負載納米二氧化矽的蠟水性分散體及其製備方法和用途
2023-05-25 01:03:36 1
負載納米二氧化矽的蠟水性分散體及其製備方法和用途
【專利摘要】本發明屬於精細化工聚合物材料【技術領域】，涉及水性塗料、油墨功能助劑範疇，具體是一種負載納米二氧化矽的蠟水性分散體及其製備方法和用途。是納米級的二氧化矽粒子通過矽烷偶聯劑負載在微米級的蠟顆粒上形成的有機無機複合水性分散體，分散體中總固含量20-35%；分散體固體顆粒粒徑Dv50不大於2μ。本發明負載納米二氧化矽的聚乙烯蠟水性分散體，用作塗料、油墨、皮革塗飾，織物整理的助劑，起耐摩擦、耐沾汙、耐磨損、消光、易擦洗等作用。
【專利說明】負載納米二氧化矽的蠟水性分散體及其製備方法和用途
【技術領域】
[0001]本發明屬於精細化工聚合物材料【技術領域】，涉及水性塗料、油墨功能助劑範疇，具體是一種負載納米二氧化矽的聚乙烯蠟水性分散體及其製備方法和用途。
【背景技術】
[0002]在傳統水性塗料、油墨中，填加超細二氧化矽作為消光劑。蠟粉也被用作消光劑、抗摩擦和耐沾汙助劑。蠟改性二氧化矽也被採用。
[0003]蠟粉通常通過表面活性劑引入水性體系。
[0004]納米粉體在塗料和油墨當中的應用，主要在於能否在體系中均勻分散；納米粉體很容易在製備保存及應用過程中發生聚集，常常發生顆粒自身的相互團聚而影響效果。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種無表面活性劑的納米二氧化矽/蠟微粉複合水性分散體及其製備方法和用途。
[0006]本發明中，蠟粉佔主要份額。納米二氧化矽作為塗料助劑，需要解決的是它在塗料體系中的分散問題。
[0007]本發明的主要技術方案:負載納米二氧化矽的蠟水性分散體，其特徵是納米級的二氧化矽粒子通過矽烷偶聯劑負載在微米級的蠟顆粒上形成的有機無機複合水性分散體，分散體中總固含量20-35% ;分散體固體顆粒粒徑Dv50不大於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，聚醯胺蠟，聚四氟乙烯蠟。
[0010]所述微米級蠟粒徑分布Dv50在5 μ以下，優選3 μ以下，Dv99在12μ以下，優選8 μ以下。聚乙烯蠟酸值應在10-30mgK0H/g之間，針入度應在3mm以下，密度在0.95g/cm3以上。
[0011 ] 所述納米二氧化矽可以是以矽溶膠形式製備的，該矽溶膠是用正矽酸乙酯在無水乙醇、去離子水和氨水中水解得到，呈淡藍色，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]所述納米二氧化矽也可以採用商品納米二氧化矽，粒徑範圍在30_50nm，該納米二氧化矽粉體通過超聲波振蕩分散於含矽烷偶聯劑的無水乙醇、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]所述納米二氧化矽還可以是其與其他有機無機納米材料的複合粉體，該材料應與納米二氧化矽有功能疊加作用，如二氧化矽是與納米三氧化二鋁或納米碳化矽的複合粉體。
[0014]本發明負載納米二氧化矽的蠟水性分散體的製備方法，其特徵是按以下的工藝流程製備的:(I)製備納米二氧化矽在無水乙醇，去離子水和氨水中的分散液；其濃度應保證納米二氧化娃固含量不低於3_5%。
[0015](2)將聚乙烯蠟微粉用無水乙醇和去離子水溼潤分散之後，在攪拌和超聲振動條件下加入納米二氧化矽的分散液，並充分分散；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)在矽烷偶聯劑存在下，通過循環研磨設備，在促進劑的作用下，保持研磨時間不低於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,形成核殼結構,成品呈光亮濃漿狀，有觸變性。
[0017]所述矽烷偶聯劑是採用能與二氧化矽表面羥基結合併兼顧與聚乙烯蠟交聯的乙烯基三乙氧基矽烷、或乙烯基三甲氧基矽烷，矽烷偶聯劑用量為分散體總固含量的0.5-3%。
[0018]所述促進劑為二丁基二月桂酸錫。
[0019]本發明一種典型的製備方法是:
(I)矽溶膠製備
a}採用正矽酸乙酯水解法:在常溫下將無水乙醇、去離子水和氨水在容器內混合均勻，在溫和攪拌下滴加正矽酸乙酯(TEOS)水解得淡藍色納米粒徑矽溶膠，陳化不低於2h ；矽溶膠納米二氧化矽濃縮至含量按重量比在3-5%範圍內。
[0020]或b)採用成品納米二氧化矽法:成品納米二氧化矽粒徑在30_50nm範圍。在超聲震蕩和輕度攪拌條件下，將納米二氧化矽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，時間不短於lOOmin，得納米二氧化矽的水性分散液。濃度濃縮至3-5%範圍。`
[0021](2)聚乙烯蠟微粉製備
將聚乙烯蠟或氧化聚乙烯蠟精細研磨並分級獲得粒徑Dv50=5 μ以下Dv99=10y以下之超細微粉。氧化聚乙烯蠟含能與納米二氧化矽結合之羥基，羧基等活性集團能與納米SiO2的羥基結合。
[0022](3)預分散體製備
先用少量無水乙醇，和去離子水將聚乙烯蠟微粉溼潤，然後緩緩加入上述之一方法製備的矽溶膠分散液，在超聲震蕩和攪拌的雙重作用下，使聚乙烯蠟微粉被矽溶膠充分溼潤，待聚乙烯蠟粉體被完全溼潤之後，將剩餘的矽溶膠全部倒入，並快速攪拌，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)矽烷偶聯劑處理
