專利名稱：一種陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子材料制備領(lǐng)域，具體是一種陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體及其制備方法。
背景技術(shù)：
陽離子丙烯酸酯聚合物是指采用陽離子型表面活性劑或陽離子丙烯酸酯類單體制得的聚合物或共聚物，其基本特征是聚合物表面或聚合物本身帶正電荷。陽離子型丙烯酸樹脂由于表面或其自身帶正電荷，因此在很多方面具有陰離子或非離子型丙烯酸乳液不可比擬的功能，不僅有利于帶負(fù)電荷表面的中和、吸附和粘合，而且還具有殺菌、防塵和抗靜電作用。如陽離子型丙烯酸樹脂用于木器底漆時(shí)，能使木材的天然紋路與本色得到凸現(xiàn)；同時(shí)，陽離子型丙烯酸樹脂與木材中的酯基、羥基等官能團(tuán)產(chǎn)生產(chǎn)生相互作用，起到一定的封油作用。因此，陽離子丙烯酸樹脂的制備與應(yīng)用研究，是目前丙烯酸樹脂研究的熱點(diǎn)之
ο雖然陽離子型丙烯酸樹脂存在著諸多優(yōu)勢(shì)，但是，由于丙烯酸樹脂一般為鏈狀線型結(jié)構(gòu)，屬于熱塑性材料，對(duì)溫度極為敏感，表現(xiàn)為“熱粘冷脆”。此外，丙烯酸樹脂形成的膜耐水性較差，且在有機(jī)溶劑作用下會(huì)發(fā)生溶脹現(xiàn)象，造成涂層脫落，這些都限制了它某些領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。有機(jī)硅結(jié)構(gòu)中主鏈Si-O-Si鍵為無機(jī)結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈為-CH3等有機(jī)基團(tuán)，因而是一典型的半無機(jī)半有機(jī)高分子。有機(jī)硅中Si-O鍵能高，內(nèi)旋轉(zhuǎn)能壘低，分子摩爾體積大、表面能低，這些結(jié)構(gòu)特征使得有機(jī)硅具有優(yōu)異的耐高低溫性、高度的疏水性、耐候性等。通過有機(jī)硅對(duì)丙烯酸酯進(jìn)行改性可以綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，改善丙烯酸酯“熱粘冷脆”、耐水等性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體及其制備方法。本發(fā)明方法制得的陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體均一、透明，具有強(qiáng)防水性、強(qiáng)粘合力以及優(yōu)良的存儲(chǔ)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的制備方法，包括如下步驟(1)以重量份數(shù)計(jì)，將有機(jī)硅單體5.0 13.0份、苯乙烯5.0 13.0份、丙烯酸酯類單體56. 0 74. 0份、引發(fā)劑1. 0 2. 0份、鏈轉(zhuǎn)移劑0 1. 0份混合，攪拌均勻，配制成組合A;(2)將引發(fā)劑0. 2 0. 5份溶于2. 0 5. 0份溶劑中，配制成組合B ；(4)將30. 0 50. 0份溶劑加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至80 100°C，先加入10. 0 20. 0份組合A，反應(yīng)20 40min后，再滴加剩余的組合A，2. 5 3. 5h連續(xù)滴完后，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨8. 0 20. 0份，0. 5 1. 5h連續(xù)滴完，保溫1 2h，再加入組合B，繼續(xù)保溫1 2h后，再降溫至40°C以下；
(4)在聚合反應(yīng)釜中加入13. 5 31. 1份胺類物質(zhì)進(jìn)行中和，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可制得所需陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體。所述有機(jī)硅單體是乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯基三甲氧基硅烷和Y-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的任意一種或以上。所述丙烯酸酯類單體是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸羥乙酯和丙烯酸羥丙酯中的任意一種或以上。所述弓I發(fā)劑是過氧化二苯甲酰或偶氮二異丁氰。所述鏈轉(zhuǎn)移劑是十二硫醇或巰基乙醇。所述溶劑是正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、二氧六環(huán)、甲基丁酮和甲基異丁酮中的任意一種或以上。所述胺類物質(zhì)是氨水或三乙胺。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1)乳液穩(wěn)定性好。由于采用了兩親性的季銨鹽型陽離子單體，使共聚制得的有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂鏈段一端親水一端親油，具有自乳化功能，可以提高乳液的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和稀釋穩(wěn)定性。2)防水性強(qiáng)。由于有機(jī)硅單體本身所具有的特殊結(jié)構(gòu)，使所得的陽離子型有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂具有較好的防水性能。3)粘合力強(qiáng)。本發(fā)明制備的陽離子型有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂本身帶有正電荷，而木材、紙張等天然纖維類基材帶負(fù)電，用此樹脂當(dāng)然可以提高粘合力。4)工藝簡(jiǎn)單且安全環(huán)保。常壓環(huán)境且溫度較低，可操作性強(qiáng)，設(shè)備投資小，利于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對(duì)于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。實(shí)施例1將乙烯基三甲氧基硅烷8. 0g、苯乙烯12.(^、丙烯酸對(duì).(^、甲基丙烯酸甲酯24. 0g、丙烯酸丁酯24. 0g、過氧化苯甲酰1. 5g、十二硫醇1. Og混合，攪拌均勻，配制成組合A ；接著將過氧化苯甲酰0. 3g溶于3. Og正丁醇中，配制成組合B ；將30. Og正丁醇加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至90°C，加入10. Og組合A，反應(yīng)30min后，滴加剩余的組合A，3. 5h連續(xù)滴完后，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨8. Og, 0. 