环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液及其制备方法技术

环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液，特征是该乳液是由下述方法得到：先合成有机硅预聚物，然后与正硅酸乙酯反应后，采用溶胶－凝胶技术合成出表面改性的二氧化硅纳米粒子；接着以采用种子乳液聚合工艺得到种子乳液为核，以上述表面包覆着有机硅预聚物的二氧化硅纳米粒子和由不饱和有机硅单体、硬单体、软单体，以及功能单体组成的混合物为壳，经过核壳互穿聚合物网络聚合反应，最后得到无机纳米粒子改性的硅丙乳液。其制备方法，包括以下步骤：（１）有机硅预聚物的合成；（２）二氧化硅纳米粒子的制备；（３）种子乳液的制备；（４）硅丙乳液的合成：得到本产品。本发明专利技术大大提高了成膜后的耐磨、耐碱、耐水、耐候、耐污等性能。

【技术实现步骤摘要】
环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液及其制备方法
本专利技术属于化学涂料领域，具体涉及一种环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液，及其这种乳液的制备方法。本专利技术的乳液主要用于高档建筑外墙涂料、水性木器涂料、防水涂料和金属合金板材装潢涂料以及水性胶粘剂等高性能环保型涂料的乳液。
技术介绍
目前外墙乳胶涂料主要成分之一的乳液(成膜物质)大多以苯丙乳液和纯丙乳液等为主。而这些乳液本身分子的热塑性所限，线形分子又缺少交联点，难以形成三维交联网状结构，因此，易高温发粘、粘尘，而低温时又缺乏弹性，涂膜发脆。所以要配制综合性能更优越的外墙涂料，关键还是需要研究和生产性能优越的成膜物质(树脂或乳液)。如水性氟碳树脂或乳液，硅丙乳液及改性纯丙乳液。而氟碳树脂由于价格昂贵，加之目前的合成技术不成熟，在应用过程中受到了很大的限制。而有机硅改性丙烯酸酯乳液则兼具有丙烯酸乳液和有机硅乳液的性能，改善了丙烯酸乳液“热粘冷脆”的不足。而由于目前的硅丙乳液的性能还存在诸如耐候性、耐污性、抗张强度较不理想的问题，故急需要综合性能优异，如交联型乳液的研究和产品的上市。当前公认的有机硅改性丙烯酸酯乳液的制备难点是在合成时出现凝胶现象和贮存稳定性欠佳等问题。这都是由于大分子链中的有机硅氧烷极易发生水解造成的。当前有机硅改性丙烯酸乳液主要有以下几种制备方式：(1)冷拼法；-->(2)加水分解硅氧烷和聚丙烯酸酯缩合接枝；(3)二甲基聚硅氧烷直接与含羟基聚丙烯酸酯缩合接枝；(4)含乙烯基团有机硅氧烷和丙烯酸酯类单体共聚合反应等技术路线制备。其中，前三种方法的缺点是容易产生两相分离，贮存期短。而且第(2)和第(3)种方法中，有机硅聚合物活性基团此前已全部接枝失活，与丙烯酸聚合物以及基材之间没有化学键相连，对耐候性及附着力改善不大。第(4)种方法制备的涂料，在干燥成膜时，硅氧烷水解、缩合，可在聚合物和基材之间形成互穿网络和通过硅氧交联键的结构形态，使得涂膜具有优异的耐候性、抗污性、耐水性和附着力。外墙涂料大面积使用的几年当中，工程质量出现了诸如开裂、玷污等质量问题，严重影响了外墙的美观。故弹性乳液需求的逐年上升。但是，目前弹性乳液存在耐污性差和抗张强度欠佳等不足。本专利技术利用有机硅表面张力小的特点，采用核壳聚合技术和互穿聚合物网络聚合技术相结合，合成出的硅丙弹性乳液，有效地解决的上述问题。另外，目前乳液存在玻璃化温度高时，成膜温度相应高的不足，这对我国不同地区外墙涂料的使用带来了施工的难度。在聚合技术方面，核壳乳液聚合和常规乳液聚合得到的乳液的最大差异在于：核壳乳液聚合得到的乳液抗回黏性好、最低成膜温度低、更好的成膜性、稳定性以及更优越的力学性能。核壳互穿聚合物网络聚合技术是近些年在种子乳液聚合基础之上发展起来的新技术。该聚合技术提出了“粒子设计”的新概念，即在不改变乳液单体组成的前提下改变乳液粒子结构，从而提高乳液性能。