一种用于金属表面处理领域的有机-无机复合乳液制造技术

本发明专利技术属于金属表面处理技术领域，提供一种用于金属表面处理领域的有机‑无机复合乳液及其制备方法。其原料由以下重量份数的组分组成：二氧化钛纳米颗粒：5～15份；丙烯酸：1份；甲基丙烯酸甲酯：24～36份；丙烯酸正丁酯：17～28份；甲基丙烯酸二甲胺基乙酯：5～7份；65wt％的二烯丙基二甲基氯化铵：0～1.5份；78wt％的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：0～2份；80wt％的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：0～3.5份；水：23～33份。二氧化钛纳米颗粒即对乳液起到改性的作用，又作为光引发剂使用，最终连接在聚合物链的一端，有机相与无机相通过化学键相连接，在各种使用环境下均不会发生有机相与无机相的分离富集；乳液中的聚合物表面带正电荷，与金属的附着性好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于金属表面处理领域的有机-无机复合乳液
本专利技术属于金属表面处理
，尤其涉及一种用于金属表面处理领域的有机-无机复合乳液。
技术介绍
聚丙烯酸酯水性乳液作为一种重要的涂料和粘合剂原料，具有成膜性好，配方易于调节，生产方便，施工性能优良，保色性好等优点，自其问世以来即得到广泛关注，现已在多个相关领域得到广泛应用。但聚丙烯酸酯乳液成膜后的机械性能及耐热性不佳，限制了其在一定领域的应用。众所周知，向用于成膜材料的乳液中添加少量无机纳米颗粒，可以极大地提高涂料的硬度，抗刮擦性，耐热性，光泽度及附着力等性能。因此，人们已设计了许多途径将无机纳米颗粒用于聚丙烯酸酯乳液混合，以得到性能良好的有机-无机复合乳液。目前，一些将二氧化硅，二氧化钛，氧化锌，蒙脱土，氧化铝等无机材料用于改性聚丙烯酸酯乳液的技术方案已得到了报道。目前，以无机纳米颗粒改性聚合物乳液的传统方法为机械共混法，即向制备完成的聚丙烯酸酯乳液中加入无机纳米颗粒，通过搅拌等机械作用实现共混。目前，此方法已普遍在一般企业生产中得到应用。但机械共混无法得到混合十分均匀的最终产品，无机粒子在乳液中易发生团聚或沉淀，失去纳米粒子特有的纳米效应，使改性效果受到很大影响。另外，两种粒子各自单独分散于水中使得此种乳液在应用时易发生有机组分与无机组分的分离富集，严重影响涂膜质量。因此，目前该工艺正逐步为其它方式的生产工艺所取代。查阅文献得知，目前文献报道中将无机纳米颗粒与乳液进行复合的方法主要有如下几类：1在聚合反应进行前加入无机纳米粒子，在分散有无机粒子的水相中进行聚合得到复合乳液；2以溶胶-凝胶法在单体预乳化液中制备无机纳米粒子，再进行聚合得到复合乳液；3先进行乳液聚合，再以溶胶-凝胶法在乳液中制备无机纳米粒子得到复合乳液。如申请号为200610037040.9的中国专利技术专利公开了运用正硅酸乙酯在乙醇中制备纳米二氧化硅，并使用硅烷偶联剂对其表面改性，然后将制得表面改性二氧化硅重新分散到丙烯酸酯单体中进行原位乳液聚合得到纳米二氧化硅改性丙烯酸酯乳液的方法。Zhu等在论文中介绍了使用丙烯酸酯单体与硅烷偶联剂表面改性的气相二氧化硅粒子进行原位乳液聚合，得到性能优良的纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯复合乳液的方法(ZhuA.,CaiA.,YuZ.,etal.Filmcharacterizationofpoly(styrene-butylacrylate-acrylicacid)-silicananocomposite[J].JournalofColloidandInterfaceScience,2008,322(1):51-58)。中国专利200910219225.5介绍了一种纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法，在丙烯酸酯单体和乳化剂形成的预乳化液中，正硅酸乙酯和硅烷偶联剂在盐酸的催化下水解缩合，直接得到稳定的改性纳米二氧化硅预乳化液，然后将预乳化液升温并加入引发剂，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。中国专利201310196640.X公开了一种采用溶胶-凝胶法在含氟聚丙烯酸酯乳液中制备纳米二氧化硅粒子的方法，并通过含双键的硅烷偶联剂将纳米二氧化硅通过共价键连接方式引入含氟聚丙烯酸酯分子中。该方法获得的纳米二氧化硅粒子的分散尺寸小，且与含氟聚丙烯酸酯通过化学键合连接，具有良好的相容性。上述方法虽然可以得到一定程度上分散均匀的产品，但均具有明显的缺点：使用无机粒子与单体原位聚合的方式，可以得到有机颗粒与无机颗粒相互粘连的复合粒子，但有机相与无机相间为物理吸附，受到外界影响很容易分离，从而发生团聚或富集；另外，此方法工艺繁琐，无机颗粒在乳液聚合时易发生二次团聚，影响乳液聚合的稳定性，给聚合体系的稳定性控制增加了难度。使用溶胶-凝胶法步骤繁琐，工艺复杂，且溶胶-凝胶法参数难以控制，对体系中各物质的组成十分敏感，限制了乳液可采用的配方；另外，溶胶-凝胶法不可避免地会向体系中引入大量杂质分子，对乳液通用性也具有一定影响；无机相和有机相同样仅靠吸附作用联结或各自分别分散，易出现分离富集现象。