[发明专利]一种有机无机杂化高硅含量丙烯酸酯乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种丙烯酸酯乳液，尤其是一种高性能高硅含量丙烯酸酯乳液及其制备方法，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

随着人们对环保意识的日益提高，以水为介质的乳液聚合法受到更多重视，同时也极大地推动了乳液聚合技术的发展。乳液涂料替代溶剂型涂料的关键技术是涂膜硬度及耐候性等性能的挑战，这是普通乳液产品难以实现的目标。而有机无机复合高分子乳液可以防止无机粒子团聚，显著提高乳液的稳定性及材料的耐磨性、耐候性和粘结强度，并且可以显著降低成膜温度，改善材料的成型加工性能。特别有机无机复合乳液作为涂料使用时，有下述特点：最低成膜温度低(不含成膜助剂)，且形成的膜抗粘接性优良；对各种基材有良好的附着力；涂膜的耐水性，耐溶剂性，耐热及耐阻燃性较一般乳液均有很大提高；涂膜的力学性能优异。

与溶剂型涂料相比，丙烯酸酯类乳胶涂料成膜性差，仍须添加一定量的成膜助剂，有的还须添加增塑剂，使体系的耐水性降低，VOC很难下降；由于水溶性成膜助剂的存在，使漆膜的干燥性、初期抗粘性很差，不适合连续的工业化生产。聚合物乳胶粒的结构形态影响着胶膜的性能，为了获得可以和溶剂型涂膜相媲美的高致密度和光泽度的胶膜，需要对常规丙烯酸乳液合成工艺及方法进行改进，包括添加纳米粒子、功能单体的改进和聚合方法的改进。而通过加入无机纳米粒子能很有效地改进乳液的涂膜性能，这就大大促进了有机无机复合乳液的发展与应用。

纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯复合材料是一类具有广泛用途的有机无机杂化复合材料，将纳米二氧化硅颗粒以适当的方式均匀分散到丙烯酸酯树脂中，可克服丙烯酸酯树脂的硬度低，耐磨性差等缺点，提高拉伸强度和冲击强度以及耐热性能，达到改善原树脂材料性能的目的。将纳米粒子作为填料填充改性乳液，制备高性能复合材料，目前主要有4种方法：溶胶-凝胶法、原位分散聚合法、共混法和插层法。

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。且涂膜硬度不够，最大为2H。

公开号CN 102020817A的中国发明专利公开了一种纳米二氧化硅改性硅丙无皂乳液的制备方法。该方法用具有反应活性和表面活性剂性质的聚丙烯酸-b-聚丙烯酸丁酯(PAA-b-PBA)两亲性嵌段共聚物代替常规乳化剂及反应型乳化剂，首先使丙烯酸酯类单体、乙烯基硅油和含双键烷氧基硅烷进行无皂乳液聚合，然后加入正硅酸乙酯发生溶胶-凝胶反应，制得有机硅及纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂无皂乳液。该发明可完全消除小分子乳化剂对丙烯酸树脂乳液的不利影响，同时降低了采用反应型乳化剂制备无皂乳液的成本，将有机硅和纳米SiO₂的优良特性引入丙烯酸树脂，克服了丙烯酸树脂热粘冷脆、耐水性差、抗溶剂性差等缺点，提高其力学性能、附着力和耐磨性。但是所制得的硅丙乳液粒径比较大，固含量较低，使其使用受到限制。

纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯复合材料的发展才刚刚起步，大量的工作尚有待开展，但是它的突出优点已经明显表现出来。纳米技术的不断发展、复合材料的大量使用为传统工业注入活力，今后必将在多个科学技术领域有更大的发展。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术制得的硅丙乳液硅含量较低，对改善涂料的硬度、耐候性、耐水性等性能方面并不显著的不足，提供一种有机无机杂化高硅含量丙烯酸酯乳液，其SiO₂含量达20％以上，具有良好的外观，很好的储存稳定性和冻融稳定性，其涂膜透明度高，硬度有5H，附着力1级，具有优良的耐玷污性、耐候性和耐水性。

本发明另一目的是提供制备所述高性能有机无机杂化高硅含量丙烯酸酯乳液的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种有机无机杂化高硅含量丙烯酸酯乳液的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：