核壳之间的连接情况对粒子形态和乳液性质有很大的影响。-->目前，纳米改性涂料只是无机纳米粒子与常规涂料各组分的简单混合，涂料成膜后，纳米粒子状态如何以及其所发挥的作用的时效性等并未有可靠的依据证实。真正实现涂料的性能改善还需要原子级别的纳米粒子对高聚物的改性。纳米乳液的制备，如专利(公开号：1424353；公开号：1431234；公开号：1385447；公开号：1394888)报道，是先合成纳米尺寸的纯丙乳液，然后以纯丙乳液为核，以有机硅和丙烯酸酯为壳，制得了硅丙乳液。这样制备的乳液在分子结构中，只是在乳液成膜过程中，分子之间产生局部的交联或分子间作用力。这样的结果是纯丙乳液的耐老化性和耐污性及力学性能等并没有得到明显的改善。目前硅丙乳液在某些性能如冻融稳定性、钙离子稳定性、贮存稳定性等方面还存在不足之处。
技术实现思路
鉴于以上情况，本专利技术的任务是提供一种新的硅丙乳液，该乳液将在以往热塑性丙烯酸乳液和接枝硅丙乳液的基础上，引入交联组分和纳米粒子，采用活性乳化剂，通过核壳互穿聚合物网络聚合技术，使得乳胶粒核层和壳层之间产生一定的交联。这将大大提高聚合物成膜后的耐磨、耐碱、耐水、耐候、耐污、渗透性、耐溶剂性和抗张强度、粘接强度、化学稳定性、冻融稳定性等。由该系列乳液配制的外墙涂料，具有更优异的耐候性、耐污性、耐擦洗性以及机械强度等性能。完成上述专利技术任务的技术方案是：环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液，也可以称为：无机纳米粒子改性的有机硅改性丙烯酸酯乳液，以及该乳液的制备方法。分别说明如下：-->环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液(无机纳米粒子改性的有机硅改性丙烯酸酯乳液)，其特征在于，该乳液是由下述方法得到的：先合成有机硅预聚物，然后与正硅酸乙酯反应后，采用溶胶-凝胶技术合成出表面改性的二氧化硅纳米粒子；接着以采用种子乳液聚合工艺得到种子乳液为核，以上述表面包覆着有机硅预聚物的二氧化硅纳米粒子和由不饱和有机硅单体、硬单体、软单体，以及功能单体组成的混合物为壳，经过3-5小时的核壳互穿聚合物网络聚合反应，最后得到无机纳米粒子改性的硅丙乳液。更具体和更优化地说，该环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液(无机纳米粒子改性的有机硅改性丙烯酸酯乳液)是由下述方法得到的：(1)、有机硅预聚物的合成：异丙醇和氢氧化钾反应，再加入八甲基环四硅氧烷进行开环聚合反应，得到有机硅预聚物A，备用；(2)、二氧化硅纳米粒子的制备：在正硅酸乙酯中滴加去离子水及冰醋酸，升温反应，然后加入有机硅预聚物A，升温反应后得到表面包覆着有机硅预聚物的二氧化硅纳米粒子，称作有机硅预聚物B；(3)、种子乳液的制备：将去离子水、乳化剂、PH调节剂、引发剂乳化后，加入丙烯酸酯混合单体及有机硅预聚物B进行乳化，升温至70-75℃，体系迅速升温至80-85℃时降温至75℃左右，恒温30分钟，得到种子乳液；(4)、有机硅改性丙烯酸酯乳液的合成：将软单体、硬单体和功能单体及有机硅预聚物B在3-5小时滴入反应釜中，同时定时分批补加引发剂、乳化剂和PH调节剂，升温至80℃，加入溶有过氧化苯甲酰的丙烯酸丁酯，继续反应，最后体系温度升至90℃，恒温60-->分钟，降温，加入消泡剂、防冻剂、防霉杀菌剂、有机硅防水剂等助剂，在低于40℃条件下中和后，出料。本专利技术上述乳液的制备方法是，先合成有机硅预聚物，然后与正硅酸乙酯反应后，采用溶胶-凝胶技术合成出表面改性的二氧化硅纳米粒子。接着以采用种子乳液聚合工艺得到种子乳液为核，以上述表面包覆着有机硅预聚物的二氧化硅纳米粒子和由不饱和有机硅单体、硬单体、软单体，以及功能单体组成的单体混合物为壳，经过3-5小时的核壳互穿聚合物网络聚合反应(壳层单体分批滴入反应釜中)，最后得到无机纳米粒子改性的硅丙乳液。