一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法：将阳离子单体、乙烯基单体、全氟烷基(甲基)丙烯酸酯、有机硅单体、交联单体和有机溶剂混合均匀得混合物溶液A；将混合物溶液A和油溶性引发剂混合得到混合物溶液B，将混合物溶液B预乳化后在40-80℃下聚合2-4小时后得到溶液C，加水后直接蒸馏除去有机溶剂，加入水溶性引发剂得混合物，在搅拌下于50-90℃聚合4-7小时得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液，本发明的优点是：乳液防水防油性能好，乳液涂膜柔韧性、透气性好，安全环保。
【专利说明】一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子化学乳液聚合领域，特别涉及一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法。
【背景技术】
[0002]聚丙烯酸酯乳液的成膜性好、施工性好、涂膜耐碱、保色性好、无污染，现已得到广泛应用。但其耐沾污性、耐候性、耐热性、耐油性等尚不尽如人意，因此对聚丙烯酸酯还需要进一步的优化。含氟聚丙烯酸酯由于分子结构中存在C-F键，氟原子紧密地排列在碳主链的周围，从而能够增加聚合物的拒水性、拒油性、耐沾污性、热稳定性、耐化学溶剂等性能。近年来，含氟聚丙烯酸酯乳液已被广泛的应用于功能涂料、纺织整理、微电子等行业。但从目前的使用情况看，含氟聚丙烯酸酯乳液仍存在成膜透气性和柔韧性差的问题，这对涂层的性能很不利，显著影响了其应用性能。
[0003]有机硅化合物属于半无机高分子化合物，S1-O键的键能比C-C键的键能高，赋予涂膜优良的耐热、耐候性、耐老化性，并且键长比C-C长，使硅氧烷链非常柔软，有利于提高涂膜柔韧性，且体系的自由体积大，有利于小分子气体通过，所以其涂膜具有较好的透气性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法。
[0005]为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。
[0006]I)将阳离子单体、乙烯基单体、全氟烷基(甲基)丙烯酸酯、有机硅单体、交联单体和低沸点有机溶剂按阳离子单体:乙烯基单体:全氟烷基(甲基)丙烯酸酯:有机硅单体:交联单体:低沸点有机溶剂的质量比为(0.2-0.5): (0.9-1.5): I: (0.1-0.2): (0.01-0.03): (0.3-1.2)的比例混合均匀得混合物溶液A ;
[0007]2)将混合物溶液A和油溶性引发剂按全氟烷基(甲基)丙烯酸酯:油溶性引发剂的质量比为1: 0.005-0.02的比例混合均匀得到混合物溶液B，将混合物溶液B在40-80°C下聚合2-4小时得到溶液C，然后边搅拌边向溶液C中添加水，溶液C和水的质量比为1: 2.5-4，加水后蒸馏除去有机溶剂得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物；
[0008]3)向阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物中加入水溶性引发剂，然后在搅拌下于50-90°C聚合4-7小时得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液，水溶性引发剂与全氟烷基(甲基)丙烯酸酯的质量比为0.01-0.05: I。
[0009]所述阳离子单体为季铵盐型阳离子单体，可以为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或甲
基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
[0010]所述乙烯基单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯或甲基丙烯酸己酯。
[0011]所述全氟烷基(甲基)丙烯酸酯的分子式为CH2 = (R) C (O) CO (CH2)2 (CF2)nCF3,式中 R 为 H 或 CH3, η 为 1、3、5、7、9、11、13、15 或 17。
[0012]所述有机硅单体为Y -甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。
[0013]所述交联单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯或甲基丙烯酸羟乙酯。
[0014]所述低沸点有机溶剂为丙酮、甲乙酮、四氢呋喃、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、正己烷、环己烷或石油醚。
[0015]所述油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化苯甲酰。
[0016]所述水溶性引发剂为过硫酸盐型引发剂，可以为过硫酸铵或过硫酸钾。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0018]1.乳液防水防油性能好:由于聚丙烯酸酯链段中同时引入了有机氟和有机硅链段，因此大大降低了涂层的表面自由能，使防水防油性能大幅提升。[0019]2.乳液涂膜柔韧性、透气性好:由于聚合物链段中引入了有机硅柔性链段，涂膜附着力好，不容易产生裂纹、剥落现象，涂膜透气性好，应用范围广。
[0020]3.安全环保:采用本发明可以完全消除小分子乳化剂和有机溶剂对产品应用性能和环境保护的不利影响，提高了聚合物的表面性能，消除产品中的有机挥发物。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例对本发明做详细说明。
[0022]实施例1:
[0023](I)将45g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、92g丙烯酸丁酯、100g全氟烷基甲基丙烯酸酯(CH2 = (R) C (O) CO (CH2)2 (CF2)nCF3,式中R为CH3, η为9)、13g Y -甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、2g丙烯酸羟丙酯和80g丙酮混合均匀制得混合物溶液A ；
[0024](2)将混合物溶液A和2g偶氮二异丁腈混合搅拌均匀得到混合物溶液B，混合物溶液B在60°C下聚合2.5小时后得到溶液C ;然后边搅拌边在溶液C中添加850g水，搅拌均匀后直接蒸馏(60°C，常压)除去丙酮，得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物；
[0025](3)向阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物中加入1.2g过硫酸铵，然后搅拌下于80°C聚合5小时即可得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液。
[0026]实施例2:
[0027](I)将30g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、115g甲基丙烯酸乙酯、100g全氟烷基甲基丙烯酸酯(CH2 = (R) C(O) CO(CH2)2 (CF2)nCF3,式中R为CH3, η为5)、18g乙烯基三乙氧基硅烷、1.5g丙烯酸羟乙酯和100g环己烷混合均匀制得混合物溶液A ;
[0028](2)将混合物溶液A和0.Sg过氧化苯甲酰混合搅拌均匀得到混合物溶液B，混合物溶液B在45°C下聚合4小时后得到溶液C ;然后边搅拌边在溶液C中添加1460g水，搅拌均匀后直接蒸馏(82°C，常压)除去环己烷，得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物；
