[发明专利]纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合乳液领域，特别涉及反相微乳液法-原位乳液聚合法制备纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液的方法。

技术背景

由于纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液不仅兼具聚丙烯酸酯优良的成膜性、透明性、柔韧性、易加工性等和纳米二氧化钛突出的耐磨性、高硬度、抗刮伤性、抗紫外性等，而且以水为分散介质，有利于环境保护，因此成为近些年研究的热点之一。

纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法主要分为机械共混法和原位乳液聚合法两种。虽然机械共混法工艺简单，生产效率高，所需设备为常规设备，但是所制备的复合乳液的贮存稳定性差，易发生分层、沉降等不良现象。目前，随着乳液聚合技术的发展，纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法已由传统的物理共混法向原位乳液聚合法的方向发展。例如，例如，艾照全等人采用原位乳液聚合法，以十六烷基三甲基溴化铵、乙烯基磺酸钠等为反应型乳化剂，以苯乙烯和丙烯酸丁酯为反应单体，制备了纳米二氧化钛/丙烯酸酯复合乳液。与共混法相比，该复合乳液的贮存稳定性得到提高(艾照全，李吉莉，胡瑛.反应型乳化剂在聚丙烯酸酯与纳米二氧化钛复合乳液中的应用[J].粘接，2010，(2)：51-53)。但是通过这种方法制备纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液的工艺比较复杂，而且纳米二氧化钛为无机相，在分散和乳液聚合反应的过程中容易发生二次团聚，难以与作为有机相的聚丙烯酸酯形成良好的相容，从而影响乳液聚合的反应稳定性以及复合乳液的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服原位乳液聚合方法制备纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液所存在的工艺复杂、纳米二氧化钛易团聚等缺点，提供一种工艺简单且能有效避免纳米二氧化钛团聚的制备纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液的方法。

本发明是一种反相微乳液法-原位乳液聚合法制备纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液的方法。该方法是在丙烯酸酯单体、CTAB、AA和少量去离子水形成的反相微乳液中，钛酸丁酯和硅烷偶联剂经水解和缩合，直接得到有机化纳米二氧化钛体系，然后加入适量的去离子水，实现相转变，并经高速剪切和超声波分散后，将其加入去离子水和CTAB的混合液中，升温并加入引发剂，采用原位乳液聚合法制得纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法，包括以下步骤：

(1)以质量份数计，在室温下，将4-10份十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、6-14份丙烯酸(AA)和10-30份丙烯酸酯单体(Acr)混合均匀，再滴加去离子水至体系变为澄清；加入2-6份钛酸丁酯和1-4份硅烷偶联剂，控制加入速度为0.4-0.6g/min，然后在室温下搅拌6-24h，制得有机化纳米二氧化钛体系；所述的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)、乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)或乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)；所述的丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯和苯乙烯中的一种或多种；

(2)在有机化纳米二氧化钛体系中加入30-50份去离子水，搅拌分散后再超声分散；然后将其加入至装有30-50份去离子水和1-2份CTAB均匀混合液的反应器中，升温至65-75℃，以100-120rpm/min的速度搅拌20-40min，滴加含0.1-2份引发剂和5-15份去离子水的混合液，保温反应1-2h后，升温至80-90℃，继续保温反应0.5-3h，最后降至室温，即得纳米二氧化钛/聚丙烯酸酯复合乳液；所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

为进一步实现本发明目的，所述搅拌分散的转速优选为800-2500rpm/min，分散时间优选为10-60min。所述超声分散是指在超声波细胞破碎仪中超声分散5-30min。所述0.1-2份引发剂和5-15份去离子水的混合液优选在1-3h内滴加。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)通过反相微乳液法制备的纳米二氧化钛直接分散在可反应的丙烯酸酯单体中，实现相转变后，可以直接进行原位乳液聚合，简化了工艺，有效地避免了纳米二氧化钛在改性和应用过程中产生“二次团聚”现象。

(2)在反相微乳液法制备纳米二氧化钛的过程中，同时采用了硅烷偶联剂对其进行了改性，使其性质从无机向有机转变，改善了与丙烯酸酯单体及聚丙烯酸酯的相容性，保证了乳液聚合的反应稳定性和复合乳液的贮存稳定性。

附图说明