5h連續(xù)滴完，保溫池后加入組分B，繼續(xù)保溫池；然后抽濾，回收部分溶劑以及未反應(yīng)的單體；最后降溫至40°C以下，在聚合反應(yīng)釜中加入27. Og三乙胺進(jìn)行中和，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可制得陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體。制得的陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的性能見表1。實(shí)施例2將乙烯基三乙氧基硅烷5. 0g、苯乙烯11.(^、丙烯酸22.(^、甲基丙烯酸甲酯24. 0g、丙烯酸丁酯28. 0g、過氧化苯甲酰1. 5g、十二硫醇1. Og混合，攪拌均勻，配制成組合A ；接著將過氧化苯甲酰0. 3g溶于3. Og甲基異丁酮中，配制成組合B ；將30. Og甲基異丁酮加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至96°C，加入10. Og組合A，反應(yīng)30min后，滴加剩余的組合A，3. 5h滴完后，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨10. Og, 0. 5h滴完，保溫池后加入組分B，繼續(xù)保溫池；然后抽濾，回收部分溶劑以及未反應(yīng)的單體；最后降溫至40°c以下，在聚合反應(yīng)釜中加入24. 7g三乙胺進(jìn)行中和，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可制得陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體。制得的陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的性能見表1。實(shí)施例3將丙烯基三甲氧基硅烷12.0g、苯乙烯13.(^、丙烯酸20.(^、甲基丙烯酸甲酯
21.0g、丙烯酸丁酯22. 0g、過氧化苯甲酰2. 0g、巰基乙醇1. Og混合，攪拌均勻，配制成組合A ；接著將過氧化苯甲酰0. 5g溶于5. Og正丙醇中，配制成組合B ；將30. Og正丙醇加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至90°C，加入10. Og組合A，反應(yīng)30min后，滴加剩余的組合A，3h滴完后，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨12. 0g, Ih滴完，保溫池后加入組分B，繼續(xù)保溫2h ；然后抽濾，回收部分溶劑以及未反應(yīng)的單體；最后降溫至40°C以下，在聚合反應(yīng)釜中加入31. Ig氨水進(jìn)行中和，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可制得陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體。制得的陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的性能見表1。實(shí)施例4將Y -甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷12. 0g、苯乙烯9. 0g、甲基丙烯酸18. 0g、甲基丙烯酸甲酯25. 0g、丙烯酸丁酯22. 0g、過氧化苯甲酰2. Og混合，攪拌均勻，配制成組合A ；接著將過氧化苯甲酰0. 5g溶于5. Og 二氧六環(huán)中，配制成組合B ；將50. Og 二氧六環(huán)加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至96°C，加入10. Og組合A，反應(yīng)30min后，滴加剩余的組合A，3h滴完后，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨14. 0g, Ih滴完，保溫池后加入組分B，繼續(xù)保溫2h ；然后抽濾，回收部分溶劑以及未反應(yīng)的單體；最后降溫至40°C以下，在聚合反應(yīng)釜中加入23. 4g氨水進(jìn)行中和，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可制得陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體。制得的陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的性能見表1。實(shí)施例5將γ -甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷11. 0g、苯乙烯12g、甲基丙烯酸18g、甲基丙烯酸甲酯22. 0g、丙烯酸丁酯22. 0g、丙烯酸羥丙酯1. 0g、偶氮二異丁氰1. 0g、巰基乙醇1. Og混合，攪拌均勻，配制成組合A ；接著將過氧化苯甲酰0. 2g溶于2. Og異丁醇中，配制成組合B ；將50. Og異丁醇加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至80°C，加入20. Og組合A，反應(yīng)40min后，滴加剩余的組合Adh滴完后，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨14. 0g, Ih滴完，保溫池后加入組分B，繼續(xù)保溫池；然后抽濾，回收部分溶劑以及未反應(yīng)的單體；最后降溫至400C以下，在聚合反應(yīng)釜中加入23. 4g氨水進(jìn)行中和，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可制得陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體。制得的陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的性能見表1。實(shí)施例6將乙烯基三乙氧基硅烷7. 0g、苯乙烯12. 0g、甲基丙烯酸16. 0g、甲基丙烯酸甲酯
22.0g、丙烯酸丁酯26. 5g、丙烯酸羥丙酯0. 5g、偶氮二異丁氰1. 0g、十二硫醇1. Og混合，攪拌均勻，配制成組合A ；接著將偶氮二異丁氰0. 2g溶于2. Og甲基丁酮中，配制成組合B ；將40. Og甲基丁酮加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至85°C，加入20. Og組合A，反應(yīng)40min后，滴加剩余的組合A，3h滴完后，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨16. 0g, Ih滴完，保溫池后加入組分B，繼續(xù)保溫池；然后抽濾，回收部分溶劑以及未反應(yīng)的單體；最后降溫至40°C以下，在聚合反應(yīng)釜中加入20. Sg氨水進(jìn)行中和，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可制得陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體。制得的陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的性能見表1。實(shí)施例7將乙烯基三甲氧基硅烷13.0g、苯乙烯5.0g、丙烯酸14. 0g、甲基丙烯酸甲酯29. 0g、丙烯酸丁酯20. 0g、丙烯酸羥乙酯1. 