負(fù)載納米二氧化硅的蠟水性分散體及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明屬于精細(xì)化工聚合物材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及水性涂料、油墨功能助劑范疇，具體是一種負(fù)載納米二氧化硅的蠟水性分散體及其制備方法和用途。是納米級的二氧化硅粒子通過硅烷偶聯(lián)劑負(fù)載在微米級的蠟顆粒上形成的有機無機復(fù)合水性分散體，分散體中總固含量20-35%；分散體固體顆粒粒徑Dv50不大于2μ。本發(fā)明負(fù)載納米二氧化硅的聚乙烯蠟水性分散體，用作涂料、油墨、皮革涂飾，織物整理的助劑，起耐摩擦、耐沾污、耐磨損、消光、易擦洗等作用。
【專利說明】負(fù)載納米二氧化硅的蠟水性分散體及其制備方法和用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精細(xì)化工聚合物材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及水性涂料、油墨功能助劑范疇，具體是一種負(fù)載納米二氧化硅的聚乙烯蠟水性分散體及其制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)水性涂料、油墨中，填加超細(xì)二氧化硅作為消光劑。蠟粉也被用作消光劑、抗摩擦和耐沾污助劑。蠟改性二氧化硅也被采用。
[0003]蠟粉通常通過表面活性劑引入水性體系。
[0004]納米粉體在涂料和油墨當(dāng)中的應(yīng)用，主要在于能否在體系中均勻分散；納米粉體很容易在制備保存及應(yīng)用過程中發(fā)生聚集，常常發(fā)生顆粒自身的相互團聚而影響效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種無表面活性劑的納米二氧化硅/蠟微粉復(fù)合水性分散體及其制備方法和用途。
[0006]本發(fā)明中，蠟粉占主要份額。納米二氧化硅作為涂料助劑，需要解決的是它在涂料體系中的分散問題。
[0007]本發(fā)明的主要技術(shù)方案:負(fù)載納米二氧化硅的蠟水性分散體，其特征是納米級的二氧化硅粒子通過硅烷偶聯(lián)劑負(fù)載在微米級的蠟顆粒上形成的有機無機復(fù)合水性分散體，分散體中總固含量20-35% ;分散體固體顆粒粒徑Dv50不大于2 μ。
[0008]所述微米級蠟包 括聚乙烯蠟，或氧化聚乙烯蠟，或聚乙烯蠟與其他功能單體的共聚物，或聚乙烯蠟與其他天然或合成蠟的共混物。
[0009]所述天然或合成蠟，選自蒙旦蠟，聚丙烯蠟，聚酰胺蠟，聚四氟乙烯蠟。
[0010]所述微米級蠟粒徑分布Dv50在5 μ以下，優(yōu)選3 μ以下，Dv99在12μ以下，優(yōu)選8 μ以下。聚乙烯蠟酸值應(yīng)在10-30mgK0H/g之間，針入度應(yīng)在3mm以下，密度在0.95g/cm3以上。
[0011 ] 所述納米二氧化硅可以是以硅溶膠形式制備的，該硅溶膠是用正硅酸乙酯在無水乙醇、去離子水和氨水中水解得到，呈淡藍(lán)色，粒徑40-50nm，以水分散體形式存在,其中納米SiO2的固含量在3-5%之間。
[0012]所述納米二氧化硅也可以采用商品納米二氧化硅，粒徑范圍在30_50nm，該納米二氧化硅粉體通過超聲波振蕩分散于含硅烷偶聯(lián)劑的無水乙醇、去離子水和氨水的混合液中，其中納米SiO2的總固含量在3-5%之間。
[0013]所述納米二氧化硅還可以是其與其他有機無機納米材料的復(fù)合粉體，該材料應(yīng)與納米二氧化硅有功能疊加作用，如二氧化硅是與納米三氧化二鋁或納米碳化硅的復(fù)合粉體。
[0014]本發(fā)明負(fù)載納米二氧化硅的蠟水性分散體的制備方法，其特征是按以下的工藝流程制備的:(I)制備納米二氧化硅在無水乙醇，去離子水和氨水中的分散液；其濃度應(yīng)保證納米二氧化娃固含量不低于3_5%。
