本發(fā)明涉及一種用丙烯酸酯有機(jī)硅在二氧化鈦表面聚合的方法。

背景技術(shù)：

二氧化鈦從晶體結(jié)構(gòu)上可以分為金紅石型，銳鈦礦型和板鈦型三種類型，其中板鈦型二氧化鈦較難獲得，在實(shí)際應(yīng)用中并不常見。金紅石型屬四方晶系。晶格中心有一個(gè)鈦原子，鈦原子周圍有 6 個(gè)氧原子，氧原子周圍有 3 個(gè)鈦原子。金紅石晶胞含有兩個(gè)二氧化鈦分子，晶格小而緊密，是三種晶型中最穩(wěn)定的。并且，金紅石型的密度和折射率也相對(duì)較大。銳鈦礦型也屬四方晶系。鈦原子位于八面體的中心，被 6 個(gè)氧原子環(huán)繞，其中兩個(gè)氧原子的距離較近，所以以扭曲的八面體的形式出現(xiàn)。銳鈦礦型在低溫下很穩(wěn)定，大約在 650℃開始晶型的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)化過程受溫度，是否加入添加劑和加入何種添加劑等因素影響。光學(xué)性質(zhì)是二氧化鈦?zhàn)钪匾奶匦灾?，因?yàn)槎趸伒墓鈱W(xué)性質(zhì)與其性能有著密切的關(guān)系，如折射率，遮蓋力，散射力，耐候性，這些都是光學(xué)性質(zhì)的具體體現(xiàn)。

涂料工業(yè)是二氧化鈦的第一大用戶，二氧化鈦大部分被涂料工業(yè)所消耗。二氧化鈦是涂料生產(chǎn)中最重要的顏料，其作用不僅僅是遮蓋和裝飾，更重要的是能夠改善涂料的物化性能，增強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性，提高遮蓋力、消色力、防腐蝕性、耐光和耐候性，增強(qiáng)涂膜的機(jī)械強(qiáng)度和附著力，防止開裂和脫落，防止紫外線和水分透過，延長(zhǎng)物體的使用壽命。

顏料級(jí)二氧化鈦的粒徑范圍在70-100納米，其顆粒表面含大量的羥基，很容易發(fā)生團(tuán)聚，團(tuán)聚后二氧化鈦的遮蓋能力會(huì)受到很大的影響。所以，二氧化鈦使用前要進(jìn)行較仔細(xì)的研磨，研磨過程中加入一定量的分散劑，目的是使二氧化鈦顆粒分開，這樣二氧化鈦遮蓋能力才能得到更大的發(fā)揮。另外，二氧化鈦表面對(duì)環(huán)境非常敏感，少量的雜質(zhì)就可能造成分散好的顆粒又重新發(fā)生團(tuán)聚，而二氧化鈦的使用范圍非常廣泛，使用場(chǎng)合千差萬別，稍有不慎就會(huì)造成分散好的顆粒又重新發(fā)生團(tuán)聚，所以很有必要在二氧化鈦表面包覆一層保護(hù)層，將二氧化鈦顆粒隔離開，避免二氧化鈦顆粒的團(tuán)聚，使二氧化鈦的遮蓋能力得到更大的發(fā)揮。

本發(fā)明主要是在二氧化鈦表面包覆丙烯酸酯有機(jī)硅共聚物，應(yīng)用于水性涂料中。二氧化鈦表面聚合物包覆除了可以減少團(tuán)聚、最大限度發(fā)揮二氧化鈦的遮蓋能力外，還有一些其它好處，總結(jié)起來具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以防止二氧化鈦的團(tuán)聚，使其保持單分散狀態(tài)，增強(qiáng)其遮蓋力，提高了二氧化鈦的利用率。

（2）使用方便，將二氧化鈦漿料與乳液混合再加入其它助劑即可，減少使用時(shí)將二氧化鈦的干粉分散成漿料的步驟，且二氧化鈦可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，不能有效分散。

（3）使二氧化鈦不必以干粉狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)輸、使用，而是以漿料進(jìn)行運(yùn)輸、使用，避免了二氧化鈦粉塵的產(chǎn)生，既能起到保護(hù)環(huán)境的效果，又能減少原料的損失。