0g、偶氮二異丁氰1. 0g、巰基乙醇1. Og混合，攪拌均勻，配制成組合A ；接著將過氧化苯甲酰0. 2g溶于2. Og異丙醇中，配制成組合B ；將40. Og異丙醇加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至80°C，加入20. Og組合A，反應(yīng)30min后，滴加剩余的組合A，2.證滴完后，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨18. Og, 1.證滴完，保溫池后加入組分B，繼續(xù)保溫池；然后抽濾，回收部分溶劑以及未反應(yīng)的單體；最后降溫至40°C以下，在聚合反應(yīng)釜中加入15. 7g三乙胺進(jìn)行中和，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可制得陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體。制得的陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的性能見表1。實(shí)施例8將乙烯基三乙氧基硅烷12.0g、苯乙烯12.0g、丙烯酸12. 0g、甲基丙烯酸甲酯22. 0g、丙烯酸丁酯21. 5g、丙烯酸羥乙酯0. 5g、偶氮二異丁氰1. Og混合，攪拌均勻，配制成組合A ；接著將過氧化苯甲酰0. 2g溶于2. Og異丁醇中，配制成組合B ；將30. Og異丁醇加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至85°C，加入20. Og組合A，反應(yīng)30min后，滴加剩余的組合A，2. 5h滴完后，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨20. 0g，1. 滴完，保溫池后加入組分B，繼續(xù)保溫池；然后抽濾，回收部分溶劑以及未反應(yīng)的單體；最后降溫至40°C以下，在聚合反應(yīng)釜中加入13. 5g三乙胺進(jìn)行中和，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可制得陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體。制得的陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的性能見表1。所得陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的性能見表1。表1陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的各項(xiàng)性能參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)以重量份數(shù)計(jì)，將有機(jī)硅單體5.(Γ13. 0份、苯乙烯5. (Γ13. 0份、丙烯酸酯類單體56. (Γ74. 0份、引發(fā)劑1. (Γ2. 0份、鏈轉(zhuǎn)移劑(Tl. 0份混合，攪拌均勻，配制成組合A ；(2)將引發(fā)劑0.2^0. 5份溶于2. 0 5. 0份溶劑中，配制成組合B ；(4)將30. (Γ50. 0份溶劑加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至8(TlO(rC，先加入10. 0 20. 0份組合A，反應(yīng)2(T40min后，再滴加剩余的組合A，2. 5^3.證連續(xù)滴完后，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨8. (Γ20. 0份，0. 5 1. 5h連續(xù)滴完，保溫廣2 h，再加入組合B，繼續(xù)保溫Γ2 h后，再降溫至40°C以下；(4)在聚合反應(yīng)釜中加入13. 5^31. 1份胺類物質(zhì)進(jìn)行中和，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可制得所需一種陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)硅單體是乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯基三甲氧基硅烷和Y -甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的任意一種或以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述丙烯酸酯類單體是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸羥乙酯和丙烯酸羥丙酯中的任意一種或以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述引發(fā)劑是過氧化二苯甲?；蚺嫉惗∏?。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述鏈轉(zhuǎn)移劑是十二硫醇或巰基乙
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述溶劑是正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、二氧六環(huán)、甲基丁酮和甲基異丁酮中的任意一種或以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述胺類物質(zhì)是氨水或三乙胺。
8.一種陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體，其特征在于，由權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述方法制備而成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陽離子型有機(jī)硅-丙烯酸酯水分散體及其制備方法，包括以重量份數(shù)計(jì)，將有機(jī)硅單體5~13份、苯乙烯5~13份、丙烯酸酯類單體56~74份、引發(fā)劑1~2份、鏈轉(zhuǎn)移劑0~1份混合，配成組合A；將引發(fā)劑0.2~0.5份溶于2~5份溶劑中，配成組合B；將30~50份溶劑加入聚合反應(yīng)釜中，升溫至80~100℃，先加入10~20份組合A，再滴加剩余的組合A，接著滴加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨8~20份，再加入組合B；在反應(yīng)釜中加入13.5~27.0份胺類物質(zhì)，并將反應(yīng)產(chǎn)物用水進(jìn)行分散，即可。本發(fā)明所制得的產(chǎn)物均一、透明，具有強(qiáng)防水性、強(qiáng)粘合力以及優(yōu)良的存儲(chǔ)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能。
文檔編號(hào)C08F212/08GK102382236SQ201110251418
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者涂偉萍, 王楊勇, 王 鋒, 胡劍青 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)