如使用硅烷偶联剂连接有机聚合物与无机颗粒，则不仅成本较高，还使得工艺更为繁琐，产品乳液成分更加复杂，对进一步应用造成很大影响。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在上述技术问题，本专利技术的目的是解决传统乳液加入无机纳米粒子填料后难以分散均匀，影响改性效果的问题，找出一种有机相与无机相分散均匀，适于在涂料等领域实际使用的有机-无机复合聚丙烯酸酯乳液的制备方法。为达到上述性能目标，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术提供一种用于金属表面处理领域的有机-无机复合乳液，其原料由以下重量份数的组分组成：进一步地，所述二氧化钛纳米颗粒应为锐钛矿或金红石晶型，粒径在5nm～50nm之间，优选地，在10nm～25nm之间的粉体或水分散液(钛溶胶)。进一步地，所述配制用水为经过离子交换树脂除去钙镁离子杂质后的净化水，优选地，为经过蒸馏或反渗透处理后的净化水。所述有机-无机复合乳液是一种用于金属表面处理领域的阳离子型聚丙烯酸酯乳液，由具有光催化活性的无机填料引发聚丙烯酸酯类单体自由基乳液聚合制备而成。自1972年Fujishima和Honda发现二氧化钛作为光电阳极有辅助分解水的作用以来，二氧化钛因其光生自由基特性及良好的热稳定性和化学稳定性，价格低廉，环境友好以及低毒性等优点，在光伏领域、光催化领域以及传感器领域等得到了广泛应用。目前，将二氧化钛粒子与聚丙烯酸酯乳液共混，利用其光活性使涂层具有光照自清洁性能的工作已得到了报道(YeC,LiH,CaiA,etal.Preparationandcharacterizationoforganicnano-titaniumdioxide/acrylatecompositeemulsionsbyin-situemulsionpolymerization[J].JournalofMacromolecularScience,PartA,2011,48(4):309-314.)。自由基乳液聚合的本质为引发剂分解或受到光照，辐射等外界能量后产生自由基，在胶束或溶液中的单体获得自由基后引发链式加聚反应。考虑到这一原理，专利技术人经实际研究试验发现，利用二氧化钛的光生自由基特性，可以将二氧化钛用作光引发剂，在紫外光照下引发聚丙烯酸酯类单体的自由基聚合反应，并在二氧化钛颗粒表面得到厚度可控的聚合物层。本专利技术还提供上述有机-无机复合乳液的制备方法，其具体步骤为：1)在惰性气体氛围下，将5～15份二氧化钛纳米颗粒放入23～33份去离子水中；2)在搅拌下升温至45±2℃后，开启紫外光源进行照射15min后，同时分别加入预先混合的1份丙烯酸、24～36份甲基丙烯酸甲酯和17～28份丙烯酸正丁酯，以及预先混合的5～7份甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和1.5～4.5份阳离子单体，调整加料速度使两组混合物同时加料完毕，共加料3.5小时，然后搅拌1小时；3)关闭紫外光源，升温至65±2℃，进行负压处理0.5小时以除去残留单体；4)关闭抽气装置，冷却、消泡和过滤，即制成所述用于金属表面处理领域的有机-无机复合乳液。进一步的，步骤2)中的紫外光源为合计功率不小于100w的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于金属表面处理领域的有机‑无机复合乳液，其特征在于，其原料由以下重量份数的组分组成：

【技术特征摘要】
1.一种用于金属表面处理领域的有机-无机复合乳液，其特征在于，其原料由以下重量份数的组分组成：2.根据权利要求1所述的有机-无机复合乳液，其特征在于，所述二氧化钛纳米颗粒应为锐钛矿或金红石晶型，粒径在5nm～50nm之间的粉体或水分散液。3.根据权利要求1所述的有机-无机复合乳液，其特征在于，所述二烯丙基二甲基氯化铵为含水混合物，二烯丙基二甲基氯化铵的含量为65wt％；所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为含水混合物，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的含量为78wt％：所述甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为含水混合物，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的含量为80wt％。4.根据权利要求1所述的有机-无机复合乳液，其特征在于，所述水为经过离子交换树脂除去钙镁离子杂质后的净化水。5.一种如权利要求1-4中任一项所述的有机-无机复合乳液的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：1)在惰性气体氛围下，将5～15份二氧化钛纳米颗粒或钛溶胶放入23～33份去离子水中；2)在搅拌下升温至45±2℃后，开启紫外光源进行照射15min后，同时分别加入预先混合的1份丙烯酸、24～36份甲基丙烯酸甲酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙致平，
申请(专利权)人：常州工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32