一种有机硅助剂的制备方法及其在水性丙烯酸亚光树脂乳液中的应用与流程

本发明属于化学工程技术领域，涉及有机硅助剂的制备及应用。

背景技术：

随着人们生活水平的不断提高， 人们对涂料外表的感官的需求也越来越多。高光泽的亮光涂料成膜后反光比较严重，在视觉上给人产生强烈的刺激感。为了满足人们的视觉需求，就需要有不同光泽的涂料。亚光涂料光泽柔和，给人以舒适、优雅的感觉，抗划伤，质感强，广泛用于建筑、家具、家用电器以 及室内装饰。

在水性丙烯酸涂料领域中，为了得到一定程度的亚光效果，一般是在外用助剂的作用下将各种消光剂（如气相二氧化硅、蜡乳液等）通过高速分散工艺将其分散于树脂溶液中，因此该工艺中助剂的选择、树脂的选择以及分散工艺的选择都要与所选择的消光剂有很好的搭配，否则容易产生消光剂沉淀絮凝，影响消光效果。因此开发一种具有一定亚光度的树脂，不仅省去了消光剂的选择和添加，而且将会大大减轻配方工程师的工作量，对企业简化生产工艺，提高生产效率，减少损失等都具有重要意义。

利用有机硅易向空气界面富集的特点，在合成丙烯酸树脂的过程中引入通过硅氢加成反应合成的含有机硅链段的助剂，使乳液成膜时含硅链段从涂膜表面析出，从而改变涂膜表面的微观结构和形貌，产生低光泽效果，并使表面水接触角增大。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种简单、有效、安全、无害降低水性丙烯酸树脂表面光泽度产品的制备方法和应用。本发明制备的有机硅助剂可有效降低水性丙烯酸树脂表面光泽度，从而拓宽丙烯酸树脂的应用范围，且安全环保，易于产业化。

本发明的目的通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种有机硅助剂的制备方法，包括如下步骤：无溶剂条件下，将催化剂氯铂酸异丙醇溶液、阻聚剂2,6-二叔丁基对甲酚、甲基丙烯酸烯丙酯在干燥惰性气氛下搅拌均匀，升温至65℃~105℃，按0.5ml/min~1ml/min的速率滴加1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷，滴加后继续反应30min~100min，降至室温，过滤，得到七甲基三硅氧烷改性甲基丙烯酸烯丙酯有机硅助剂。

所述的催化剂氯铂酸异丙醇溶液铂的含量为0.005g/ml~0.015g/ml。

所述的催化剂氯铂酸异丙醇溶液的用量为物料总体积的0.05%~0.2%。

所述的阻聚剂2,6-二叔丁基对甲酚的用量为物料总重量的0.05%~5%。

所述反应中，惰性保护气体为氮气或氩气。

所述反应中，反应物甲基丙烯酸烯丙酯与1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷的体积比为1:1~1:3。

本发明还提供了一种上述有机硅助剂在水性丙烯酸亚光树脂乳液中的应用。

本发明所述的一种上述有机硅助剂在水性丙烯酸亚光树脂乳液中的应用方法：在水性丙烯酸树脂乳液的制备过程中加入上述有机硅助剂，将乳液均匀涂布于基材上，成膜，干燥，得到水性丙烯酸树脂涂膜。

所述的水性丙烯酸树脂乳液的制备过程中添加有机硅助剂，有机硅助剂添加的质量是制备水性丙烯酸树脂乳液所用单体总质量的1%~30%。

本发明应用中，所使用的单体、乳化剂、引发剂、pH缓冲剂、水介质均为制备水性丙烯酸树脂乳液过程中所使用的常规产品，无特殊要求。

本发明应用中，在乳液成膜、干燥时，水性丙烯酸树脂涂膜正常。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

（1）本发明有机硅助剂的制备在无溶剂条件下进行，避免使用大量的有机溶剂，对环境无污染。

（2）本发明有机硅助剂的制备在无溶剂条件下进行，后处理方式简单，提高了生产效率。

（3）本发明有机硅助剂的制备在无溶剂条件下进行，过滤所得滤液可全部投入应用，实现资源最大化利用。

（4）本发明提供的有机硅助剂，用于水性丙烯酸树脂乳液中，可降低树脂的表面光泽度和表面自由能，与传统方法比，不仅省去消光剂的选择和添加，而且大大减轻配方工程师的工作量，简化生产工艺，提高生产效率。

附图说明

图1是原料1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷（I）、甲基丙烯酸烯丙酯（II）与按实施例1制备过程所制备的有机硅助剂真空脱低沸物后（III）的傅里叶红外变换光谱图。