[0015](2)將聚乙烯蠟微粉用無水乙醇和去離子水濕潤分散之后，在攪拌和超聲振動條件下加入納米二氧化硅的分散液，并充分分散；蠟和納米SiO2的比例按固含量計在10:1-8:1之間，含蠟和納米SiO2的分散體總固含量20-35%。
[0016](3)在硅烷偶聯(lián)劑存在下，通過循環(huán)研磨設(shè)備，在促進(jìn)劑的作用下，保持研磨時間不低于2h,使納米級的二氧化娃粒子包覆在微米級聚乙烯臘粒子表面,形成核殼結(jié)構(gòu),成品呈光亮濃漿狀，有觸變性。
[0017]所述硅烷偶聯(lián)劑是采用能與二氧化硅表面羥基結(jié)合并兼顧與聚乙烯蠟交聯(lián)的乙烯基三乙氧基硅烷、或乙烯基三甲氧基硅烷，硅烷偶聯(lián)劑用量為分散體總固含量的0.5-3%。
[0018]所述促進(jìn)劑為二丁基二月桂酸錫。
[0019]本發(fā)明一種典型的制備方法是:
(I)硅溶膠制備
a}采用正硅酸乙酯水解法:在常溫下將無水乙醇、去離子水和氨水在容器內(nèi)混合均勻，在溫和攪拌下滴加正硅酸乙酯(TEOS)水解得淡藍(lán)色納米粒徑硅溶膠，陳化不低于2h ；硅溶膠納米二氧化硅濃縮至含量按重量比在3-5%范圍內(nèi)。
[0020]或b)采用成品納米二氧化硅法:成品納米二氧化硅粒徑在30_50nm范圍。在超聲震蕩和輕度攪拌條件下，將納米二氧化硅粉體徐徐加入上述無水乙醇，去離子水和氨水的混合液中、超聲頻率20KHz，時間不短于lOOmin，得納米二氧化硅的水性分散液。濃度濃縮至3-5%范圍。`
[0021](2)聚乙烯蠟微粉制備
將聚乙烯蠟或氧化聚乙烯蠟精細(xì)研磨并分級獲得粒徑Dv50=5 μ以下Dv99=10y以下之超細(xì)微粉。氧化聚乙烯蠟含能與納米二氧化硅結(jié)合之羥基，羧基等活性集團能與納米SiO2的羥基結(jié)合。
[0022](3)預(yù)分散體制備
先用少量無水乙醇，和去離子水將聚乙烯蠟微粉濕潤，然后緩緩加入上述之一方法制備的硅溶膠分散液，在超聲震蕩和攪拌的雙重作用下，使聚乙烯蠟微粉被硅溶膠充分濕潤，待聚乙烯蠟粉體被完全濕潤之后，將剩余的硅溶膠全部倒入，并快速攪拌，形成均勻的水性分散體。該分散體總固含量20-35%，其中蠟和SiO2的比例在10:1-8:1之間。
[0023](2)硅烷偶聯(lián)劑處理
將上述預(yù)分散體置于混合研磨機中，在促進(jìn)劑二丁基二月桂酸錫存在下，邊研磨邊滴入硅烷偶聯(lián)劑，加入量占分散體中總固含量之0.5-3%，研磨過程溫升不得超過70°C，研磨過程持續(xù)不低于2h，經(jīng)研磨后的分散體顆粒粒徑應(yīng)保持在Dv50不大于2 μ范圍。
[0024]產(chǎn)品為濃漿狀，有觸變性，易分散于水性涂料和油墨中。
[0025]本發(fā)明的分散體用作涂料、油墨、皮革涂飾，織物整理的助劑，起耐摩擦、耐沾污、耐磨損、消光、易擦洗等作用。
[0026]本發(fā)明是將納米級的二氧化硅顆粒負(fù)載在微米級的聚乙烯蠟顆粒上。由于納米二氧化硅的引入，形成了一種有機無機雜化分散體系，提高了蠟的玻璃化溫度，具備更好的疏水性和耐擦洗性。由于提高了玻璃化溫度，涂膜將在更高溫度下抗粘連。由于提高了疏水性，涂膜有更高的耐沾污性和耐擦洗性，由于鍵能的提高，涂膜可經(jīng)歷更長的熱歷史(所謂熱歷史是指含蠟涂層在經(jīng)歷多次受熱而仍保持原物理機械性能的特征)和光輻照而保持其機械物理性能。
[0027]本發(fā)明的納米二氧化硅/聚乙烯蠟水性分散體不含表面活性劑，且易于分散在水性涂料和油墨中。通過硅烷偶聯(lián)劑與納米二氧化硅結(jié)合的聚乙烯蠟顆粒，具有提高了的耐熱性能、耐擦洗性能、耐磨性能，強化了聚乙烯蠟的功能。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明加以詳細(xì)描述。
實施例[0029]去離子水5份(重量份)、無水乙醇4份、乙二胺0.2份共混，在常溫和緩慢攪拌條件下滴入0.9份正硅酸乙酯(TEOS)水解得淡藍(lán)色納米硅溶膠。陳化2h。取2重量份聚乙烯蠟微粉(Dv50=5y )用少量無水乙醇和去離子水濕潤，然后一邊攪拌，一邊逐步填加硅溶膠分散體，直至全部加入并攪拌至蠟微粉在硅溶膠液體中均勻分散。在所得分散體中加入總重量3%。的乙烯基三乙氧基硅烷和適量二丁基二月桂酸錫，置入專門的分散研磨機，研磨不少于2h，控制溫度不高于70°C，得光亮濃漿狀分散體。
