CN113943532A - 一种水性有机硅乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种水性有机硅乳液及其制备方法；水性有机硅乳液按重量份计，各组分分别为：有机硅聚硅氧烷20～50份，乳化剂4～10份，粘结助剂2～6份，助溶剂5～20份，去离子水40～80份，填料10～30份，交联剂5～10份，抑制剂0.001～0.05份，催化剂0.01～1份；通过乳化工艺对高粘度的有机硅进行乳化，并通过水性粘结助剂，提高制备出的水性有机硅乳液对皮革表面的粘结效果，使得制备出的水性有机硅乳液不含芳烃类，酯类，酮类等有机溶剂，具有无毒无味，对环境无污染的优点，符合生态发展的要求，在保留油性有机硅良好耐污及手感等优点的同时，大大降低了产品的VOC排放，保护了环境及人员健康。

Description

一种水性有机硅乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种水性有机硅乳液及其制备方法。

背景技术

目前皮革市场空前繁荣，单一的皮革无法满足人们对品质生活的向往，对皮革的表面处理技术应运而生，通过皮革表面处理剂，赋予皮革不同的手感，同时兼具防污、耐磨、耐刮，防水、抗菌防霉等优异性能，满足人们对皮革产品高端化，差异化，功能化的需求；目前市场上现有的皮革表面处理主要有聚氨酯和有机硅两个方向，其中有机硅材料因其独特的结构，优异的耐高低温性、低表面张力以及良好的成膜性而受到广泛关注；有机硅材料制成的有机硅表面处理剂具有良好的防污性能，与人体皮肤接触无不良反应，成为近期皮革产业中不可或缺的一环，然而现有的有机硅表面处理剂大都为油性，以长链烷烃、甲苯、乙酸乙酯、DMF、丁酮等为溶剂，气味重，对环境也有不良的影响，不符合绿色发展的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性有机硅乳液及其制备方法，能够制备水性有机硅乳液，并且使水性有机硅乳液在保留油性有机硅良好耐污及手感等优点的同时，大大降低产品的VOC排放，保护了环境及人员健康。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种水性有机硅乳液，按重量份计，各组分分别为：有机硅聚硅氧烷20～50份，乳化剂4～10份，粘结助剂2～6份，助溶剂5～20份，去离子水40～80份，填料10～30份，交联剂5～10份，抑制剂0.001～0.05份，催化剂0.01～1份。

其中，所述有机硅聚硅氧烷为含烯基的有机聚硅氧烷；所述有机硅聚硅氧烷在侧链或链端至少含有两个或两个以上烯基，且所述的有机硅聚硅氧烷在侧链至少含有苯基、聚醚基、异氰酸酯基、环烷基、环氧基、氨基中的一种或者多种官能团。

其中，所述乳化剂由非离子表面活性剂，离子型表面活性剂和两性表面活性剂中的至少两种组合而成。

其中，所述乳化剂由烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、卵磷脂、咪唑啉化合物、氨基酸型、甜菜碱型、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚和烷基聚醚中的至少两种组合而成。

其中，所述水性粘结助剂具有琥珀酸酐基、季铵基、脲基、丙烯酸酯中的至少一种。

其中，所述水性粘结助剂包括三甲氧基硅基丙基琥珀酸酐、甲基二甲氧基硅基丙基琥珀酸酐、氨基烷基三烷氧基硅烷、脲基三烷氧基硅烷，乙二醇甲基丙烯酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。

其中，所述助溶剂包括乙二醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚等多元醇和多元醚中的一种或多种。

其中，所述填料包括二氧化硅、氢氧化铝、氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、硅酸铝、碳酸钙、碳酸镁、玻璃微珠、白炭黑、有机硅树脂微粉、碳酸钙、氧化镁中的一种或者多种。

第二方面，本发明还提供一种水性有机硅乳液制备方法，包括：

将20～50份有机硅聚硅氧烷、4～10乳化剂和5～10份助溶剂搅拌均匀，然后加入5～10份交联剂，0.001～0.05份抑制剂，0.01～1份催化剂并分散均匀，制得混合物；

往混合物中缓慢滴加30～60份去离子水，高速搅拌，溶液由透明粘稠液体开始转变为乳白色不透明乳状物，且溶液状态为油包水时，加入5～15份填料及2～6粘结助剂，搅拌30min；

