一种多功能环保乳液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液及其制备方法和应用，该复合乳液由4.0～8.0(wt)％的无机纳米粒子和92～96.0(wt)％的有机硅-丙烯酸酯聚合物组成；其制备方法包括：(1)制备聚合物包覆无机纳米粒子乳液；(2)加入丙烯酸酯单体制备壳层聚合物；(3)加入不饱和有机硅单体得到有机硅改性复合乳液；(4)进行化学脱气；(5)脱除残余单体；中和得到目标产物，其稳定性好，成膜性能优异，改善了涂料体系的触变性，具有很好的防沉降作用。该复合乳液制得的水性涂料的附着力、漆膜耐洗刷性、耐碱性、漆膜强度和表面光洁度、漆膜遮盖力高；涂料挥发份含量极低，绿色环保，并具有抗菌、杀菌的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水性、环保的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液及其制备方法，以及该复合乳液在外墙涂料中的应用。 
技术介绍
随着环境保护要求的日益提高，各国对VOC排放量的规定日益严格，高性能、低污染的水性乳液涂料成为研究和应用的重点。 随着现代高层建筑的兴起，对涂料耐水性、抗老化性、抗玷污性要求越来越高，同时要求涂料具有自清洁性能。对于长期暴露在户外的户外装饰和高层建筑，希望涂层抗玷污性能，抗老化性能，自清洁性能和综合性能达到最佳。丙烯酸酯乳液是乳液涂料优良的粘合剂，在外墙涂料应用中占主导地位，但其耐水性和透湿性欠佳，限制了在外墙涂料领域的发展，为此许多专利对外墙涂料用丙烯酸酯乳液进行改性，以期改进丙烯酸酯乳液性能。如中国专利CN1405194以烯类官能单体包括丙烯酸、烯基硅氧烷、烯基丙基脲和丙烯酸酯共聚制备改性丙烯酸酯聚合物乳液，乳液稳定性、耐水性和耐洗擦性等性能明显提高。有机硅氧烷具有优越的耐侯抗污性和高度的疏水性，良好的透气性，以其改性的丙烯酸酯乳液，具有良好的耐侯性、耐水性、耐污染性和较高的附着力，在各种内外墙涂料、装饰领域得到广泛应用并取得了优良的效果。如中国专利CN1169854以纯丙乳液为芯，以有机硅单体和丙烯酸酯单体为壳，制备了芯/壳结构乳液，但其在自清洁性能，力学性能等方面还存在不足。 此外，随着环保意识的增强，要求涂料绿色化，对人民身体健康和环境无危害，且抗菌、净化空气，而单纯的丙烯酸酯乳液、硅丙乳液、醋酸乙烯-丙烯酸酯乳液涂料很难满足以上要求。 
技术实现思路
本专利技术尝试解决上述问题，提出了一种水性、环保的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液及其制备方法；本专利技术的第二个目的是，提出所述有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液在环保净味健康涂料中的应用。 为实现以上第一个目的，本专利技术采取的技术方案如下。 一种有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液，由4.0～15.0(wt)％的无机纳米粒子和85～96.0(wt)％的有机硅-丙烯酸酯聚合物组成；所述有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液是含固量45.0～55.0％、由4.0～15.0％无机纳米粒子和85.0～98.0％改性丙烯酸酯组成的核/壳结构或多层核/壳结构或互穿聚合物网络(IPN)结构的复合物。其最低成膜温度为-25℃至0℃，挥发份含量小于100ppm。 无机纳米粒子选自二氧化钛、氧化锌、氧化银、氧化铜和氧化锆，粒径为0.02～0.10μm之间。 上述有机硅-丙烯酸酯聚合物聚合单体质量百分比为： 所述的乙烯基不饱和单体选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯腈中的一种或者几种的混合物，优选苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯。 所述的不饱和酰胺选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲撑双丙烯酰胺中的一种或者几种的混合物，优选羟甲基丙烯酰胺，甲撑双丙烯酰胺，或质量比2∶1～4∶1的羟甲基丙烯酰胺与甲撑双丙烯酰胺的混合物。 所述的不饱和羧酸选自甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、富马酸中的一种或者几种的混合物。 所述的丙烯酸酯单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯中的一种或者几种混合物。 所述的不饱和有机硅单体选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ一甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或者几种的混合物，优选γ一甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。 一种水性、环保的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液的制备方法，其特征是，有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液以无皂乳液聚合方法、分段式或种子聚合工艺制备，复合物具有核/壳结构或多层核/壳结构或互穿聚合物网络(IPN)结构，其制备步骤包括： (1)将4.0～15.0(wt)％的无机纳米粒子分散在包含0.15～0.30(wt)％的阴离子乳化剂、0.02～0.10(wt)％的螯合剂和0.05～0.15(wt)％的引发剂的水溶液中，抽真空，在氮气保护条件下搅拌，升温至60～85℃，滴加5～15(wt)％的乙烯基不饱和单体30分钟，保温15分钟；得到聚合物包覆无机纳米粒子乳液； (2)在氮气保护条件下，向步骤(1)乳液中分别滴加包含0.10～1.15(wt)％的碱、0.15～0.35(wt)％阴离子乳化剂、0.25～0.60(wt)％的引发剂、1.0～4.5(wt)％不饱和酰胺、1.0～4.0(wt)％的不饱和羧酸的水溶液和76.5～89.5(wt)％的丙烯酸酯混合单体，滴加时间2.0～3.5小时，保温0.5小时； (3)向步骤(2)乳液中滴加含有1.0～4.0(wt)％的不饱和有机硅单体和3～10.5(wt)％的丙烯酸酯单体的混合物，滴加时间0.25～0.75小时，保温0.5小时；得到有机硅-丙烯酸酯/无机纳米粒子复合乳液； (4)向步骤(3)的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米粒子复合乳液中分别滴加0.02～0.08(wt)％的有机过氧化物和0.02～0.15(wt)％的还原剂，滴加时间0.25小时，升温至80～95℃并保温0.5～1.5小时； (5)将步骤(4)乳液在保温条件下以一定的速度、密闭转移至另一个抽真空的搅拌反应器中，闪蒸残余单体，转移时间1.5～3.5小时；然后通蒸汽1.0～3.0小时，再继续抽真 空1.0～3.5小时； (6)向上述步骤(5)乳液中慢慢加入氨水中和，过滤；最终得到固含量45～52(wt)％、pH值6～8、挥发份含量小于100ppm的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米粒子复合乳液。 进一步，步骤(1)所述的无机纳米粒子为粒径0.05～0.10μm之间的二氧化钛、氧化铜、氧化银、氧化锆、二氧化硅；阴离子乳化剂为烷基二苯醚二磺酸钠(Dowfax 2A-1)；螯合剂为乙二胺四乙酸纳(EDTA)；引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化苯甲酰。 进一步，步骤(2)所述的碱为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠；阴离子乳化剂为烷基二苯醚二磺酸钠(Dowfax 2A-1)；引发剂为过硫酸铵；丙烯酸酯混合单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸丁酯的混合物，其中甲基丙烯酸甲酯用量26～33(wt)％。 进一步，步骤(3)所述的不饱和有机硅单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ一甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷；丙烯酸酯单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯中的一种或两种的混合物。 进一步，步骤(4)所述的有机过氧化物选自过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化氢异丙苯、过氧化氢对孟烷、叔丁基过氧化氢；还原剂选自亚硫酸氢钠、雕白块。 进一步，步骤(5)所述的转移时间1.5～3.0小时；然后通蒸汽1.0～2.5小时，再继续抽真空1.0～3.0小时。 为实现以上第二个目的，本专利技术采取的技术方案如下。 由上述制备方法获得的一种水性、环保的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液在制备水性涂料中的应用。 进一步，将所述的有机硅-丙烯酸酯/无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机硅？丙烯酸酯/无机纳米复合乳液，其特征在于，由4.0～8.0(wt)％的无机纳米粒子和92～96.0(wt)％的有机硅？丙烯酸酯聚合物组成；上述的无机纳米粒子选自粒径0.05～0.10μm之间的碳酸钙、二氧化硅；上述有机硅？丙烯酸酯聚合物聚合单体质量百分比为：FSA00000799397100011.tif

