[发明专利]高涂膜硬度与耐性的聚丙烯酸酯/纳米SiO2杂化乳液及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯酸酯杂化乳液，特别是涉及一种高涂膜硬度与耐性的聚丙烯酸 酯/纳米SiO₂杂化乳液及其制备方法，该杂化乳液用于水性木器涂料。

背景技术

聚丙烯酸酯具有优异的透明性、保色性、耐候性、耐腐蚀性等性能也好，以其作为成 膜物质制备水性涂料具有良好的耐候、耐污染、耐酸碱性等优点，广泛应用于建筑、木器 和金属等的涂装。与溶剂型聚丙烯酸酯涂料相比，水性丙烯酸涂料在硬度、耐刮伤和耐化 学介质等方面存在严重不足，需要对其进行改性以提高性能，扩大应用领域。改性包括使 用内交联改性易引起乳液聚合稳定性下降，还会降低乳液的成膜性；引入外交联体系(或 室温自交联体系)，存在提高成本、交联剂有毒、贮存不稳定或双组份施工不便等缺陷。 采用有机/无机杂化改性技术，能克服上述缺点。在水性涂料中添加的纳米粒子可提高涂膜 硬度和耐刮伤性能。目前有机/无机纳米杂合乳液的制备普遍存在的问题有：无机组分在杂 化体系中含量偏低，而且易团聚导致贮存稳定性不好，有机组分与无机组分的相容性不好 导致涂膜性能不好，生产成本较高，工业化困难等。

中国发明专利申请CN102030873A报道了一种纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯复合乳液的制 备方法，将盐酸溶液和乳化剂加入到去离子水中,并与正硅酸乙酯、硅烷偶联剂和丙烯酸酯 单体混合预乳化，得到改性纳米二氧化硅预乳化液；然后升温并加入引发剂,采用原位乳液 聚合与种子乳液聚合相结合的方法制得纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯复合乳液。该方法可避免 传统纳米二氧化硅在乳液聚合过程中所发生的“二次团聚”问题，有效保证了杂合乳液的 聚合稳定性和贮存稳定性，但其涂膜的耐水性和耐化学品性方面仍存在不足。提高无机硅 在杂合体系中的含量，制备稳定性好和涂膜高硬度与优异的耐化学品性的杂合乳液，还没 有较好的方法。

发明内容

本发明针对当前聚丙烯酸酯/纳米SiO₂杂合材料中存在的问题，提供了一种无机组分在 杂化体系中含量高，改善了纳米粒子在杂化乳液和涂膜中的分散性及增强有机和无机两相 间相容性的丙烯酸聚合物/纳米SiO₂杂合材料及其制备方法。

本发明另一目的在于提供高涂膜硬度与耐性的聚丙烯酸酯/纳米SiO₂杂化乳液在配制水 性木器涂料中的应用，所得涂膜外观美好，光泽高和机械性能优异，纳米材料作为增强剂 提高涂膜硬度、强度和聚合物的热稳定性。

本发明目的通过如下技术方案实现：

高涂膜硬度与耐性的聚丙烯酸酯/纳米SiO₂杂化乳液的制备方法，包括如下步骤：

(1)乙烯基硅氧烷改性聚丙烯酸酯乳液的制备：

将乙烯基硅氧烷和丙烯酸酯单体混合均匀制备丙烯酸酯单体混合物；再将乳化剂、 NaHCO₃和去离子水混合加入到反应釜中，升温至70‐85℃，然后加入引发剂的10-30％，保 温10-30min后开始滴加丙烯酸酯单体混合物的5-15％，制备种子乳液，待种子乳液体系呈 蓝相后稳定10‐30min，继续滴加剩余的单体混合物与引发剂的水溶液，滴加完毕，升温至 82‐85℃保温1h后，降温过滤出料；

所述丙烯酸酯单体由丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯以及烷基丙烯酸组成；

所述乳化剂由阴离子乳化剂和非离子乳化剂组成；

以质量百分比计，该步骤原料组成为：阴离子乳化剂0.1‐1.0％，非离子乳化剂0.5‐2.0％， NaHCO₃0.1‐0.3％,引发剂0.1‐0.5％；丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯30‐55％；羧基丙烯酸 酯单体0.3‐1.5％，乙烯基硅氧烷0.1‐7％；其余为去离子水；

所述引发剂为过硫酸钾和过硫酸铵的一种或两种混合物；

所述阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯二苯醚二磺酸钠(DowFax 2A‐1)、2‐丙烯酰胺基‐2‐甲基丙磺酸钠(COPS‐2)和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵(KL‐525)中 的一种或多种；

所述非离子乳化剂为壬基酚聚乙氧基醚(OP‐10)、异构醇聚氧乙烯醚(EH‐9)、可聚合 乳化剂ADEKA公司的REASOAP系列非离子(ER)一种或多种；