CN112625175A - 一种纳米苯丙复合乳液及其制备方法 - Google Patents

一种纳米苯丙复合乳液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米苯丙复合乳液及其制备方法，包括如下重量组份：钛酸丁酯8～10g、无水乙醇30～35mL、苯乙烯18～20g、丙烯酸丁酯23～25g、月桂醇聚氧乙烯醚3～4g、十六烷基苯磺酸钠3.5～4.5g、硫酸铵1～2mL、pH缓冲剂0.1‑0.5mL。本发明属于苯丙复合乳液制备技术领域，具体是提供了一种通过溶胶‑凝胶法将钛酸丁酯与苯乙烯和丙烯酸丁酯一步进行反应，通过月桂醇聚氧乙烯醚和十六烷基苯磺酸钠自制阴离子型和非离子型表面活性剂组成的复合乳化剂，有效提高稳定性能和力学性能的纳米苯丙复合乳液。

Description

一种纳米苯丙复合乳液及其制备方法
技术领域
本发明属于苯丙复合乳液制备技术领域，具体是指一种纳米苯丙复合乳液及其制备方法。
背景技术
聚合物-无机纳米复合乳液由于具有无机材料的耐热性、硬度、耐化学腐蚀性能以及聚合物的耐水性、成膜性和优良的机械力学性能而备受人们关注。在复合乳液制备过程中，最为关键的是解决纳米粒子的分散问题，防止纳米粒子发生团聚现象。目前普遍采用无机纳米粒子与聚合物通过物理共混方法来解决，但效果很不理想。
发明内容
为解决上述现有难题，本发明提供了一种通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯与苯乙烯和丙烯酸丁酯一步进行反应，通过月桂醇聚氧乙烯醚和十六烷基苯磺酸钠自制阴离子型和非离子型表面活性剂组成的复合乳化剂，有效提高稳定性能和力学性能的纳米苯丙复合乳液。
本发明采用的技术方案如下：一种纳米苯丙复合乳液，包括如下物料：钛酸丁酯8～10g、无水乙醇30～35mL、苯乙烯18～20g、丙烯酸丁酯23～25g、月桂醇聚氧乙烯醚3～4g、十六烷基苯磺酸钠3.5～4.5g、硫酸铵1～2mL、pH缓冲剂0.1-0.5mL。
优选地，所述pH缓冲剂为磷酸氢盐和磷酸盐共轭系。
本发明还公开了一种纳米苯丙复合乳液的制备方法，包括如下步骤：将8～10g钛酸丁酯溶解于30～35mL无水乙醇中后缓慢升温至50℃，依次加入0.1-0.5mL pH缓冲剂、18～20g苯乙烯、23～25g丙烯酸丁酯、3～4g月桂醇聚氧乙烯醚和3.5～4.5g十六烷基苯磺酸钠，搅拌均匀，升温至80℃，加入1～2mL过硫酸铵，恒温反应4～4.5h后，降温至30～35℃，加入pH调节剂调pH值至中性后得到纳米苯丙复合乳液。
进一步地，所述pH调节剂采用50％氢氧化钾溶液。
采用上述方案本发明取得有益效果如下：本发明一种纳米苯丙复合乳液及其制备方法，通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯与苯乙烯和丙烯酸丁酯一步进行反应，通过月桂醇聚氧乙烯醚和十六烷基苯磺酸钠自制阴离子型和非离子型表面活性剂组成的复合乳化剂，有效提高了纳米苯丙复合乳液的稳定性能和力学性能。
附图说明
图1为本发明一种纳米苯丙复合乳液的红外光谱图；
图2为本发明一种纳米苯丙复合乳液的扫描电镜图；
图3为本发明一种纳米苯丙复合乳液的透射电镜图；
图4为本发明一种纳米苯丙复合乳液的乳化剂用量与涂膜力学性能折线图；
图5为本发明一种纳米苯丙复合乳液的乳化剂用量与涂膜吸水率折线图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，本发明纳米苯丙复合乳液，包括如下物料：钛酸丁酯8g、无水乙醇30mL、苯乙烯18g、丙烯酸丁酯23g、月桂醇聚氧乙烯醚3g、十六烷基苯磺酸钠3.5g、硫酸铵1mL、pH缓冲剂0.1mL。
