本发明专利技术公开了一种ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：分散ATO，采用硅烷偶联剂对ATO进行表面改性制得ATO/SiO2复合物悬液，对其除去乙醇后加入丙烯酸酯类聚合单体，可聚合乳化剂、辅助乳化剂、分散剂，乳化，形成ATO/SiO2复合物乳化液；最后将乳化液与引发剂反应，制得ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球。本发明专利技术制得的纳米ATO/SiO2/WPA复合微球作为透明隔热功能填料，在玻璃门窗的透明隔热方面的应用具有广阔的应用前景和巨大的节能意义，将能够从根本上解决目前通过简单共混制备纳米透明隔热复合乳液的纳米ATO表面活性低改性难、分散稳定性差、与有机相存在相分离等问题。并且，本发明专利技术方法工艺简单、流程短、适用于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米复合新材料领域，具体涉及一种ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球的制备方法。
技术介绍
玻璃门窗是室外热源进入室内的主要通道，因而对门窗进行热源阻断具有重要的节能意义。纳米锑掺杂氧化锡(ATO)具有阻隔红外线，又能选择性透过可见光的特性，在玻璃门窗的透明隔热性能具有广阔的应用前景和巨大的节能意义。然而，由于纳米ATO具有密度重(约4.0-7.6g/cm3)、乳液分散稳定性差、与有机相存在相分离以及纳米ATO表面活性低接枝改性困难等特点，这些不足导致纳米ATO材料在透明隔热建筑节能涂料中的应用受到严重的限制，因此改善纳米ATO在水性涂料中的分散性就显得至关重要。公开号为CN105273610A的中国专利申请公开了一种纳米二氧化硅改性氧化锡锑水性纳米透明隔热涂料的制备方法，该方法通过将锑掺杂氧化锡纳米粉体和纳米二氧化硅液体共混，然后与聚氨酯丙烯酸酯预聚体、异佛尔酮等进行聚合制备纳米透明隔热涂料，其中能够起到阻隔红外线作用的关键材料为ATO，该专利技术为改变ATO与树脂的相容性，也采取了相应的表面处理。但是纳米二氧化硅与纳米氧化锡锑只是简单共混，然后加入改性剂表面处理，制得的改性纳米粉末，在涂料树脂体系中共存纳米ATO与纳米二氧化硅之间的主要的作用力是范德华力，作用力微弱。并且，在该专利技术中还需要预先使用聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、二羟甲基丙酸、一缩二乙二醇制备聚氨酯丙烯酸酯预聚体混合液，再将聚氨酯丙烯酸酯预聚体混合液水浴加热反应，待反应后，按比例将丙烯酸羟丙酯缓慢滴加至聚氨酯丙烯酸酯预聚体混合液中，反应过程中需要控制滴加速度，待滴加完成后，通过丙酮调节溶液粘度，调节其pH，制备得聚氨酯丙烯酸酯预聚体其制备成聚氨酯丙烯酸酯预聚体，最后再将改性纳米粉末和上述制得的聚氨酯丙烯酸酯预聚体、二苯基乙酮、聚丙烯酸钠、聚醚硅油和异佛尔酮搅拌复合制得隔热涂料。对于涂料的生产来说，这个生产工艺流程较长、工艺繁琐复杂，不利于透明隔热涂料的产业化。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、流程短、适用于工业化生产的ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯(ATO/SiO2/WPA)复合物微球的制备方法。并且，该方法通过对纳米ATO(纳米锑掺杂氧化锡)表明进行改性包覆上SiO2并引入可聚合的不饱和双键，然后通过乳液聚合法制备ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯(ATO/SiO2/WPA)复合物微球，还能够克服目前纳米ATO应用中易团聚、难分散与有机相易相分离等缺陷。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球的制备方法，包括以下步骤：(1)将纳米ATO粉体分散于乙醇水溶液中，调节溶液的pH至8-10，控制溶液中ATO质量浓度为8-20％，然后剪切搅拌分散，得到ATO分散液；(2)将步骤(1)制得的ATO分散液采用硅烷偶联剂对ATO进行表面改性，硅烷偶联剂用量为ATO质量的5-10％，ATO分散液和硅烷偶联剂混合后在60-90℃回流60-240分钟，制备得到带有不饱和双键的ATO/SiO2复合物悬液；(3)将步骤(2)制得的ATO/SiO2复合物悬液，在70-90℃蒸馏除去溶液中的乙醇，按照丙烯酸酯类聚合单体与ATO/SiO2复合物悬液中的ATO/SiO2复合物的质量比为1-4:1，加入丙烯酸酯类聚合单体，再加入可聚合乳化剂DNS86、辅助乳化剂与分散剂，乳化，形成ATO/SiO2复合物乳化液；然后，将ATO/SiO2复合物乳化液与引发剂反应，其中引发剂以溶液形式滴加，引发剂溶液、ATO/SiO2复合物乳化液分别单独滴加到反应容器中，滴加时间控制在60-120分钟，二者同时滴加，滴加完后继续保温40-60min，整个反应在惰性气体保护下进行，反应温度为55-85℃；结束反应即可制得ATO/SiO2/WPA复合物微球，即所述ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球。在本专利技术所述的制备方法中，步骤(1)所述乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为(1-9):1。在本专利技术所述的制备方法中，步骤(1)优选用质量浓度5-10％的氨水溶液调节溶液的pH至8-10。在本专利技术所述的制备方法中，步骤(1)所述剪切搅拌分散条件优选为：剪切搅拌速度5000-8000转/min，分散5-20分钟。在本专利技术所述的制备方法中，步骤(2)所述硅烷偶联剂包括但不限于以下的1至3种：3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPS)。在本专利技术所述的制备方法中，步骤(3)所述丙烯酸酯类聚合单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟乙酯等的至少两种。