將上述預分散體置於混合研磨機中，在促進劑二丁基二月桂酸錫存在下，邊研磨邊滴入矽烷偶聯劑，加入量佔分散體中總固含量之0.5-3%，研磨過程溫升不得超過70°C，研磨過程持續不低於2h，經研磨後的分散體顆粒粒徑應保持在Dv50不大於2 μ範圍。
[0024]產品為濃漿狀，有觸變性，易分散於水性塗料和油墨中。
[0025]本發明的分散體用作塗料、油墨、皮革塗飾，織物整理的助劑，起耐摩擦、耐沾汙、耐磨損、消光、易擦洗等作用。
[0026]本發明是將納米級的二氧化矽顆粒負載在微米級的聚乙烯蠟顆粒上。由於納米二氧化矽的引入，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。由於提高了玻璃化溫度，塗膜將在更高溫度下抗粘連。由於提高了疏水性，塗膜有更高的耐沾汙性和耐擦洗性，由於鍵能的提高，塗膜可經歷更長的熱歷史(所謂熱歷史是指含蠟塗層在經歷多次受熱而仍保持原物理機械性能的特徵)和光輻照而保持其機械物理性能。
[0027]本發明的納米二氧化矽/聚乙烯蠟水性分散體不含表面活性劑，且易於分散在水性塗料和油墨中。通過矽烷偶聯劑與納米二氧化矽結合的聚乙烯蠟顆粒，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]下面結合實施例對本發明加以詳細描述。
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份正矽酸乙酯(TEOS)水解得淡藍色納米矽溶膠。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溼潤，然後一邊攪拌，一邊逐步填加矽溶膠分散體，直至全部加入並攪拌至蠟微粉在矽溶膠液體中均勻分散。在所得分散體中加入總重量3%。的乙烯基三乙氧基矽烷和適量二丁基二月桂酸錫，置入專門的分散研磨機，研磨不少於2h，控制溫度不高於70°C，得光亮濃漿狀分散體。
[0030]應用例
取5份該分散體加入100份水性光油中制膜乾燥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。
【權利要求】
1.一種負載納米二氧化矽的蠟水性分散體，其特徵是納米級的二氧化矽粒子通過矽烷偶聯劑負載在微米級的蠟顆粒上形成的有機無機複合水性分散體，分散體中總固含量20-35% ;分散體固體顆粒粒徑Dv50不大於2 μ。
2.按權利要求1所述的分散體，其特徵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.按權利要求2所述的分散體，其特徵是所述天然或合成蠟，選自蒙旦蠟，聚丙烯蠟，聚醯胺蠟，聚四氟乙烯蠟。
4.按權利要求1所述的分散體，其特徵是所述納米二氧化矽是以矽溶膠形式製備的，其粒徑40-50nm, SiO2與蠟的比例在1:8_1:10之間。
5.按權利要求1所述的分散體，其特徵是所述納米二氧化矽採用商品納米二氧化矽，粒徑範圍在30-50nm, SiO2與蠟的比例在1:8-1:10之間。
6.按權利要求1所述的分散體，其特徵在於所述納米二氧化矽是納米SiO2與其他有機無機納米材料的複合粉體，該材料應與納米二氧化娃有功能疊加作用。
7.按權利要求6所述的分散體，其特徵在於所述複合粉體是由納米二氧化矽與納米三氧化二鋁、納米碳化矽、納米氧化鋅、納米銅粉體的一種或多種複合粉體。
8.按權利要求書2所述的分散體，其特徵是微米級蠟粒徑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.按權利要求書8所述的分散體，其特徵是微米級蠟粒徑Dv50在3μ以下，Dv99在8 μ以下。
10.一種負載納米二氧化矽的蠟水性分散體的製備方法，其特徵是按以下的工藝流程製備的: 製備納米二氧化矽在無水乙醇、去離子水和氨水中的分散液，並濃縮至納米SiO2固含量3-5% ;將聚乙烯蠟微粉用無水乙醇和去離子水溼潤分散之後，在攪拌和超聲振動條件下加入納米二氧化娃的分散液，並充分分散；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；在矽烷偶聯劑存在下，通過循環研磨設備，在促進劑的作用下，保持研磨時間不低於2h，使納米級的二氧化矽粒子包覆在微米級蠟粒子表面，形成核殼結構，成品呈光亮濃漿狀，有觸變性。
11.按權利要求10所述的製備方法，其特徵在於所述矽烷偶聯劑是採用能與二氧化矽表面羥基結合併兼顧與蠟交聯的乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷或Υ_(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷偶聯劑，矽烷偶聯劑用量為分散體總固含量的0.5-3%。
12.按權利要求10所述的製備方法，其特徵是所述促進劑為二丁基二月桂酸錫。
13.一種負載納米二氧化矽的蠟水性分散體的用途，其特徵是用作塗料、油墨、皮革塗飾,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 優先權日:2013年9月25日
【發明者】於海闊 申請人:南京天詩新材料科技有限公司