一种自缩合型有机硅乳液及其制备方法与流程

本发明涉及有机硅乳液，更具体地说，是涉及一种自缩合型有机硅乳液及其制备方法。

背景技术：

1、有机硅因其化学结构独特，因此具有较好的耐热性、透气性、柔软性、低表面能等特性，可以广泛地应用于建筑、纺织、化妆品等行业。通常情况下，未交联固化的硅油并不具备任何的机械性能，所以往往需要在活性硅油体系内添加一定分量的金属催化剂来促进活性基团之间的反应。目前比较常用的金属催化剂为有机锡催化剂或铂金类催化剂，缩合体系来说为锡类催化剂，但具备一定的毒性，使用领域受到限制；而铂金类催化剂则为加成体系，此体系成本较高，且体系内部存在的抑制剂需高温处理，否则需要制备成双组份体系，使用前需要混合处理，较为麻烦。还有一部分防水有机硅乳液往往是硅烷与硅树脂或单纯的硅烷乳液，虽然能够在无催化剂下反应，但是存在大量水解的游离小分子，造成voc含量较高，且有些仅为基材表面改性，力学强度差，无法满足高端领域的需要。

2、公开号为cn102219551a的中国专利公开了一种具有呼吸功能的有机硅防水剂，由活性成分、溶剂和催化剂组成，其特征在于活性成分是由烷基硅氧烷偶联剂和/氟代烷基硅氧烷偶联剂与溶剂混合后，在酸或碱的作用下，经水解反应制得：硅氧烷偶联剂结构式为：rn-si(or’)4-n，式中r为碳原子数3～12的饱和长链烷基，或者全氟代或部分氟代的碳原子数为3～12的饱和长链烷基，r’为甲基或乙基，n为1或2；该防水剂通过引入氟代烷基硅氧烷，不仅具有优异的防水性能和呼吸性能，还具有良好的附着力、耐酸碱、耐老化等优点。但是此方法得到的仅为基材表面改性功能的防水剂，机械性能较差、且存在大量溶剂。

3、公开号为cn103043946a的中国专利公开了一种有机硅防水乳液，所述有机硅防水乳液由以下原料按照重量份配比组成：含有活性基团的硅烷或硅氧烷1～100份，硅烷偶联剂4～100份，乳化剂1～20份和水600～22000份；本发明还提供其制备方法，包括：1)将含有活性基团的硅烷或硅氧烷和水加入带有搅拌器的反应釜中，搅拌约0.8～1.2小时；2)将硅烷偶联剂、乳化剂和水加入到另一带有搅拌器的反应釜中，搅拌约1.5～2.5小时；3)将步骤1)和步骤2)得到的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行乳化，制得奶白色的有机硅防水乳液；该乳液具有渗透力强和防水性能持久的优点。但是，因为此防水剂的主要活性成分为硅烷偶联剂，所以在固化过程中会产生大量的低分子物质，且此防水剂仅仅适用于混凝土等建筑行业。

4、公开号为cn103787612a的中国专利公开了一种乳液型防水防霉有机硅防水剂的制备方法，其制备步骤如下：首先在塑料杯中，加入辛基三乙氧基硅烷、硅树脂预聚物和非离子表面活性剂搅拌均匀，然后倒入高剪切乳化机内，分多次加入去离子水，然后加入缓冲液，使ph为6～7，得到40％的防水剂乳液，然后在40％的防水剂乳液内加入硅烷季铵盐，搅拌均匀，便得防水防霉浓缩液a。但是该制备方法存在大量水解物，且产品力学强度低。

5、公开号为cn104327723a的中国专利公开了一种透明高弹性有机硅防水剂及其制备方法，将端羟基聚硅氧烷、甲基三乙氧基硅烷低聚体、溶剂加入高速搅拌器混合均匀，然后加入有机锡催化剂，搅拌均匀，制得透明高弹性有机硅防水剂。但是，此方法制得的防水剂存在大量有机溶剂和锡催化剂，污染环境。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供了一种环境友好、制备方法简单、施工简便的自缩合型“软-硬”段结构有机硅乳液及其制备方法；所述乳液具有室温/热下的自缩合固化特性，固化过程中无需金属催化剂的使用，有机硅乳液通过“一锅法”进行制备，摒弃了乳化过程中利用泵体滴加水相的过程，通过高压均质机的高压做功物料会同时受到高速剪切、高频震荡、空穴现象和对流撞击等机械力作用和相应的热效应，将前期混合过程中形成的亚稳态、粒径较大的粗乳液分散形成微米级有机硅乳液。

