一种聚丙烯酸酯/硅溶胶复合材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种聚丙烯酸酯/硅溶胶复合材料的制备方法及其应用，本发明专利技术选用价廉易得的硅溶胶作为无机纳米改性剂，通过丙烯酸酯等单体的预乳化、种子乳液聚合，并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进行有效复合，得到硅溶胶改性的聚丙烯酸酯/硅溶胶复合材料，复合材料平均粒径在100~150nm之间，聚丙烯酸酯/硅溶胶复合材料作为聚氯乙烯抗冲击改性剂，不仅赋予其优异的抗冲击性能，同时具有良好的拉伸强度和加工性能等力学性能；另外，硅溶胶的使用有利于降低产品的生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种核壳结构聚丙烯酸酯(ACR) /硅溶胶复合材料的制备方法及其作 为聚氯乙烯塑料抗冲击改性剂的应用。
技术介绍
硅溶胶是二氧化硅的胶体微粒分散于水中的胶体溶液，为无定形SiA粒子在水中 的胶体大小的稳定分散体系。硅溶胶具有如下特点①溶胶是低粘度的胶体溶液，分散性 好；②硅溶胶具有良好的粘接性；③硅溶胶粒子表面的硅羟基和吸附水可提高润湿性；④ 硅溶胶具有优良的反应性，并能在均相进行，通过与有机树脂的均勻混合，可改进其机械、 光学及电性能。作为一种重要的无机高分子材料，硅溶胶已广泛应用于化工、精密铸造、纺 织、造纸、涂料、食品、电子、选矿等领域。通过对硅溶胶进行改性，使得硅溶胶表面带有亲油性的有机基团，对硅溶胶在有 机高分子材料方面的应用将会有很大的推动的作用。有机/无机复合材料兼具有机物和无 机物的特点，特别是将无机、有机、纳米粒子三方面的特性结合起来，制备出聚合物基纳米 复合材料，能全面改善聚合物的综合性能，为聚合物的增强、增韧改性及功能化改性提供了 新的途径。中国专利技术专利ZL 200810220303. 9公开了一种纳米Si02/ACR复合粒子的制 备方法，通过对2(T40nm纳米SW2进行偶联改性得到纳米SW2乳液，然后在制备ACR粒子 外壳的过程中进行接枝复合，获得一种纳米Si02/ACR复合粒子，用于PVC加工可明显改善 制品的拉伸强度、抗冲强度以及维卡软化点等性能，从而提高制品的使用性能。中国专利 200910046420公开了一种纳米硅溶胶/丙烯酸酯复合乳液及其制备方法，在纳米硅溶胶和 烷基醇溶剂存在下，采用种子乳液聚合法或原位聚合法，与丙烯酸酯单体聚合，得到以二氧 化硅颗粒为核、丙烯酸酯共聚物为壳组成的纳米核-壳结构复合乳液，复合乳液具有更高 的拉伸强度、撕裂强度以及更好的耐酸碱、耐候、耐磨、抗紫外老化及抗污等性能可用于内 外墙涂料、地面地坪涂料及专业运动场地面涂层等诸多方面，而且绿色环保，具有广阔的市 场前景。中国专利200810010114公开了一种改性硅溶胶及其在制备水性涂料中的应用，以 水性硅溶胶为原料进行改性后，将其用作基料应用于涂料的制备，制得的水性无机涂料兼 有有机涂料高装饰性、良好的附着力、韧性，又具有无机涂料的高硬度，耐化学品性，可广泛 应用于金属、玻璃、木材、塑料等基材表面及建筑行业。
技术实现思路
本专利技术公开了一种核壳结构聚丙烯酸酯(ACR)/硅溶胶复合材料的制备方法及 其应用，通过选择合适的改性剂，对硅溶胶进行改性，使得硅溶胶表面带有亲油性的有机基 团，改善其与有机树脂的相容性；采用种子乳液半连续法，以丙烯酸丁酯为单体，N, N’-亚甲 基双丙烯酰胺作为交联剂，过硫酸钾作为引发剂，十二烷基硫酸钠作为乳化剂稳定体系，制 得种子乳液；以丙烯酸丁酯和苯乙烯为单体，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，过硫酸钾作为引发剂，十二烷基硫酸钠作为乳化剂稳定体系，制备核层；以甲基丙烯酸甲酯和苯乙 烯为单体，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，过硫酸钾作为引发剂，采用十二烷基硫酸 钠和反应性乳化剂烷基酚醚硫酸铵盐为复合乳化剂，使得有机单体与定量的改性硅溶胶混 合均勻得到稳定体系，制备壳层。