO₂)具有独特的三维网状结构。由于颗粒尺寸小，表面羟基含量高，所以其具有很高的反应活性。这一特性使其可以与聚合物的分子键键合或者接枝，也可渗透到高分子链以及大颗粒材料之间的缝隙中，形成独特的三维硅石网络结构，从而能提高材料的强度和表面粗糙度。近年来，利用硬度高、热稳定性好的无机材料纳米SiO₂，改善聚丙烯酸酯乳液性能研究一直受到高度关注^[11]。近年研发的丙烯酸树脂/纳米SiO₂复合材料不但保持了有机高分子乳液成膜性好、涂膜透明性高和优良的柔韧性，而且具有无机物的不燃性、耐摩擦性、耐溶剂性、耐候性、硬度高、耐热性和很强的紫外线屏蔽作用等优点，是将有机、无机、纳米三方面的特性结合起来，具有特殊的机械、粘接、光学、电子、光化学、催化和磁性能^[12]。许多研究者看到了这种复合的可行性，进行了一系列的不同方法的研究。Guyot^[13]等通过对纳米二氧化硅改性制备了包覆有纳米二氧化硅例子的聚丙烯酸酯乳液并研究了其成膜后涂膜的力学性能；Tiarks^[14]等利用微乳液聚合法制备了具有“刺猬”结构的纳米二氧化硅/聚合物复合粒子；Luna-Xavier^[15]等利用正离子引发剂通过乳液聚合制备了纳米二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯复合乳液；金利民等利用多种方法制备了聚丙烯酸酯/纳米二氧化硅复合乳液，并表征了复合乳胶粒子的大小、形态等性能。由于纳米二氧化硅与聚丙烯酸酯的物理化学性质差别较大，两者之间缺乏足够的亲和性，如何提高两者的界面结合力并控制复合乳胶粒子的形态是当前研究的重点。与此同时，由于聚氨酯的耐极性溶剂和耐热性较差，因而很大程度上限制了它进一步的应用。纳米SiO₂特有的表面效应、量子尺寸效应和体积效应等，使纳米SiO₂复合材料表现出传统聚氨酯树脂不具有的优异性能，因而有着广阔的应用前景。赵海萍等^[16]采用预聚体分散法得到一系列丙烯酸酯-聚氨酯-纳米SiO₂复合乳液。讨论了SiO₂改性方法对纳米复合材料胶膜性能的影响。周树学等^[17]以TEOS作为前驱体，分别通过碱和酸催化，并用不同硅烷偶联剂表面改性，制备不同表面特性的SiO₂粒子，将其与高固体分丙烯酸树脂混合，再与六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体固化制得结构和形态各异的丙烯酸酯/聚氨酯/SiO₂纳米复合涂料。研究表明：丙烯酸酯聚氨酯涂层中引入纳米SiO₂相后，耐刮伤性明显提高，网络状纳米SiO2质量分数越大，耐刮伤性越佳。

聚合方法的选择