本专利技术方法具体包括以下步骤：(1)、有机硅预聚物的合成：异丙醇和氢氧化钾反应，再加入八甲基环四硅氧烷进行开环聚合反应，得到有机硅预聚物A，备用；(2)、二氧化硅纳米粒子的制备：在正硅酸乙酯中滴加去离子水及冰醋酸，升温反应，然后加入有机硅预聚物A，升温反应后得到表面包覆着有机硅预聚物的二氧化硅纳米粒子，称作有机硅预聚物B；(3)、种子乳液的制备：将去离子水、乳化剂、PH调节剂、引发剂乳化后，加入丙烯酸酯混合单体及有机硅预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液，其特征在于，该乳液是由下述方法得到的：先合成有机硅预聚物，然后与正硅酸乙酯反应后，采用溶胶－凝胶技术合成出表面改性的二氧化硅纳米粒子；接着以采用种子乳液聚合工艺得到种子乳液为核，以上 述表面包覆着有机硅预聚物的二氧化硅纳米粒子和由不饱和有机硅单体、硬单体、软单体，以及功能单体组成的混合物为壳，经过３－５小时的核壳互穿聚合物网络聚合反应，最后得到无机纳米粒子改性的硅丙乳液。

【技术特征摘要】
1、一种环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液，其特征在于，该乳液是由下述方法得到的：先合成有机硅预聚物，然后与正硅酸乙酯反应后，采用溶胶-凝胶技术合成出表面改性的二氧化硅纳米粒子；接着以采用种子乳液聚合工艺得到种子乳液为核，以上述表面包覆着有机硅预聚物的二氧化硅纳米粒子和由不饱和有机硅单体、硬单体、软单体，以及功能单体组成的混合物为壳，经过3-5小时的核壳互穿聚合物网络聚合反应，最后得到无机纳米粒子改性的硅丙乳液。2、按照权利要求1所述的环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述的硅丙乳液是由下述方法得到的：(1)、有机硅预聚物的合成：异丙醇和氢氧化钾反应，再加入八甲基环四硅氧烷进行开环聚合反应，得到有机硅预聚物A，备用；(2)、二氧化硅纳米粒子的制备：在正硅酸乙酯中滴加去离子水及冰醋酸，升温反应，然后加入有机硅预聚物A，升温反应后得到表面包覆着有机硅预聚物的二氧化硅纳米粒子，称作有机硅预聚物B；(3)、种子乳液的制备：将去离子水、乳化剂、PH调节剂、引发剂乳化后，加入丙烯酸酯混合单体及有机硅预聚物B进行乳化，升温至70-75℃，体系迅速升温至80-85℃时降温至75℃左右，恒温30分钟，得到种子乳液；(4)、有机硅改性丙烯酸酯乳液的合成：将软单体、硬单体和功能单体及有机硅预聚物B在3-5小时滴入反应釜中，同时定时分批补加引发剂、乳化剂和PH调节剂，升温至80℃，加入溶有过氧化苯甲酰的丙烯酸丁酯，继续反应，最后体系温度升至90℃，恒温60分钟，降温，加入消泡剂、防冻剂、防霉杀菌剂、有机硅防水剂等助剂，在低于40℃条件下中和后，出料。3、一种权利要求1所述的环境温度交联水性涂料用有机硅改性丙烯酸酯乳液的制备方法，包括以下步骤：(1)、有机硅预聚物的合成：异丙醇和氢氧化钾反应，再加入八甲基环四硅氧烷进行开环聚合反应，得到有机硅预聚物A，备用；(2)、二氧化硅纳米粒子的制备：在正硅酸乙酯中滴加去离子水及冰醋酸，升温反应，然后加入有机硅预聚物A，升温反应后得到表面包覆着有机硅预聚物的二氧化硅纳米粒子，称作有机硅预聚物B；(3)、种子乳液的制备：将去离子水、乳化剂、PH调节剂、引发剂乳化后，加入丙烯酸酯混合单体及有机硅预聚物B进行乳化，升温至70-75℃，体系迅速升温至80-85℃时降温至75℃左右，恒温30分钟，得到种子乳液；(4)、硅丙乳液的合成：将软单体、硬单体和功能单体及有机硅预聚物B在3-5小时滴入反应釜中，同时定时分批补加引发剂、乳化剂和PH调节剂，升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚志强，杨映松，石丽玲，刘军，宋圣吉，
申请(专利权)人：仪征多科特水性化学品有限责任公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]