[发明专利]负载纳米二氧化硅的蜡水性分散体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于精细化工聚合物材料技术领域，涉及水性涂料、油墨功能助剂范畴，具体是一种负载纳米二氧化硅的聚乙烯蜡水性分散体及其制备方法和用途。

背景技术

在传统水性涂料、油墨中，填加超细二氧化硅作为消光剂。蜡粉也被用作消光剂、抗摩擦和耐沾污助剂。蜡改性二氧化硅也被采用。

蜡粉通常通过表面活性剂引入水性体系。

纳米粉体在涂料和油墨当中的应用，主要在于能否在体系中均匀分散；纳米粉体很容易在制备保存及应用过程中发生聚集，常常发生颗粒自身的相互团聚而影响效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种无表面活性剂的纳米二氧化硅/蜡微粉复合水性分散体及其制备方法和用途。

本发明中，蜡粉占主要份额。纳米二氧化硅作为涂料助剂，需要解决的是它在涂料体系中的分散问题。

本发明的主要技术方案：负载纳米二氧化硅的蜡水性分散体，其特征是纳米级的二氧化硅粒子通过硅烷偶联剂负载在微米级的蜡颗粒上形成的有机无机复合水性分散体，分散体中总固含量20-35%；分散体固体颗粒粒径Dv50不大于2μ。

所述微米级蜡包括聚乙烯蜡，或氧化聚乙烯蜡，或聚乙烯蜡与其他功能单体的共聚物，或聚乙烯蜡与其他天然或合成蜡的共混物。

所述天然或合成蜡，选自蒙旦蜡，聚丙烯蜡，聚酰胺蜡，聚四氟乙烯蜡。

所述微米级蜡粒径分布Dv50在5μ以下，优选3μ以下，Dv99在12μ以下，优选8μ以下。聚乙烯蜡酸值应在10-30mgKOH/g之间，针入度应在3mm以下，密度在0.95g/cm³以上。

所述纳米二氧化硅可以是以硅溶胶形式制备的，该硅溶胶是用正硅酸乙酯在无水乙醇、去离子水和氨水中水解得到，呈淡蓝色，粒径40-50nm，以水分散体形式存在，其中纳米SiO₂的固含量在3-5%之间。

所述纳米二氧化硅也可以采用商品纳米二氧化硅，粒径范围在30-50nm，该纳米二氧化硅粉体通过超声波振荡分散于含硅烷偶联剂的无水乙醇、去离子水和氨水的混合液中，其中纳米SiO₂的总固含量在3-5%之间。

所述纳米二氧化硅还可以是其与其他有机无机纳米材料的复合粉体，该材料应与纳米二氧化硅有功能叠加作用，如二氧化硅是与纳米三氧化二铝或纳米碳化硅的复合粉体。

本发明负载纳米二氧化硅的蜡水性分散体的制备方法，其特征是按以下的工艺流程制备的：

（1）    制备纳米二氧化硅在无水乙醇，去离子水和氨水中的分散液；其浓度应保证纳米二氧化硅固含量不低于3-5%。

（2）将聚乙烯蜡微粉用无水乙醇和去离子水湿润分散之后，在搅拌和超声振动条件下加入纳米二氧化硅的分散液，并充分分散；蜡和纳米SiO₂的比例按固含量计在10：1-8：1之间，含蜡和纳米SiO₂的分散体总固含量20-35%。

（3）在硅烷偶联剂存在下，通过循环研磨设备，在促进剂的作用下，保持研磨时间不低于2h，使纳米级的二氧化硅粒子包覆在微米级聚乙烯蜡粒子表面，形成核壳结构，成品呈光亮浓浆状，有触变性。

所述硅烷偶联剂是采用能与二氧化硅表面羟基结合并兼顾与聚乙烯蜡交联的乙烯基三乙氧基硅烷、或乙烯基三甲氧基硅烷，硅烷偶联剂用量为分散体总固含量的0.5-3%。

所述促进剂为二丁基二月桂酸锡。

本发明一种典型的制备方法是：

(1) 硅溶胶制备

a}采用正硅酸乙酯水解法：在常温下将无水乙醇、去离子水和氨水在容器内混合均匀，在温和搅拌下滴加正硅酸乙酯（TEOS）水解得淡蓝色纳米粒径硅溶胶，陈化不低于2h；硅溶胶纳米二氧化硅浓缩至含量按重量比在3-5%范围内。

或b)采用成品纳米二氧化硅法：成品纳米二氧化硅粒径在30-50nm范围。在超声震荡和轻度搅拌条件下，将纳米二氧化硅粉体徐徐加入上述无水乙醇，去离子水和氨水的混合液中、超声频率20KHz，时间不短于100min，得纳米二氧化硅的水性分散液。浓度浓缩至3-5%范围。

（2）聚乙烯蜡微粉制备

将聚乙烯蜡或氧化聚乙烯蜡精细研磨并分级获得粒径Dv50=5μ以下Dv99=10μ以下之超细微粉。氧化聚乙烯蜡含能与纳米二氧化硅结合之羟基，羧基等活性集团能与纳米SiO₂的羟基结合。

（3）预分散体制备