继续滴加10～20份去离子水，提高搅拌速度，乳液由油包水转变为水包油相时，制得水性有机硅乳液。

本发明的一种水性有机硅乳液及其制备方法，通过乳化工艺对高粘度的有机硅进行乳化，并通过水性粘结助剂，提高制备出的水性有机硅乳液对皮革表面的粘结效果，使得制备出的水性有机硅乳液不含芳烃类，酯类，酮类等有机溶剂，具有无毒无味，对环境无污染的优点，符合生态发展的要求，在保留油性有机硅良好耐污及手感等优点的同时，大大降低了产品的VOC排放，保护了环境及人员健康。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种水性有机硅乳液制备方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，第一方面，本发明提供一种水性有机硅乳液：按重量份计，各组分分别为：有机硅聚硅氧烷20～50份，乳化剂4～10份，粘结助剂2～6份，助溶剂5～20份，去离子水40～80份，填料10～30份，交联剂5～10份，抑制剂0.001～0.05份，催化剂0.01～1份。

进一步的，所述有机硅聚硅氧烷为含烯基的有机聚硅氧烷；所述有机硅聚硅氧烷在侧链或链端至少含有两个或两个以上烯基，且所述的有机硅聚硅氧烷在侧链至少含有苯基、聚醚基、异氰酸酯基、环烷基、环氧基、氨基中的一种或者多种官能团。

进一步的，所述乳化剂由非离子表面活性剂，离子型表面活性剂和两性表面活性剂中的至少两种组合而成。

进一步的，所述乳化剂由烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、卵磷脂、咪唑啉化合物、氨基酸型、甜菜碱型、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚和烷基聚醚中的至少两种组合而成。

进一步的，所述水性粘结助剂具有琥珀酸酐基、季铵基、脲基、丙烯酸酯中的至少一种。

进一步的，所述水性粘结助剂包括三甲氧基硅基丙基琥珀酸酐、甲基二甲氧基硅基丙基琥珀酸酐、氨基烷基三烷氧基硅烷、脲基三烷氧基硅烷，乙二醇甲基丙烯酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。

进一步的，所述助溶剂包括乙二醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚等多元醇和多元醚中的一种或多种。

进一步的，所述填料包括二氧化硅、氢氧化铝、氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、硅酸铝、碳酸钙、碳酸镁、玻璃微珠、白炭黑、有机硅树脂微粉、碳酸钙、氧化镁中的一种或者多种。

进一步的，所述交联剂为含氢交联剂，且至少有两个氢与Si直接相连的聚硅氧烷，氢原子位于Si-O-Si-的侧链或者两端，含氢量为0.18～1.6％。

进一步的，所述的催化剂为氯铂酸异丙醇溶液、氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷配合物和氯铂酸-1、3、5、7-四乙烯基-1、3、5、7-四甲基-环四硅氧烷配合物中的一种。

进一步的，所述抑制剂为乙炔基环己醇、甲基丁炔醇、含炔基的马来酸或其衍生物、含炔基的富马来酸或其衍生物、多乙烯基聚硅氧烷、吡啶、不饱和酰胺类和有机膦或亚磷酸酯中的一种。

在本实施方式中，所述乳化剂通过两种及以上乳化剂的组合，得到不同亲水亲油平衡值的乳化剂，将HLB值控制为9～15，满足不同的乳液组合；所述水性粘结助剂用于增加所述水性有机硅乳液对皮革的粘结力，所述水性有机硅乳液在皮革表面成膜后，水分蒸发，所述粘结助剂从所述水性有机硅乳液中破乳而出，通过化学键力与表面实现锚固粘结；所述填料为增加所述水性有机硅乳液的滑爽性能，耐磨性能，硬度及光雾度的调节；所述水性有机硅乳液不含芳烃类，酯类，酮类等有机溶剂，具有无毒无味，对环境无污染的优点，符合生态发展的要求，在保留油性有机硅良好耐污及手感等优点的同时，大大降低了产品的VOC排放，保护了环境及人员健康，符合国家实施的节能减排政策。

第二方面，本发明还提供一种水性有机硅乳液制备方法，包括：

S101将20～50份有机硅聚硅氧烷、4～10乳化剂和5～10份助溶剂搅拌均匀，然后加入5～10份交联剂，0.001～0.05份抑制剂，0.01～1份催化剂并分散均匀，制得混合物；

将20～50份有机硅聚硅氧烷、4～10乳化剂和5～10份助溶剂在容器中混合，并在乳化机中分散均匀，随后加入5～10份交联剂，0.001～0.05份抑制剂，0.01～1份催化剂，继续在乳化机中分散均匀，制得混合物。