反应完全后经破乳，洗涤，干燥后即得到纳米ACR/硅溶胶 复合粒子。本专利技术提供的一种聚丙烯酸酯/硅溶胶复合材料的制备方法具体内容包括如下 步骤(1)采用Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基 硅烷，Y-氨丙基三乙氧基硅烷中的两种作为改性剂，在4(T60°C对硅溶胶进行表面改性， 反应时间5、小时，得到改性硅溶胶，改性剂用量为硅溶胶总量的1. 0% 12. 0%，其中两种 改性剂的质量比为1:1 ；(2)以蒸馏水为溶剂，丙烯酸丁酯作为单体A，过硫酸钾为引发剂，用量为单体A质量的 0. 1 0. 8%，十二烷基硫酸钠作为乳化剂，用量为单体A质量的0. 5 5. 0%，在70°C并持续 搅拌下，反应0. 5小时，制备种子乳胶；(3)以丙烯酸丁酯和苯乙烯为单体B，其中丙烯酸丁酯与苯乙烯的质量比为4:1， N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，用量为单体B质量的0. 02 0. 1%，过硫酸钾作为引 发剂，用量为单体B质量的0. 05 0. 3%，十二烷基硫酸钠作为乳化剂，用量为单体B质量的 0. 1 1. 0%，将上述组分加入蒸馏水中搅拌得到预乳化液I，将预乳化液I滴加到步骤(2) 的种子胶乳中，在75°C并持续搅拌下反应1小时，得到核乳液；(4)以甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯为单体C，甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯的质量比为 2:1，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，用量为单体C质量的0. 1 0. 5%，过硫酸钾作 为引发剂，用量为单体C质量的0. 05 0. 3% ；采用十二烷基硫酸钠和反应性乳化剂烷基酚 醚硫酸铵盐为复合乳化剂，十二烷基硫酸钠与反应性乳化剂烷基酚醚硫酸铵盐的质量比为 70:30，复合乳化剂用量为单体C质量的0. 1 2. 0%，将上述组分与改性硅溶胶加入到蒸馏 水中搅拌得到预乳化液II，将预乳化液II滴加到步骤(3)的核乳液中，在85°C下并持续搅 拌下反应2小时，制得核壳结构聚丙烯酸酯/硅溶胶复合乳液；(5)核壳结构聚丙烯酸酯/硅溶胶复合乳液经破乳、干燥，获得核壳结构聚丙烯酸 酯/硅溶胶复合材料。上述步骤(1) (2) (3) (4)中单体A:单体B:单体C质量比为5 10:50 70:20 40， 以SiA计改性硅溶胶用量为单体A+单体B+单体C总质量的5. 0 20. 0%。上述步骤(1)中所用硅溶胶为钠型，固含量30士 1%。上述步骤(2)中单体A 蒸馏水质量比为20 :80。上述步骤(3)中单体B 蒸馏水质量比40:60。上述步骤(4)中单体C 蒸馏水质量比为30:70。上述步骤(5)中核壳结构聚丙烯酸酯/硅溶胶复合材料的粒径在10(Tl50nm。 本专利技术还提供所述的制备方法制备的聚丙烯酸酯/硅溶胶复合材料作为抗冲改性剂应用 于聚氯乙烯的加工。本专利技术的有益效果本专利技术选用价廉易得的硅溶胶作为无机纳米改性剂，通过丙烯酸酯等单体的预乳化、 种子乳液聚合，并在核壳结构聚丙烯酸酯(ACR)外壳制备的过程中加入经过改性的硅溶胶进行有效复合，得到硅溶胶改性的ACR/硅溶胶复合粒子，平均粒径在10(Tl50nm之间，作为 聚氯乙烯(PVC)抗冲击改性剂，不仅赋予其优异的抗冲击性能，同时具有良好的拉伸强度和 加工性能等力学性能。另外，硅溶胶的使用有利于降低产品的生产成本。具体实施例方式以下通过具体的实施例进一步说明本