图2是未添加任何有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜（1）与添加按实施例1制备过程所制备的有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜（2）的静态水接触角。

图3是未添加任何有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜在原子力显微镜下的三维形貌图。

图4是添加按实施例1制备过程所制备的有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜在原子力显微镜下的三维形貌图。

图5是按实施例1制备过程所制备的有机硅助剂应用于水性丙烯酸树脂涂膜的X射线光电子能谱图。

图6是按实施例1制备过程所制备的有机硅助剂应用于水性丙烯酸树脂涂膜的傅里叶变换衰减全反射红外光谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本发明以下实施例所用的催化剂氯铂酸异丙醇溶液的制备：将浓度铂含量在为0.005g/ml~0.015g/ml氯铂酸和无水异丙醇混合配成氯铂酸异丙醇溶液，避光静置一周后使用。

实施例1。

（1）在带有搅拌器、温度计、通氮管及冷凝回流装置的50ml三口烧瓶中，加入0.1g2,6-二叔丁基对甲酚、10ml甲基丙烯酸烯丙酯、30ul铂含量为0.008g/ml的氯铂酸异丙醇溶液，通入干燥氮气，搅拌、升温到75℃，滴加23ml1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷，35min左右滴完，降至室温，0.45um的尼龙滤膜过滤，即得有机硅助剂，1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷的转化率为77.04%。

（2）聚丙烯酸酯乳液按表1所示配方合成，工艺如下：将乳化剂的3/5溶解在去离子水中，加入全部单体，在强力搅拌下，使之乳化成均匀的预乳化液。在装有搅拌器、温度计、冷凝管及加料装置的四口烧瓶中，加入去离子水、碳酸氢钠和剩余乳化剂，置于60℃水浴中充分搅拌成均匀底料。取1/10预乳化液放入烧瓶中，加入引发剂水溶液的1/3，升温至80℃后保温10min。同时滴加剩余预乳化液和引发剂水溶液，控制滴加速度，3h后加入10ml有机硅助剂，4.5h滴完预乳化液，5h滴完引发剂水溶液，保温0.5h，降至室温，氨水调节pH=8~9，过200目滤网出料，将乳液用涂布棒在玻璃片上均匀涂覆成200um的湿膜，在50℃的鼓风干燥箱中成膜养护24h后，其表面光泽度为39.2（60°）。另外，未添加有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜的表面光泽度为135.9（60°）。

表1 水性丙烯酸酯乳液基本配方

图1是原料1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷（I）、甲基丙烯酸烯丙酯（II）与本实施例得到的有机硅助剂真空脱低沸物后（III）的傅里叶红外变换光谱图。从图中可见，产物中并未出现Si-H键在2150cm^-1处的特征吸收峰，而仍保留C=C键在1640cm^-1处的的特征吸收峰，表明甲基丙烯酸烯丙酯的一个C=C键与1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷的Si-H键发生加成反应，未参与反应的另一个C=C键使产物可与丙烯酸酯共聚。

图2是未添加本实施例得到的有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜（1）与添加本实施例得到的有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜（2）的静态水接触角。从图可见，有机硅助剂可在一定程度上降低水性丙烯酸树脂涂膜的表面自由能，水接触角从42.0°增大到68.4°。

图3是未添加本实施例得到的有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜在原子力显微镜下的三维形貌图。图4是添加本实施例得到的有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜在原子力显微镜下的三维形貌图。当有机硅助剂添加量为10%时，硅原子在涂膜表面富集形成明显凸起，使其光泽度降低。

图5是本实施例得到的有机硅助剂应用于水性丙烯酸树脂涂膜的X射线光电子能谱图。添加有机硅助剂后，水性丙烯酸树脂涂膜表面硅含量达到3.96%，说明随着聚合物乳液中有机硅助剂含量的增加，硅原子逐渐在涂膜表面富集，使其表面水接触角增加。

图6是本实施例得到的有机硅助剂应用于水性丙烯酸树脂涂膜的傅里叶变换衰减全反射红外光谱图。从图可见，3400cm^-1处是羟基峰，1160cm^-1处是Si-O-Si反对称伸缩振动峰，说明在聚合过程中有机硅助剂发生水解，产生了少量的醇，并通过Si-O-Si进一步聚合形成网状高聚物。

