纳米SiO／有机硅／聚丙烯酸酯复合乳液的合成.PDF

维普资讯 第 23卷 第 l2期 武 汉 理 工 大 学 学 报 Vo】23 No．12 2001年 12月 JOURNAL OFW UHAN UNIVERSrTY OF TECHNOLOGY Dee．8001 文章编号 ：lO00Z405(2001)12—0016-04 纳米 SiO。／有机硅 ／聚丙烯酸酯复合乳液的合成 鹿金兴 熊 焰 张超灿 吴力立 (武汉理工大学) 摘 要： 姒夸有共聚基 目的有机硅化合物改性蚺米SiO：．通过与丙烯醺酯单体共聚．合成了一系列纳米SiO。／有机硅氧 烷 ／聚丙烯醢酯复合乳液 ．其硅质量分数可咀在 5％～7O 之 间连续变化．研究了反应时间、单体配比、合成工艺和加料 方式等多种 因素对反应进程和乳洼性能的影响。 美键词 ： 纳米粒子} 硅一丙乳液 ： 乳液聚合； 梯度功能材料 中图法分类号 ： TQ 3163 文献标识码 ： A 聚丙烯酸酯类乳液具有成膜性好、强度高和粘结性好的特点，在化学建材 、纺织、皮革等生产领域应用广 泛 。有机聚硅氧烷具有许多优异的性能，如很低的玻璃化转变温度、很高的耐热性、优 良的耐候性和憎水性 等。因此，从梯度功能材料的概念出发，合成有机硅一丙烯酸酯共聚乳液，制备兼具两者优异性能的新型梯度 功能材料，使其一侧表面具有有机硅本身的耐老化、长寿命、抗污 自洁、耐溶剂及防水的优点，而另一侧表面 则具有聚丙烯酸酯的优良粘接性，其应用前景将是十分广泛的。但是，据文献所载 ’以及笔者多次实验表 明，采用普通的有机硅氧烷共聚改性聚丙烯酸酯乳液的方法，由于有机硅氧烷的自身缩合交联反应，所得乳 液中有机硅质量分数通常只能达到15 左右。而硅质量分数 15 的上限显然是远远达不到形成硅一丙梯度 分布层的最低要求的。因此 ，寻找适 当途径，合成高含硅量的有机硅 丙烯酸酯共聚乳液，突破 l5 这个硅质 量分数 的“瓶颈”，是化学工作者迫切需要解决的研究课题。 采 用含有共聚基团的有机硅氧烷在溶液中 “原位包覆”纳米 SiO ，在纳米 SiO 粒子表面形成了 两亲” 性表面结构 ，有效地控制纳米粒子的团聚，使其在溶液 中稳定分散 ，然后再与丙烯酸酯进行乳液聚合 。研制的 乳液粒径小、粒度分布窄、稳定性好；为制备硅 丙梯度功能材料奠定 了基础。 1 实验部分 l_l 主要原料及规格 纳米SiO：溶液(w(SiO!)一20 ，粒径 5～15nm)，自制 ；MATS(硅烷偶联剂)，工业级 ；三 甲基氯硅烷， CP；丙烯酸丁酯 (BA)，CP；甲基丙烯酸 甲酯 (MMA)，CP；丙烯酸 (AA)，CP；过硫酸铵 (APS)，CP。 l_2 实验步骤 1．2．1 纳米 SiO 的表面改性 按参考文献[3]用三甲基氯硅烷对 MATS进行改性 ，然后将产物按配方量加人到纳米 SiOz溶液中，在 90C反应约 1．5h。 1．2．2 乳液合成 将丙烯酸酯单体混合均匀，然后把 (丙烯酸酯)一10 的混合单体和配方量的改性纳米 SiOz溶液加人 到反应装置中，用复合乳化剂充分乳化后 ，加入引发剂总量的 1／2，加热升温至 70℃引发聚合反应 ，因反应 放热而 自动升温至 83c，待器壁回流基本结束后，匀速滴加剩余混合单体和引发剂，维持反应温度在 83℃ 收稿 日期 ：2OOl—lO一09． 作者简介 庞垒兴 (1958一)．男，副教授 ；武汉 ．武汉理工大学理学院应用化学系(430070) *教育部骨干教师资助计划和湖北省教委科学研究计划项 目(98CO73)． 维普资讯 第 23卷 第 l2期 庞金兴等 ：纳米 SiO：／有机硅 ／聚丙烯酸酯复舍乳液的合成 17 左右 ，约 2～3h加完，在 90～95C继续反应 0．5～1h。反应结束后，降温至 40C以下，过 300目筛，即得纳 米 SiO!／有机硅氧烷 ／聚丙烯酸酯复合乳液。 2 乳液性能测试 按照合成树脂乳液国标测试所得乳液的技术性能，结果见表 1