（4）二氧化鈦表面聚合物包覆后與乳液的相容性更好，可以提高涂料的性能。

為了使聚合物包覆層能與二氧化鈦表面更好地結(jié)合，本發(fā)明首先用帶雙鍵的陽離子單體對(duì)二氧化鈦表面進(jìn)行改性，改性的機(jī)理為：二氧化鈦表面本身帶有大量的負(fù)電荷，帶雙鍵的陽離子單體一端帶有正電荷，通過電荷作用吸附到二氧化鈦表面，另一端含有不飽和雙鍵乙烯基的基團(tuán)還留在二氧化鈦表面，再用引發(fā)劑過硫酸銨引發(fā)與丙烯酸酯、乙烯基硅烷共聚物，最后得到了表面包覆聚丙烯酸酯有機(jī)硅的二氧化鈦。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種用丙烯酸酯有機(jī)硅在二氧化鈦表面聚合的方法，其特征在于：首先對(duì)TiO₂進(jìn)行表面改性，按重量份計(jì)將300份TiO₂粉末加入到1000份水中，啟動(dòng)攪拌器攪拌，使TiO₂粉末均勻分散在水中，加入1.5份分散劑，將得到的TiO₂漿料在高速分散機(jī)上進(jìn)行高速分散，得到單分散的TiO₂漿料；稱取3份陽離子單體，加20份無水乙醇稀釋，將含有陽離子單體的乙醇溶液緩慢滴加到TiO₂漿料中，攪拌30分鐘，得到表面經(jīng)陽離子單體改性的分散均勻的TiO₂漿料；

將由甲基丙烯酸甲酯15份、丙烯酸丁酯15 份、乙烯基三乙氧基硅烷10 份和α-甲基丙烯酸5份組成的混合單體與水80份、引發(fā)劑過硫酸銨1份、乳化劑2份進(jìn)行預(yù)乳化，得到預(yù)乳化混合單體乳液；

將上述的TiO₂漿料加熱到80℃，加入0.3份引發(fā)劑過硫酸銨，引發(fā)反應(yīng)5分鐘，然后將預(yù)乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO₂漿料中，加入時(shí)間控制在2-5小時(shí)，加入完畢后維持85℃恒溫反應(yīng)1小時(shí)，得到表面經(jīng)聚丙烯酸酯有機(jī)硅包覆的TiO₂漿料；

所述的陽離子單體為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯其中的一種或兩種以上；

所述的乳化劑為壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨；

所述的TiO₂粉末為顏料級(jí)銳鈦型TiO₂；

所述的分散劑為丙烯酸鈉。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

首先對(duì)TiO₂進(jìn)行表面改性，將300kg顏料級(jí)銳鈦型TiO₂粉末加入到1000kg水中，啟動(dòng)攪拌器攪拌，使TiO₂粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO₂漿料在高速分散機(jī)上進(jìn)行高速分散，得到單分散的TiO₂漿料；稱取3kg甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，加20kg無水乙醇稀釋，將含有陽離子單體的乙醇溶液緩慢滴加到TiO₂漿料中，攪拌30分鐘，得到表面經(jīng)陽離子單體改性的分散均勻的TiO₂漿料；將由甲基丙烯酸甲酯15 kg、丙烯酸丁酯15 kg、乙烯基三乙氧基硅烷10 kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發(fā)劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進(jìn)行預(yù)乳化，得到預(yù)乳化混合單體乳液；將上述的TiO₂漿料加熱到80℃，加入0.3kg引發(fā)劑過硫酸銨，引發(fā)反應(yīng)5分鐘，然后將預(yù)乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO₂漿料中，加入時(shí)間控制在2小時(shí)，加入完畢后維持85℃恒溫反應(yīng)1小時(shí)，得到表面經(jīng)包覆的TiO₂漿料。

實(shí)施例2

首先對(duì)TiO₂進(jìn)行表面改性，將300kg顏料級(jí)銳鈦型TiO₂粉末加入到1000kg水中，啟動(dòng)攪拌器攪拌，使TiO₂粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO₂漿料在高速分散機(jī)上進(jìn)行高速分散，得到單分散的TiO₂漿料；稱取3kg丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，加20kg無水乙醇稀釋，將含有陽離子單體的乙醇溶液緩慢滴加到TiO₂漿料中，攪拌30分鐘，得到表面經(jīng)陽離子單體改性的分散均勻的TiO₂漿料；將由甲基丙烯酸甲酯15 kg、丙烯酸丁酯15 kg、乙烯基三乙氧基硅烷10 kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發(fā)劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進(jìn)行預(yù)乳化，得到預(yù)乳化混合單體乳液；將上述的TiO₂漿料加熱到80℃，加入0.3kg引發(fā)劑過硫酸銨，引發(fā)反應(yīng)5分鐘，然后將預(yù)乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO₂漿料中，加入時(shí)間控制在5小時(shí)，加入完畢后維持85℃恒溫反應(yīng)1小時(shí)，得到表面經(jīng)包覆的TiO₂漿料。