实施例2。

（1）在带有搅拌器、温度计、通氮管及冷凝回流装置的50ml三口烧瓶中，加入0.1g2,6-二叔丁基对甲酚、10ml甲基丙烯酸烯丙酯、30ul铂含量为0.008g/ml的氯铂酸异丙醇溶液，通入干燥氮气，搅拌、升温到85℃，滴加23ml1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷，35min左右滴完，降至室温，0.22um的尼龙滤膜过滤，即得有机硅助剂，1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷的转化率为81.77%。

（2）聚丙烯酸酯乳液按表1所示配方合成，工艺如下：将乳化剂的3/5溶解在去离子水中，加入全部单体，在强力搅拌下，使之乳化成均匀的预乳化液。在装有搅拌器、温度计、冷凝管及加料装置的四口烧瓶中，加入去离子水、碳酸氢钠和剩余乳化剂，置于60℃水浴中充分搅拌成均匀底料。取1/10预乳化液放入烧瓶中，加入引发剂水溶液的1/3，升温至80℃后保温10min。同时滴加剩余预乳化液和引发剂水溶液，控制滴加速度，3h后加入10ml有机硅助剂，4.5h滴完预乳化液，5h滴完引发剂水溶液，保温0.5h，降至室温，氨水调节pH=8~9，过200目滤网出料，将乳液用涂布棒在玻璃片上均匀涂覆成200um的湿膜，在50℃的鼓风干燥箱中成膜养护24h后，其表面光泽度为39.4（60°）。另外，未添加有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜的表面光泽度为135（60°）。

实施例3。

（1）在带有搅拌器、温度计、通氮管及冷凝回流装置的50ml三口烧瓶中，加入0.1g2,6-二叔丁基对甲酚、10ml甲基丙烯酸烯丙酯、30ul铂含量为0.008g/ml的氯铂酸异丙醇溶液，通入干燥氮气，搅拌、升温到85℃，滴加20ml1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷，35min左右滴完，降至室温，0.22um的尼龙滤膜过滤，即得有机硅助剂，1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷的转化率为81.94%。

（2）聚丙烯酸酯乳液按表1所示配方合成，工艺如下：将乳化剂的3/5溶解在去离子水中，加入全部单体，在强力搅拌下，使之乳化成均匀的预乳化液。在装有搅拌器、温度计、冷凝管及加料装置的四口烧瓶中，加入去离子水、碳酸氢钠和剩余乳化剂，置于60℃水浴中充分搅拌成均匀底料。取1/10预乳化液放入烧瓶中，加入引发剂水溶液的1/3，升温至80℃后保温10min。同时滴加剩余预乳化液和引发剂水溶液，控制滴加速度，3h后加入10ml有机硅助剂，4.5h滴完预乳化液，5h滴完引发剂水溶液，保温0.5h，降至室温，氨水调节pH=8~9，过200目滤网出料，将乳液用涂布棒在玻璃片上均匀涂覆成200um的湿膜，在50℃的鼓风干燥箱中成膜养护24h后，其表面光泽度为38.7（60°）。另外，未添加有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜的表面光泽度为135（60°）。

实施例4。

（1）在带有搅拌器、温度计、通氮管及冷凝回流装置的50ml三口烧瓶中，加入0.1g2,6-二叔丁基对甲酚、10ml甲基丙烯酸烯丙酯、30ul铂含量为0.008g/ml的氯铂酸异丙醇溶液，通入干燥氮气，搅拌、升温到85℃，滴加23ml1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷，35min左右滴完，滴完后保温反应1h，降至室温，0.45um的尼龙滤膜过滤，即得有机硅助剂，1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷的转化率为88.08%。

（2）聚丙烯酸酯乳液按表1所示配方合成，工艺如下：将乳化剂的3/5溶解在去离子水中，加入全部单体，在强力搅拌下，使之乳化成均匀的预乳化液。在装有搅拌器、温度计、冷凝管及加料装置的四口烧瓶中，加入去离子水、碳酸氢钠和剩余乳化剂，置于60℃水浴中充分搅拌成均匀底料。取1/10预乳化液放入烧瓶中，加入引发剂水溶液的1/3，升温至80℃后保温10min。同时滴加剩余预乳化液和引发剂水溶液，控制滴加速度，3h后加入10ml有机硅助剂，4.5h滴完预乳化液，5h滴完引发剂水溶液，保温0.5h，降至室温，氨水调节pH=8~9，过200目滤网出料，将乳液用涂布棒在玻璃片上均匀涂覆成200um的湿膜，在50℃的鼓风干燥箱中成膜养护24h后，其表面光泽度为39.1（60°）。另外，未添加有机硅助剂的水性丙烯酸树脂涂膜的表面光泽度为136（60°）。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求及其等效物界定。