2、本发明提供了一种自缩合型有机硅乳液，由包括以下组分的原料制备而成：

3、线性聚二甲基硅氧烷250重量份～400重量份；

4、硅树脂50重量份～100重量份；

5、功能性助剂50重量份～100重量份；

6、表面活性剂30重量份～70重量份；

7、水330重量份～620重量份；

8、所述硅树脂的单元链节为：

9、[r’3sio0.5]m[r”sio1.5]t[sio2]q；

10、其中，r’、r”独立的选自苯基、甲基、乙基、氨乙基或氨丙基，(r’+r”)/si为1.1～1.5，羟基含量为0.5％～4％。

11、优选的，所述线性聚二甲基硅氧烷的结构式为：

12、

13、其中，n为280～1500，m为200～800，r为甲氧基、乙氧基或羟基，r3为甲基、乙烯基、苯基、三氟丙基或碳原子数为8～16的烷烃。

14、优选的，所述功能性助剂的结构式为：

15、

16、其中，r1为甲基、甲氧基、乙氧基或羟基，r2为苯基或由芳香基、氨基、脲基、甲基丙烯酰氧基、巯基或环氧基取代的碳原子数为2～10的烷烃基，p+q为15～80，其中p为10～70，q为5～20。

17、优选的，所述表面活性剂选自非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂中的一种或多种；其中，非离子表面活性剂选自司盘系列、吐温系列、聚乙二醇脂肪酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、石蜡乳化剂中的一种或多种，阳离子表面活性剂选自脂肪胺盐、乙醇胺盐、聚乙烯多胺盐中的一种或多种，阴离子表面活性剂选自阴离子聚丙烯酰胺、脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐中的一种或多种。

18、本发明还提供了一种上述技术方案所述的自缩合型有机硅乳液的制备方法，包括以下步骤：

19、a)将线性聚二甲基硅氧烷、硅树脂和功能性助剂混合，形成均匀的有机硅混合物；

20、b)将步骤a)得到的有机硅混合物与表面活性剂、水混合，形成基础乳液；

21、c)将步骤b)得到的基础乳液进行均质处理，再依次经调节ph、预固化和中和处理，得到自缩合型有机硅乳液。

22、优选的，所述步骤b)具体为：

23、将表面活性剂与步骤a)得到的有机硅混合物搅拌混合均匀，再在强力搅拌条件下滴加水，形成基础乳液。

24、优选的，所述强力搅拌的转速为1000r/min～2000r/min。

25、优选的，步骤c)中所述均质处理采用高压均质机进行；所述均质处理的压力为400bar～800bar。

26、优选的，步骤c)中所述依次经调节ph、预固化和中和处理的过程具体为：

27、向均质处理后的基础乳液中加入碱使ph≥10，预固化5h～8h后，加入酸进行中和，得到自缩合型有机硅乳液；

28、或，

29、向均质处理后的基础乳液中加入酸使ph≤4，预固化5h～8h后，加入碱进行中和，得到自缩合型有机硅乳液。

30、优选的，所述碱选自无机碱和/或有机碱；其中，无机碱选自氢氧化钠和/或氢氧化钾，有机碱选自三乙胺和/或二乙胺；

31、所述酸选自无机酸和/或有机酸；其中，无机酸选自盐酸和/或硫酸，有机酸选自柠檬酸和/或醋酸。

32、本发明提供了一种自缩合型有机硅乳液，由包括以下组分的原料制备而成：线性聚二甲基硅氧烷250重量份～400重量份；硅树脂50重量份～100重量份；功能性助剂50重量份～100重量份；表面活性剂30重量份～70重量份；水330重量份～620重量份；所述硅树脂的单元链节为：[r’3sio0.5]m[r”sio1.5]t[sio2]q；其中，r’、r”独立的选自苯基、甲基、乙基、氨乙基或氨丙基，(r’+r”)/si为1.1～1.5，羟基含量为0.5％～4％。与现有技术相比，本发明提供的自缩合型有机硅乳液采用特定含量组分，实现较好的相互作用，具有如下优点：(1)无需催化剂：得到自缩合型“软-硬”段结构有机硅乳液，该乳液不需要催化剂，就能在室温下随着水分挥发进行自缩合反应固化成膜；(2)安全环保：通过配方调节可达到无voc，并具备生理惰性的特点；(3)性能可调：通过调整硅树脂占配方中的总比例可调节自缩合后“软-硬”嵌段涂层的性能，调节硅树脂中m、t与q的比例也可调节涂层的性能；(4)使用简单：无需高温加热，室温即可自缩合固化形成“软-硬”嵌段的聚合物防水涂层；(5)应用广泛：可广泛应用在化妆品、混凝土防水、涂料手感改性、织物防水等领域。

33、此外，本发明还可根据需要选择添加色浆、水溶性硅溶胶、防霉剂、增强剂等成分，其它成分的添加不会影响该乳液的基本性能；通过添加不同的功能性助剂，提供的特殊基团分子间作用力能增强对基材的粘接作用，能适用于各种基材表面的防水。

34、另外，本发明提供的制备方法工艺简单、易操作，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。