【技术特征摘要】
1.一种有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液，其特征在于，由4.0～8.0(wt)％的
无机纳米粒子和92～96.0(wt)％的有机硅-丙烯酸酯聚合物组成；
上述的无机纳米粒子选自粒径0.05～0.10μm之间的碳酸钙、二氧化硅；
上述有机硅-丙烯酸酯聚合物聚合单体质量百分比为：
2.根据权利要求1所述的一种有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液的制备方法，其
特征在于，其步骤包括：
(1)将4.0～8.0(wt)％的无机纳米粒子分散在包含0.15～0.30(wt)％的阴离子乳
化剂、0.02～0.10(wt)％的螯合剂和0.05～0.15(wt)％的引发剂的水溶液中，抽真空，
在氮气保护条件下搅拌，升温至60～85℃，滴加5～15(wt)％的乙烯基不饱和单体30
分钟，保温15分钟；得到聚合物包覆无机纳米粒子乳液；
(2)在氮气保护条件下，向步骤(1)乳液中分别滴加包含0.10～1.15(wt)％的碱、
0.15～0.35(wt)％阴离子乳化剂、0.25～0.60(wt)％的引发剂、1.0～4.5(wt)％不饱
和酰胺、1.0～4.0(wt)％的不饱和羧酸的水溶液和76.5～88.0(wt)％的丙烯酸酯混合单
体，滴加时间2.0～3.5小时，保温0.5小时；
(3)向步骤(2)乳液中滴加含有1.0～4.0(wt)％的不饱和有机硅单体和3～10.5
(wt)％的丙烯酸酯单体的混合物，滴加时间0.25～0.75小时，保温0.5小时；得到有机
硅-丙烯酸酯/无机纳米粒子复合乳液；
(4)向步骤(3)的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米粒子复合乳液中分别滴加0.02～0.08
(wt)％的有机过氧化物和0.02～0.15(wt)％的还原剂，滴加时间0.25小时，升温至80～
95℃并保温0.5～1.5小时；
(5)将步骤(4)乳液在保温条件下以一定的速度、密闭转移至另一个抽真空的搅拌
反应器中，闪蒸残余单体，转移时间1.5～3.5小时；然后通蒸汽1.0～2.5小时，再继续
抽真空1.0～2.5小时；
(6)向上述步骤(5)乳液中慢慢加入氨水中和，过滤；最终得到固含量45～52(wt)
％、pH值6～8、挥发份含量小于0.01％的有机硅-丙烯酸酯/无机纳米粒子复合乳液。
3.根据权利要求1所述的一种有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液，其特征在于，
所述的乙烯基不饱和单体选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯腈中的一种或
者几种的混合物，优选苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯。
4.根据权利要求1所述的一种有机硅-丙烯酸酯/无机纳米复合乳液，其特征在于，
所述的不饱和酰胺选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲撑双丙烯酰胺中的

\t一种或者几种的混合物，优选羟甲基丙烯酰胺，甲撑双丙烯酰胺，或质量比2∶1～4∶1的
羟甲基丙烯酰...

【专利技术属性】
技术研发人员：米普科，许胜，米怡璇，许鹄飞，赵怡，刘敏，何阳，熊玉洁，席锦娜，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：