[发明专利]一种自交联硅丙聚合物乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机化合物技术领域，具体为一种建筑外墙用自交联硅丙聚合物乳液及其制备方法。

背景技术

随着建筑物向高层化、大型化方向发展，对高层建筑物涂料的耐候性、耐沾污性、耐洗刷等性能提出了更高的要求，一般要求建筑物外墙涂料的涂装周期至少在15年以上。丙烯酸树脂通常具有良好的耐候性、保光性以及良好的成膜性，但线性分子上缺少交联点，难以形成三维网状交联涂膜，导致其耐高温性差、高温容易回粘，低温涂膜容易发脆、缺乏弹性。而且，丙烯酸树脂涂料的一般使用寿命只有5-10年，不能达到外墙建筑物涂料的使用要求。为了克服丙烯酸树脂涂料的缺点，国内外采用有机硅对丙烯酸树脂进行改性来提高其耐水、耐沾污等性能。由于硅氧键能（460kJ/mol）高于碳氧键能（351 kJ/mol）和碳碳键能（347 kJ/mol），决定了有机硅改性的丙烯酸树脂涂料具有优良的耐温性、耐候性，同时有机硅因具有极低的表面能，有机硅改性的丙烯酸涂膜因而具有优良的耐沾污性、耐水性。因此，高性能的硅丙聚合物乳液已成为涂料行业关注的焦点。

有机硅改性丙烯酸树脂，一般有物理共混和化学共聚两种方法。物理共混即将有机硅氧烷与丙烯酸酯乳液以一定比例混合均匀，该法工艺简单但对涂膜性能的提高有限，且存在相分离等缺点。化学共聚是目前采用最多的方法，有机硅单体引入丙烯酸酯聚合物主要采用的方式是将带活性基团的不饱和硅烷单体与丙烯酸酯类单体共聚，使丙烯酸酯聚合物分子链上接枝有机硅氧烷分子链，涂膜固化过程中活性基团（如烷氧基）水解形成的Si-OH发生分子间缩合形成Si-O-Si键，或与羟基丙烯酸酯单体（如丙烯酸-2-羟基乙酯）-OH发生缩合交联形成三维网状结构。这种共聚结构有利于硅氧烷侧链基团在膜表面定向排列，提高共聚有机硅改性丙烯酸乳液涂膜的疏水性，改善涂膜耐沾污性。但制备有机硅改性丙烯酸乳液时，由于有机硅氧烷单体在水相中会发生水解自聚，特别是有机硅单体含量较大时，这种水解自聚不仅会降低聚合物乳液的反应稳定性，严重时甚至产生凝胶使反应无法进行，导致乳液有机硅组份含量较低，而且会产生相分离影响涂膜综合性能。而且，一般引入有机硅氧烷单体共聚制备有机硅改性丙烯酸乳液时，部分有机硅单体在乳胶粒子内部聚合，一方面不利于成膜时硅氧烷发生水解和交联，另一方面交联形成的Si-O-Si不能迁移到涂膜表面，不能有效发挥Si-O-Si链段的作用。最后，有机硅改性丙烯酸乳液聚合过程中一般采用低分子量乳化剂，在成膜过程中容易迁移到涂膜表面，影响涂膜耐水等性能。因此，如何有效抑制有机硅单体自聚，提高乳液聚合稳定性和硅含量，如何优化聚合工艺使交联形成的Si-O-Si尽可能迁移到涂膜表面，充分发挥Si-O-Si链段作用以提高产品性价比，是高档外墙涂料研究的热点。

中国专利CN200910068807公开了一种建筑外墙用核壳结构高硅硅丙乳液的制备方法，该方法先制备有机硅低聚物，然后进行核壳乳液聚合制备具有核壳结构的硅丙乳液。为提高涂膜性能，虽然设计了具有核壳结构的粒子，但不能消除核壳结构组成成份之间的差异，容易导致核壳部分的相分离，严重时甚至出现核壳脱落现象，严重影响涂膜的疏水、耐沾污等性能。另外，该法在粒子的核壳部分都引入了有机硅氧烷，乳液的硅含量得到了很大提高。但乳液成膜固化时，粒子核部分的硅氧链段不能迁移到涂膜表面，导致这部分硅氧链段不能有效发挥其疏水、耐沾污等作用。

发明内容

为解决硅丙聚合物乳液稳定性差以及硅含量低导致涂膜耐水性、耐沾污性差等问题，本发明提供一种自交联硅丙聚合物乳液，乳液具有良好的反应和储存稳定性，组成胶粒的硅含量及其官能团分布从胶粒半径60~80%处至表面渐进增加，充分发挥有机硅链段作用，提高产品性价比。

本发明的另一目的是提供一种自交联硅丙聚合物乳液的制备方法，本发明的制备方法简单。

本发明同时提供自交联硅丙聚合物乳液在建筑外墙上的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种自交联硅丙聚合物乳液，所述的自交联硅丙聚合物乳液是由以下组份制成，各组份的质量百分比为：

甲基丙烯酸烷基酯                   10.0~30.0%，

丙烯酸烷基酯                       15.0~30.0%，

有机硅氧烷                         5~15%，

羟基烷基酯                         0.5~2.5%，