在本专利技术所述的制备方法中，步骤(3)所述可聚合乳化剂DNS86用量为被乳化物质量(指丙烯酸酯类聚合单体与ATO/SiO2复合物悬液中的ATO/SiO2复合物总质量)的0.2-1.5％。所述可聚合乳化剂DNS86结构式如下：在本专利技术所述的制备方法中，步骤(3)所述辅助乳化剂优选为乙基苯基聚乙二醇-10(NP-10)、乙基苯基聚乙二醇-40(NP-40)、烷基酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)和烷基酚聚氧乙烯醚-20(OP-20)中的至少一种，辅助乳化剂用量为被乳化物质量(指丙烯酸酯类聚合单体与ATO/SiO2复合物悬液中的ATO/SiO2复合物总质量)的0.1-1％。在本专利技术所述的制备方法中，步骤(3)所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和改性木质素磺酸盐(市售)中的至少一种，分散剂用量为被乳化物质量(指丙烯酸酯类聚合单体与ATO/SiO2复合物悬液中的ATO/SiO2复合物总质量)的0.1-0.6％。在本专利技术所述的制备方法中，步骤(3)所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化苯甲酰和偶氮二异丁腈中的至少一种，引发剂用量为被乳化物质量(指丙烯酸酯类聚合单体与ATO/SiO2复合物悬液中的ATO/SiO2复合物总质量)的0.1-0.3％。在本专利技术所述的制备方法中，步骤(3)所述惰性气体流量为20-50mL/min，惰性气体优选为氮气。上述制得的ATO/SiO2/WPA复合物微球，可作为一种功能填料，加入常用的涂料树脂复配，例如水性聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酯树脂、有机硅树脂、酚醛树脂、氨基树脂、醇酸树脂等，按照涂料企业现有生产工业配方制成透明隔热涂料。例如，一个典型的以聚氨酯树脂为基底树脂的透明隔热涂料配方：水性聚氨酯树脂86-92wt％、有机硅油1-4wt％、增稠剂0.02-0.2wt％、流平剂0.05-0.3wt％、消泡剂0.05-0.3wt％、助溶剂1-4wt％、ATO/SiO2/WPA复合物微球1-6wt％。本专利技术的机理是：本专利技术通过硅烷偶联剂水解在纳米ATO表面发生键合作用，在ATO表面形成二氧化硅包覆层，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纳米ATO粉体分散于乙醇水溶液中，调节溶液的pH至8‑10，控制溶液中ATO质量浓度为8‑20％，然后剪切搅拌分散，得到ATO分散液；(2)将步骤(1)制得的ATO分散液和硅烷偶联剂混合后在60‑90℃回流60‑240分钟，硅烷偶联剂用量为ATO质量的5‑10％，制得ATO/SiO2复合物悬液；(3)将步骤(2)制得的ATO/SiO2复合物悬液在70‑90℃蒸馏除去溶液中的乙醇，按照丙烯酸酯类聚合单体与ATO/SiO2复合物悬液中的ATO/SiO2复合物的质量比为1‑4:1的比例，加入丙烯酸酯类聚合单体，接着加入可聚合乳化剂DNS86、辅助乳化剂与分散剂，乳化，形成ATO/SiO2复合物乳化液；然后将ATO/SiO2复合物乳化液与引发剂反应，其中引发剂以溶液形式滴加，引发剂溶液、ATO/SiO2复合物乳化液分别单独滴加，滴加时间控制在60‑120分钟，二者同时滴加，滴加完后继续保温40‑60min，整个反应在惰性气体保护下进行，反应温度为55‑85℃；结束反应，制得所述ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球。...
【技术特征摘要】
1.一种ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纳米ATO粉体分散于乙醇水溶液中，调节溶液的pH至8-10，控制溶液中ATO质量浓度为8-20％，然后剪切搅拌分散，得到ATO分散液；(2)将步骤(1)制得的ATO分散液和硅烷偶联剂混合后在60-90℃回流60-240分钟，硅烷偶联剂用量为ATO质量的5-10％，制得ATO/SiO2复合物悬液；(3)将步骤(2)制得的ATO/SiO2复合物悬液在70-90℃蒸馏除去溶液中的乙醇，按照丙烯酸酯类聚合单体与ATO/SiO2复合物悬液中的ATO/SiO2复合物的质量比为1-4:1的比例，加入丙烯酸酯类聚合单体，接着加入可聚合乳化剂DNS86、辅助乳化剂与分散剂，乳化，形成ATO/SiO2复合物乳化液；然后将ATO/SiO2复合物乳化液与引发剂反应，其中引发剂以溶液形式滴加，引发剂溶液、ATO/SiO2复合物乳化液分别单独滴加，滴加时间控制在60-120分钟，二者同时滴加，滴加完后继续保温40-60min，整个反应在惰性气体保护下进行，反应温度为55-85℃；结束反应，制得所述ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球。2.根据权利要求1所述的一种ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为(1-9):1。3.根据权利要求1所述的一种ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述剪切搅拌分散条件为：剪切搅拌速度5000-8000转/min，分散5-20分钟。4.根据权利要求1所述的一种ATO/SiO2/水性聚丙烯酸酯复合物微球的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硅烷偶联剂包括但不限于以下的1至3种：3-氨丙基三乙氧基硅烷...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚圣，廖海艳，周新华，
申请(专利权)人：仲恺农业工程学院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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