[0029](3)向阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物中加入2.5g过硫酸铵，然后搅拌下于85°C聚合4.5小时即可得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液。
[0030]实施例3:
[0031](I)将20g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、130g丙烯酸甲酯、100g全氟烷基丙烯酸酯(CH2= (R) C (O) CO (CH2)2 (CF2)nCF3,式中R为H，η为13)、15g Y -甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、2.5g丙烯酸羟乙酯和50g乙酸乙酯混合均匀制得混合物溶液A ;
[0032] (2)将混合物溶液A和0.6g偶氮二异丁腈混合搅拌均匀得到混合物溶液B，混合物溶液B在50°C下聚合3.5小时后得到溶液C ;然后边搅拌边在溶液C中添加800g水，搅拌均匀后直接蒸馏(80°C，常压)除去乙酸乙酯，得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物；
[0033](3)向阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物中加入4g过硫酸钾，然后搅拌下于65°C聚合6小时即可得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液。
[0034]实施例4:
[0035](1)将50g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、120g甲基丙烯酸己酯、100g全氟烷基丙烯酸酯(CH2 = (R) C (O) CO (CH2)2 (CF2)nCF3,式中R为H，η为15)、IOg乙烯基三乙氧基硅烷、
1.5g丙烯酸羟丁酯和60g四氢呋喃混合均匀制得混合物溶液A ；
[0036](2)将混合物溶液A和0.6g偶氮二异庚腈混合搅拌均匀得到混合物溶液B，混合物溶液B在78°C下聚合2小时后得到溶液C ;然后边搅拌边在溶液C中添加1050g水，搅拌均匀后直接蒸馏(70°C，常压)除去四氢呋喃，得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物；
[0037](3)向阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物中加入3.2g过硫酸钾，然后搅拌下于55°C聚合7小时即可得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液。
[0038]实施例1-4制备的无皂乳液成膜具体性能检测:
[0039]测试方法:防水、防油性能采用静滴法分别通过JC2000A接触角测定仪(上海中晨公司)测量膜(成膜方法:常温下干燥，流延成膜)的水和二碘甲烷静态接触角；柔韧性采用漆膜柔韧性测定仪(中村光学仪器厂)按GB1731-1993测试，以不引起漆膜破坏的最小轴棒直径表示柔韧性，分为1-7级；透气性采用LFY-216S塑料薄膜透湿量测定仪(山东省纺织科学研究院)按照GB/T1037—1988标准《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法-杯式法》测试。
[0040]通过实验对1-6号样品的防水性、防油性、柔韧性和透气性进行检测，其中，1-4号分别采用实施例1-4中的阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液，5号采用既不含氟又不含硅的阳离子聚丙烯酯无皂乳液，6号采用含氟但不含硅的阳离子聚丙烯酸酯无皂乳液。具体检测结果如表1所示:
[0041]表1
[0042]
【权利要求】
1.一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将阳离子单体、乙烯基单体、全氟烷基(甲基)丙烯酸酯、有机硅单体、交联单体和有机溶剂按阳离子单体:乙烯基单体:全氟烷基(甲基)丙烯酸酯:有机硅单体:交联单体:有机溶剂的质量比为(0.2-0.5): (0.9-1.5): I: (0.1-0.2): (0.01-0.03): (0.3-1? 2)的比例混合均匀得混合物溶液A ； 2)将混合物溶液A和油溶性引发剂按全氟烷基(甲基)丙烯酸酯:油溶性引发剂的质量比为1: 0.005-0.02的比例混合均匀得到混合物溶液B，将混合物溶液B在40_80°C下聚合2-4小时得到溶液C，然后边搅拌边向溶液C中添加水，溶液C和水的质量比为I: 2.5-4，加水后蒸馏除去有机溶剂得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物； 3)向阳离子氟硅聚丙烯酸酯预聚物中加入水溶性引发剂，然后在搅拌下于50-90°C聚合4-7小时得到阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液，水溶性引发剂与全氟烷基(甲基)丙烯酸酯的质量比为0.01-0.05: I。
2.根据权利要求1所述一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法，其特征在于:所述阳离子单体为季铵盐型阳离子单体。
3.根据权利要求1所述一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法，其特征在于:所述乙烯基单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯或甲基丙烯酸己酯。
4.根据权利要求1所述一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法，其特征在于:所述全氟烷基(甲基)丙烯酸酯的分子式为CH2 = (R) C (O) CO (CH2)2 (CF2)nCF3,式中R为H 或 CH3, η 为 1、3 、5、7、9、11、13、15 或 17。
5.根据权利要求1所述一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法，其特征在于:所述有机硅单体为Y-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法，其特征在于:所述交联单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯或甲基丙烯酸羟乙酯。
7.根据权利要求1所述一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法，其特征在于:所述有机溶剂为丙酮、甲乙酮、四氢呋喃、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、正己烷、环己烷或石油醚。
8.根据权利要求1所述一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法，其特征在于:所述油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化苯甲酰。
9.根据权利要求1所述一种阳离子氟硅聚丙烯酸酯无皂乳液的制备方法，其特征在于:所述水溶性引发剂为过硫酸盐型引发剂。
【文档编号】C08F220/24GK103936920SQ201410181949
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】李培枝, 刘晨迪, 杨晓武, 沈一丁, 牛育华, 赵志芳, 罗巧丽 申请人:陕西农产品加工技术研究院