[0030]應(yīng)用例
取5份該分散體加入100份水性光油中制膜干燥48h，測耐摩擦性能:在摩擦試驗機2kg載荷下，2000次漆膜完好，而對照樣(無填加)在200次前已損壞。
【權(quán)利要求】
1.一種負(fù)載納米二氧化硅的蠟水性分散體，其特征是納米級的二氧化硅粒子通過硅烷偶聯(lián)劑負(fù)載在微米級的蠟顆粒上形成的有機無機復(fù)合水性分散體，分散體中總固含量20-35% ;分散體固體顆粒粒徑Dv50不大于2 μ。
2.按權(quán)利要求1所述的分散體，其特征是微米級蠟包括聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟，或聚乙烯蠟與其他功能單體的共聚物，或聚乙烯蠟與其他天然或合成蠟的共混物。
3.按權(quán)利要求2所述的分散體，其特征是所述天然或合成蠟，選自蒙旦蠟，聚丙烯蠟，聚酰胺蠟，聚四氟乙烯蠟。
4.按權(quán)利要求1所述的分散體，其特征是所述納米二氧化硅是以硅溶膠形式制備的，其粒徑40-50nm, SiO2與蠟的比例在1:8_1:10之間。
5.按權(quán)利要求1所述的分散體，其特征是所述納米二氧化硅采用商品納米二氧化硅，粒徑范圍在30-50nm, SiO2與蠟的比例在1:8-1:10之間。
6.按權(quán)利要求1所述的分散體，其特征在于所述納米二氧化硅是納米SiO2與其他有機無機納米材料的復(fù)合粉體，該材料應(yīng)與納米二氧化娃有功能疊加作用。
7.按權(quán)利要求6所述的分散體，其特征在于所述復(fù)合粉體是由納米二氧化硅與納米三氧化二鋁、納米碳化硅、納米氧化鋅、納米銅粉體的一種或多種復(fù)合粉體。
8.按權(quán)利要求書2所述的分散體，其特征是微米級蠟粒徑Dv50在5μ以下，Dv99在12 μ以下；酸值在10-30mgK0H/g之間，針入度在3mm以下，密度在0.95g/cm3以上。
9.按權(quán)利要求書8所述的分散體，其特征是微米級蠟粒徑Dv50在3μ以下，Dv99在8 μ以下。
10.一種負(fù)載納米二氧化硅的蠟水性分散體的制備方法，其特征是按以下的工藝流程制備的: 制備納米二氧化硅在無水乙醇、去離子水和氨水中的分散液，并濃縮至納米SiO2固含量3-5% ;將聚乙烯蠟微粉用無水乙醇和去離子水濕潤分散之后，在攪拌和超聲振動條件下加入納米二氧化娃的分散液，并充分分散；該分散液臘與SiO2的總固含量為20-35%,其中SiO2與蠟的比例在1:10-1:8之間；在硅烷偶聯(lián)劑存在下，通過循環(huán)研磨設(shè)備，在促進(jìn)劑的作用下，保持研磨時間不低于2h，使納米級的二氧化硅粒子包覆在微米級蠟粒子表面，形成核殼結(jié)構(gòu)，成品呈光亮濃漿狀，有觸變性。
11.按權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于所述硅烷偶聯(lián)劑是采用能與二氧化硅表面羥基結(jié)合并兼顧與蠟交聯(lián)的乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或Υ_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑用量為分散體總固含量的0.5-3%。
12.按權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征是所述促進(jìn)劑為二丁基二月桂酸錫。
13.一種負(fù)載納米二氧化硅的蠟水性分散體的用途，其特征是用作涂料、油墨、皮革涂飾,織物整理的助劑。
【文檔編號】C09D7/12GK103467829SQ201310441008
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】于海闊 申請人:南京天詩新材料科技有限公司