技术实现思路
，但不限于下述实施例。实施例一(1)将复合改性剂Y -(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷+3-(2，3-环氧丙氧)丙基 三甲氧基硅烷+ Y -氨丙基三乙氧基硅烷(两种改性剂的质量比为1 1)加入硅溶胶中，改性 剂用量为硅溶胶总量的3. 0%，在55°C并搅拌下反应6小时，得到改性硅溶胶。(2)以蒸馏水为溶剂，依次加入单体A (丙烯酸丁酯)，引发剂过硫酸钾为(用量为 单体A质量的0. 3 %)，乳化剂十二烷基硫酸钠(用量为单体A质量的3.洲)，在70°C并持续 搅拌下，反应0. 5小时，制备种子乳胶；(3)将单体B (由本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种聚丙烯酸酯／硅溶胶复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（１）采用γ－（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷，３－（２，３－环氧丙氧）　丙基三甲氧基硅烷，γ－氨丙基三乙氧基硅烷中的两种作为改性剂，在４０～６０℃对硅溶胶进行表面改性，反应时间５～８小时，得到改性硅溶胶，改性剂用量为硅溶胶总量的１．０％～１２．０％，其中两种改性剂的质量比为１：１；（２）以蒸馏水为溶剂，丙烯酸丁酯作为单体Ａ，过硫酸钾为引发剂，用量为单体Ａ质量的０．１～０．８％，十二烷基硫酸钠作为乳化剂，用量为单体Ａ质量的０．５～５．０％，在７０℃并持续搅拌下，反应０．５小时，制备种子乳胶；（３）以丙烯酸丁酯和苯乙烯为单体Ｂ，其中丙烯酸丁酯与苯乙烯的质量比为４：１，Ｎ，Ｎ，－亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，用量为单体Ｂ质量的０．０２～０．１％，过硫酸钾作为引发剂，用量为单体Ｂ质量的０．０５～０．３％，十二烷基硫酸钠作为乳化剂，用量为单体Ｂ质量的０．１～１．０％，将上述组分加入蒸馏水中搅拌得到预乳化液Ｉ，将预乳化液Ｉ滴加到步骤（２）的种子胶乳中，在７５℃并持续搅拌下反应１小时，得到核乳液；（４）以甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯为单体Ｃ，甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯的质量比为２：１，Ｎ，Ｎ，－亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，用量为单体Ｃ质量的０．１～０．５％，过硫酸钾作为引发剂，用量为单体Ｃ质量的０．０５～０．３％；采用十二烷基硫酸钠和反应性乳化剂烷基酚醚硫酸铵盐为复合乳化剂，十二烷基硫酸钠与反应性乳化剂烷基酚醚硫酸铵盐的质量比为７０：３０，复合乳化剂用量为单体Ｃ质量的０．１～２．０％，将上述组分与改性硅溶胶加入到蒸馏水中搅拌得到预乳化液ＩＩ，将预乳化液ＩＩ滴加到步骤（３）的核乳液中，在８５℃下并持续搅拌下反应２小时，制得核壳结构聚丙烯酸酯／硅溶胶复合乳液；（５）核壳结构聚丙烯酸酯／硅溶胶复合乳液经破乳、干燥，获得核壳结构聚丙烯酸酯／硅溶胶复合材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易国斌，叶非华，康正，李晓君，许少萍，吴颖，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：81