本发明纳米苯丙复合乳液的制备方法，包括如下步骤：将8g钛酸丁酯溶解于30mL无水乙醇中后缓慢升温至50℃，依次加入0.1mL pH缓冲剂、18g苯乙烯、23g丙烯酸丁酯、3g月桂醇聚氧乙烯醚和3.5g十六烷基苯磺酸钠，搅拌均匀，升温至80℃，加入1mL过硫酸铵，恒温反应4h后，降温至30℃，加入pH调节剂调pH值至中性后得到纳米苯丙复合乳液。
实施例2，本发明纳米苯丙复合乳液，包括如下物料：钛酸丁酯10g、无水乙醇35mL、苯乙烯20g、丙烯酸丁酯5g、月桂醇聚氧乙烯醚4g、十六烷基苯磺酸钠4.5g、硫酸铵2mL、pH缓冲剂0.5mL。
本发明纳米苯丙复合乳液的制备方法，包括如下步骤：将10g钛酸丁酯溶解于35mL无水乙醇中后缓慢升温至50℃，依次加入0.5mL pH缓冲剂、20g苯乙烯、25g丙烯酸丁酯、4g月桂醇聚氧乙烯醚和4.5g十六烷基苯磺酸钠，搅拌均匀，升温至80℃，加入2mL过硫酸铵，恒温反应4.5h后，降温至35℃，加入pH调节剂调pH值至中性后得到纳米苯丙复合乳液。
实施例3，本发明纳米苯丙复合乳液，包括如下物料：钛酸丁酯9g、无水乙醇32.5mL、苯乙烯19g、丙烯酸丁酯24g、月桂醇聚氧乙烯醚3.5g、十六烷基苯磺酸钠4g、硫酸铵1.5mL、pH缓冲剂0.3mL。
本发明纳米苯丙复合乳液的制备方法，包括如下步骤：将9g钛酸丁酯溶解于32.5mL无水乙醇中后缓慢升温至50℃，依次加入0.3mL pH缓冲剂、19g苯乙烯、24g丙烯酸丁酯、3.5g月桂醇聚氧乙烯醚和4g十六烷基苯磺酸钠，搅拌均匀，升温至80℃，加入1.5mL过硫酸铵，恒温反应4.5h后，降温至35℃，加入pH调节剂调pH值至中性后得到纳米苯丙复合乳液。
对本发明制备的纳米苯丙复合乳液进行性能测试，包括如下步骤：
(1)红外光谱测试：使用傅立叶变换红外光谱仪对纳米苯丙复合乳液进行频率连续变化的红外光照射获得纳米苯丙复合乳液的红外光谱图；
(2)扫描电镜和透射电镜：使用透射电子显微镜和扫描电子显微镜分别观察纳米苯丙复合乳液；
(3)粒径性能测试：用动态光散射仪测量3次后取平均值；
(4)Ca+稳定性测试：将1％浓度CaCl2溶液加入乳液中搅匀，根据有无沉降絮凝判断乳液的钙离子稳定性；
(5)涂膜吸水率测试：测试不同乳化剂用量是的涂膜吸水率，采用吸水率＝(m2－m1)/m1×100％公式计算，其中m1为干膜质量，m2为湿膜质量；
(6)热贮存时间测试：将乳液置于50℃恒温烘箱中，测试从实验开始到乳液的黏度开始增大的间隔期；
(7)其他性能测试：涂膜的耐水性能按照GB 1173-93标准进行测试；涂膜的硬度按照GB/T6739—2006标准进行测定；耐擦洗性能按照GB/T9266—2009标准进行测定。
获得的性能测试结果如下：
1、复合乳液的红外光谱结果
由图1可知，659cm-1和623cm-1处为TiO2特征吸收峰，1731cm-1为聚合物链上的C＝O键吸收峰，3032cm-1处为苯环上C-H伸缩振动吸收峰，可以判定得到纳米TiO2苯丙复合乳液；
2、复合乳液的扫描电镜结果和透射电镜结果
从图2可知，纳米TiO2粒子较均匀分散于苯丙复合乳液中，图3难以看出是否存在核壳结构，这是由于乳液在干燥过程中粒子相互挤压出现变形而造成的，图2和图3均已说明纳米TiO2已较好分散于苯丙聚合物中；
3、乳化剂种类对乳液性能的影响
表1乳化剂种类对乳液性能的影响
Figure BDA0002842529820000031
注：复合乳化剂配比为m(LAS):m(BRIJ35)＝2:1