S102往混合物中缓慢滴加30～60份去离子水，高速搅拌，溶液由透明粘稠液体开始转变为乳白色不透明乳状物，且溶液状态为油包水时，加入5～15份填料及2～6粘结助剂，搅拌30min；

往混合物中缓慢滴加30～60份去离子水，然后高速搅拌，待溶液由透明粘稠液体开始转变为乳白色不透明乳状物，且溶液状态为油包水时，加入5～15份填料及2～6粘结助剂，再搅拌30min。

S103继续滴加10～20份去离子水，提高搅拌速度，乳液由油包水转变为水包油相时，制得水性有机硅乳液。

继续滴加10～20份去离子水，提高搅拌速度，作为优选，搅拌速率为3000r/min，待乳白色不透明乳状物粘度急剧下降，乳液出现反相，乳液由油包水转变为水包油相，制得水性有机硅乳液。

为更好地理解本发明，下面采用几种具体的制造过程进行说明。

实施例1：将1万粘度聚醚改性乙烯基硅油，乳化剂，乙二醇在容器中混合，乳化机中分散均匀，质量比分别为30：5：8，其中乳化剂为失水山梨醇脂肪酸酯，聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯，质量比为1:1；分散均匀后，依次加入5份0.75含氢硅油，乙炔基环己醇0.01份，铂金催化剂0.1份，继续在乳化机中分散30min，然后缓慢加入45份水，待乳液变为乳白色时，加入7份SiO2消光粉，4份甲基丙烯酸缩水甘油酯，加快搅拌速度，以3000r/min速度高速搅拌，得到乳白色稳定的水性有机硅乳液。

对比例1：按重量份计，各组分分别为有机硅聚硅氧烷30份、乳化剂5份、助溶剂8份、交联剂5份、抑制剂0.01份、催化剂0.1份、粘结助剂0份、填料7份、水45份，对比例1与与实施例1的制备工序相同，区别在于没有添加粘结助剂。

对比例2：按重量份计，各组分分别为有机硅聚硅氧烷30份、乳化剂5份、助溶剂8份、交联剂5份、抑制剂0.01份、催化剂0.1份、粘结助剂4份、填料7份、水45份，对比例2与与实施例1的制备工序相同，区别在于有机硅聚硅氧烷为普通的1万粘度乙烯基硅油。

实施例2：将6万粘度苯基乙烯基硅油，乳化剂，丙二醇甲醚在容器中混合，乳化机中分散均匀，质量比分别为20：5：10。其中乳化剂包含有失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯，壬基酚聚氧乙烯醚，质量比为1：2：1。分散均匀后，依次加入5份0.75含氢硅油，乙炔基环己醇0.01份，铂金催化剂0.1份，继续在乳化机中分散30min，然后缓慢加入50份水，待乳液变为乳白色时，加入6份有机硅微粉，4份三甲氧基硅基丙基琥珀酸酐，加快搅拌速度，以3000r/min速度高速搅拌，得到乳白色稳定的水性有机硅乳液。

对比例3：按重量份计，各组分分别为有机硅聚硅氧烷20份、乳化剂5份、助溶剂10份、交联剂5份、抑制剂0.01份、催化剂0.1份、粘结助剂4份、填料6份、水50份，对比例3与与实施例2的制备工序相同，区别在于有机硅聚硅氧烷为普通的1万粘度乙烯基硅油。

对比例4：按重量份计，各组分分别为有机硅聚硅氧烷20份、乳化剂5份、助溶剂10份、交联剂5份、抑制剂0.01份、催化剂0.1份、粘结助剂8份、填料6份、水50份，对比例3与与实施例2的制备工序相同，区别在于粘结助剂的量增加了1倍。

实施例3：将10万粘度聚醚改性乙烯基硅油，乳化剂，乙二醇单丁醚在容器中混合，乳化机中分散均匀，质量比分别为20：8：10。其中乳化剂包含有失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯，壬基酚聚氧乙烯醚，质量比为1：2：1。分散均匀后，依次加入5份1.0含氢硅油，马来酸二丁酯0.01份，铂金催化剂0.1份，继续在乳化机中分散30min，然后缓慢加入45份水，待乳液变为乳白色时，加入6份硅酸铝粉，6份脲基三烷氧基硅烷，加快搅拌速度，以3000r/min速度高速搅拌，得到乳白色稳定的水性有机硅乳液。

