[发明专利]一种高硅含量的硅溶胶/聚丙烯酸酯乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯酸酯复合高分子乳液，特别是涉及一种高硅含量的硅溶胶/聚丙烯酸酯乳液及其制备方法。

技术背景

近年来，在乳液聚合理论和技术发展的基础上，出现了复合高分子乳液，特别是有机无机复合乳液引起了人们的广泛关注。

自20世纪80年代Okubo提出“粒子设计”的概念之后，采用种子乳液聚合法，制备出了具有异相(核-壳)结构乳胶粒子的新型聚合物乳液。由于核壳结构乳胶粒子的核、壳层之间可能存在接枝、互穿网络或离子键合，在相同原料组成的情况下，具有这种结构的乳胶粒子不仅可以显著提高聚合物的耐磨、耐水、耐候、耐污、防辐射性能及抗张强度、耐冲击性和粘结强度，改善透明性，而且还可以显著降低成膜温度，改善加工性能。根据聚合物乳液的核壳结构理论模型，采用种子乳液聚合工艺，在聚合过程中引入无机纳米材料，形成了以无机纳米材料为核、高分子材料为壳的复合乳液，这种核壳型复合乳液既克服了将纳米材料直接引入涂料体系时易团聚、与有机物相容性差等缺点，又保持了传统聚合物乳液成膜好、涂膜透明性和柔韧性优良的优点，在制备高性能和特殊功能涂料方面有着广泛的应用前景。

中国发明专利申请CN 102649835 A公开了一种以硅烷偶联剂表面处理的纳米SiO₂为种子，采用适当的乳液聚合工艺制备纳米SiO₂-聚丙烯酸酯复合乳液的方法。该方法既克服了纳米材料易团聚、与有机物相容性差等缺点，又保持了传统聚合物乳液成膜好、涂膜透明性和柔韧性优良的优点。

中国发明专利申请CN 102140217 A公开了一种在核壳结构聚丙烯酸酯外壳制备的过程中加入经过改性的硅溶胶来制备聚丙烯酸酯/硅溶胶复合材料的方法。该方法用硅烷偶联剂对硅溶胶进行改性，制备的乳液具有核壳结构。

中国发明专利申请CN 1036269ll A公开了一种以含氟硅烷偶联剂改性硅溶胶制备疏水性有机无机高硅含量丙烯酸酯聚合物乳液的方法，该方法制备的乳液纳米二氧化硅分散均匀，涂膜具有和好的硬度和疏水性。

上述现有技术都是首先利用硅烷偶联剂对SiO₂进行化学改性，然后再在此基础上制备有机无机杂化的SiO₂/聚丙烯酸酯乳液。在硅烷偶联剂对SiO₂进行化学改性的过程中，易引起SiO₂的团聚，导致难以控制有机无机杂化乳液的粒径，从而影响乳液涂膜的成膜性、硬度、耐化学品性等综合性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种SiO₂与聚合物相容性好、乳液粒径小、涂膜硬度高且成膜性、耐水性、耐候性等性能优良的高硅含量的硅溶胶/聚丙烯酸酯乳液及其制备方法。

本发明采用原位乳液聚合法，以硅溶胶(纳米SiO₂粒子的溶胶)为原料，以水溶性大分子对其物理改性，在此基础上制备出乳胶粒为60～100nm的高硅含量的硅溶胶/聚丙烯酸酯纳米复合乳液。该乳液既克服了纳米材料易团聚、与有机物相容性差等缺点，又保持了传统聚合物乳液成膜好、涂膜透明性和柔韧性优良的优点，还具有突出的耐水性、耐候性等性能。

本发明同时提供了制备上述乳液的方法，具体通过如下技术方案实现：

一种高硅含量的硅溶胶/聚丙烯酸酯乳液的制备方法，包括如下步骤：

1)取占去离子水总质量10～30％的去离子水，将水溶性大分子溶解到离子水中制成水溶性大分子水溶液，将水溶性大分子水溶液与硅溶胶混合，搅拌均匀，得水溶性大分子改性硅溶胶；

2)将水溶性大分子改性硅溶胶作为釜液，并加入占乳化剂总质量1～40％的乳化剂和占去离子水总质量1～50％的去离子水，全部的pH缓冲剂，搅拌，混合均匀；

3)分别称取配方含羟基丙烯酸酯单体、丙烯酸或甲基丙烯酸单体、丙烯酸酯类单体或甲基丙烯酸酯类单体，取占总单体质量10～45％的单体混合作为核单体，将剩余的单体混合作为壳单体；

取剩余的乳化剂与占去离子水总量25～70％的去离子水混合，充分溶解，得乳化剂溶液，取出10～30％质量的乳化剂溶液用于乳化核单体，剩余的用于乳化壳单体；

在用于乳化核单体的乳化剂溶液中加入核单体，制得核单体预乳化液；在用于乳化壳单体的乳化剂溶液中加入壳单体，制得壳单体预乳化液；用剩余的去离子水溶解引发剂，制成引发剂水溶液；