表1列出了不同种类乳化剂对乳液外观、粒径、Ca+稳定性以及热贮存稳定性能的影响，由表1可知，与单一乳化剂相比，使用十六烷基苯磺酸钠-月桂醇聚氧乙烯醚复合乳化剂配制的乳液具有粒径小、热贮存时间长、Ca+稳定性好的优点，这一方面是由于TiO2粒子表面的羟基以氢键结合、阴离子型乳化剂十六烷基苯磺酸钠电离后，可以吸附于纳米TiO2粒子表面的羟基上，从而使纳米TiO2粒子在乳液中的分散稳定性明显增强；另一方面非离子型乳化剂月桂醇聚氧乙烯醚降低了乳液的表面张力，增加了乳液体系的稳定性能；
4、乳化剂用量对涂膜硬度和耐擦洗性能的影响
表2乳化剂用量对涂膜硬度和耐擦洗性能的影响
Figure BDA0002842529820000041
从表2可知，随着十六烷基苯磺酸钠-月桂醇聚氧乙烯醚复合乳化剂用量增加复合涂膜的硬度和耐擦洗性能提升，当乳化剂用量增加到乳液质量0.7％时，涂膜硬度和耐擦洗性能最优，随后乳化剂用量增加，涂膜性能反而降低，这是由于过多的乳化剂反而降低了纳米粒子与聚合物之间的粘接强度所致；
5、乳化剂用量对涂膜力学性能的影响
由图4可知，涂膜的断裂伸长率随着乳化剂用量的增加而迅速增大，当乳化剂用量达到0.3wt％时，断裂伸长率最高670％，这是由于乳化剂与纳米粒子的氢键相连，增加了聚合物的交联度，乳化剂用量超过0.3wt％后，断裂伸长率反而减小，涂膜的拉伸强度随着乳化剂用量的增加而逐渐增大，当乳化剂用量增加到0.5wt％时，涂膜的拉伸强度最高达8.6MPa，用量超过0.5wt％后，涂膜拉伸强度反而降低。其原因是过多的乳化剂用量使材料形成力学缺陷，拉伸强度下降；
6、乳化剂用量对涂膜吸水率的影响
从图5可以看出，乳化剂用量增加，涂膜吸水率逐渐增大，由此可知，乳化剂用量越少越有利于提高涂膜的耐水性能，因此，综合来看，在保证其它性能的前提下，乳化剂用量不宜太大，一般保持在0.3～0.5wt％较理想。
综上可知，通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯与苯乙烯和丙烯酸丁酯进行反应，制得纳米苯丙复合乳液，采用自制LAS-BRIJ35复合乳化剂，能有效提高纳米苯丙复合乳液的稳定性能和力学性能。当乳化剂质量百分比用量0.7％时，涂膜硬度和耐擦洗性能最佳；乳化剂用量0.3wt％，涂膜断裂伸长率最大；乳化剂用量为0.5wt％时，涂膜拉伸强度最高达8.6MPa，此外，乳化剂用量越少有利于提高涂膜的耐水性能。综合来看，乳化剂用量0.3～0.5wt％时，乳液性能较理想。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种纳米苯丙复合乳液，其特征在于，包括如下物料：钛酸丁酯8～10g、无水乙醇30～35mL、苯乙烯18～20g、丙烯酸丁酯23～25g、月桂醇聚氧乙烯醚3～4g、十六烷基苯磺酸钠3.5～4.5g、硫酸铵1～2mL、pH缓冲剂0.1-0.5mL。
2.根据权利要求1所述的一种纳米苯丙复合乳液，其特征在于，所述pH缓冲剂为磷酸氢盐和磷酸盐共轭系。
3.一种纳米苯丙复合乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将8～10g钛酸丁酯溶解于30～35mL无水乙醇中后缓慢升温至50℃，依次加入0.1-0.5mL pH缓冲剂、18～20g苯乙烯、23～25g丙烯酸丁酯、3～4g月桂醇聚氧乙烯醚和3.5～4.5g十六烷基苯磺酸钠，搅拌均匀，升温至80℃，加入1～2mL过硫酸铵，恒温反应4～4.5h后，降温至30～35℃，加入pH调节剂调pH值至中性后得到纳米苯丙复合乳液。
4.根据权利要求3所述的一种纳米苯丙复合乳液的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂采用50％氢氧化钾溶液。
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