产品应用测试：(1)印刷性测试：用200目辊筒印刷，观察刀口是否有油状物。(2)稳定性测试：观察乳液是否分层及出现油状泡沫。(3)皮革粘结力测试：100℃沸水水煮，观察是否有脱层或者发白掉粉等现象。

测试结果如下表所示：

从实施例1，2及对比例3可以看出，采用该乳化工艺，高粘度的有机硅聚硅氧烷也能够乳化成均匀稳定的乳液，保持6个月不分层不出油。对比例1没有添加粘结助剂，导致粘结力及产品稳定性印刷性能下降。从实施例1与对比例2可以看出，聚醚改性的乙烯基硅氧烷的乳液稳定性较普通的乙烯基硅油要好，也有助于对皮革的粘结。对比例4说明粘结助剂的含量应在可控范围内，过量对粘结性能会产生负面的影响。根据本技术要求的实施例1，2，3均能够得到稳定的水性有机硅乳液，并在皮革表面实现应用；上述实验结果证明了本发明提出的解决方案的合理性和实际效果。

本发明的一种水性有机硅乳液制备方法，通过乳化工艺对高粘度的有机硅进行乳化，并通过水性粘结助剂，提高制备出的水性有机硅乳液对皮革表面的粘结效果，并且制备出的水性有机硅乳液不含芳烃类，酯类，酮类等有机溶剂，具有无毒无味，对环境无污染的优点，制备工序简单，无需过多大型设备即可实现。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种水性有机硅乳液，其特征在于，

按重量份计，各组分分别为：有机硅聚硅氧烷20～50份，乳化剂4～10份，粘结助剂2～6份，助溶剂5～20份，去离子水40～80份，填料10～30份，交联剂5～10份，抑制剂0.001～0.05份，催化剂0.01～1份。

2.如权利要求1所述的一种水性有机硅乳液，其特征在于，

所述有机硅聚硅氧烷为含烯基的有机聚硅氧烷；所述有机硅聚硅氧烷在侧链或链端至少含有两个或两个以上烯基，且所述的有机硅聚硅氧烷在侧链至少含有苯基、聚醚基、异氰酸酯基、环烷基、环氧基、氨基中的一种或者多种官能团。

3.如权利要求2所述的一种水性有机硅乳液，其特征在于，

所述乳化剂由非离子表面活性剂，离子型表面活性剂和两性表面活性剂中的至少两种组合而成。

4.如权利要求3所述的一种水性有机硅乳液，其特征在于，

所述乳化剂由烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、卵磷脂、咪唑啉化合物、氨基酸型、甜菜碱型、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚和烷基聚醚中的至少两种组合而成。

5.如权利要求1所述的一种水性有机硅乳液，其特征在于，

所述水性粘结助剂具有琥珀酸酐基、季铵基、脲基、丙烯酸酯中的至少一种。

6.如权利要求5所述的一种水性有机硅乳液，其特征在于，

所述水性粘结助剂包括三甲氧基硅基丙基琥珀酸酐、甲基二甲氧基硅基丙基琥珀酸酐、氨基烷基三烷氧基硅烷、脲基三烷氧基硅烷，乙二醇甲基丙烯酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的一种水性有机硅乳液，其特征在于，

所述助溶剂包括乙二醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚等多元醇和多元醚中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的一种水性有机硅乳液，其特征在于，

所述填料包括二氧化硅、氢氧化铝、氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、硅酸铝、碳酸钙、碳酸镁、玻璃微珠、白炭黑、有机硅树脂微粉、碳酸钙、氧化镁中的一种或者多种。

9.一种水性有机硅乳液制备方法，应用于如权利要求1～8任意一项所述的一种水性有机硅乳液，其特征在于，包括：

将20～50份有机硅聚硅氧烷、4～10乳化剂和5～10份助溶剂搅拌均匀，然后加入5～10份交联剂，0.001～0.05份抑制剂，0.01～1份催化剂并分散均匀，制得混合物；

往混合物中缓慢滴加30～60份去离子水，高速搅拌，溶液由透明粘稠液体开始转变为乳白色不透明乳状物，且溶液状态为油包水时，加入5～15份填料及2～6粘结助剂，搅拌30min；

继续滴加10～20份去离子水，提高搅拌速度，乳液由油包水转变为水包油相时，制得水性有机硅乳液。

Images