實(shí)施例3

首先對(duì)TiO₂進(jìn)行表面改性，將300kg顏料級(jí)銳鈦型TiO₂粉末加入到1000kg水中，啟動(dòng)攪拌器攪拌，使TiO₂粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO₂漿料在高速分散機(jī)上進(jìn)行高速分散，得到單分散的TiO₂漿料；稱取3kg丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯，加20kg無水乙醇稀釋，將含有陽離子單體的乙醇溶液緩慢滴加到TiO₂漿料中，攪拌30分鐘，得到表面經(jīng)陽離子單體改性的分散均勻的TiO₂漿料；將由甲基丙烯酸甲酯15 kg、丙烯酸丁酯15 kg、乙烯基三乙氧基硅烷10 kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發(fā)劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進(jìn)行預(yù)乳化，得到預(yù)乳化混合單體乳液；將上述的TiO₂漿料加熱到80℃，加入0.3kg引發(fā)劑過硫酸銨，引發(fā)反應(yīng)5分鐘，然后將預(yù)乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO₂漿料中，加入時(shí)間控制在3小時(shí)，加入完畢后維持85℃恒溫反應(yīng)1小時(shí)，得到表面經(jīng)包覆的TiO₂漿料。

實(shí)施例4

首先對(duì)TiO₂進(jìn)行表面改性，將300kg顏料級(jí)銳鈦型TiO₂粉末加入到1000kg水中，啟動(dòng)攪拌器攪拌，使TiO₂粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO₂漿料在高速分散機(jī)上進(jìn)行高速分散，得到單分散的TiO₂漿料；稱取3kg甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，加20kg無水乙醇稀釋，將含有陽離子單體的乙醇溶液緩慢滴加到TiO₂漿料中，攪拌30分鐘，得到表面經(jīng)陽離子單體改性的分散均勻的TiO₂漿料；將由甲基丙烯酸甲酯15 kg、丙烯酸丁酯15 kg、乙烯基三乙氧基硅烷10 kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發(fā)劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進(jìn)行預(yù)乳化，得到預(yù)乳化混合單體乳液；將上述的TiO₂漿料加熱到80℃，加入0.3kg引發(fā)劑過硫酸銨，引發(fā)反應(yīng)5分鐘，然后將預(yù)乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO₂漿料中，加入時(shí)間控制在4小時(shí)，加入完畢后維持85℃恒溫反應(yīng)1小時(shí)，得到表面經(jīng)包覆的TiO₂漿料。

實(shí)施例5

首先對(duì)TiO₂進(jìn)行表面改性，將300kg顏料級(jí)銳鈦型TiO₂粉末加入到1000kg水中，啟動(dòng)攪拌器攪拌，使TiO₂粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO₂漿料在高速分散機(jī)上進(jìn)行高速分散，得到單分散的TiO₂漿料；稱取3kg丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，加20kg無水乙醇稀釋，將含有陽離子單體的乙醇溶液緩慢滴加到TiO₂漿料中，攪拌30分鐘，得到表面經(jīng)陽離子單體改性的分散均勻的TiO₂漿料；將由甲基丙烯酸甲酯15 kg、丙烯酸丁酯15 kg、乙烯基三乙氧基硅烷10 kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發(fā)劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進(jìn)行預(yù)乳化，得到預(yù)乳化混合單體乳液；將上述的TiO₂漿料加熱到80℃，加入0.3kg引發(fā)劑過硫酸銨，引發(fā)反應(yīng)5分鐘，然后將預(yù)乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO₂漿料中，加入時(shí)間控制在4.5小時(shí)，加入完畢后維持85℃恒溫反應(yīng)1小時(shí)，得到表面經(jīng)包覆的TiO₂漿料。

實(shí)施例6

首先對(duì)TiO₂進(jìn)行表面改性，將300kg顏料級(jí)銳鈦型TiO₂粉末加入到1000kg水中，啟動(dòng)攪拌器攪拌，使TiO₂粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO₂漿料在高速分散機(jī)上進(jìn)行高速分散，得到單分散的TiO₂漿料；稱取3kg丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯，加20kg無水乙醇稀釋，將含有陽離子單體的乙醇溶液緩慢滴加到TiO₂漿料中，攪拌30分鐘，得到表面經(jīng)陽離子單體改性的分散均勻的TiO₂漿料；將由甲基丙烯酸甲酯15 kg、丙烯酸丁酯15 kg、乙烯基三乙氧基硅烷10 kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發(fā)劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進(jìn)行預(yù)乳化，得到預(yù)乳化混合單體乳液；將上述的TiO₂漿料加熱到80℃，加入0.3kg引發(fā)劑過硫酸銨，引發(fā)反應(yīng)5分鐘，然后將預(yù)乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO₂漿料中，加入時(shí)間控制在3.5小時(shí)，加入完畢后維持85℃恒溫反應(yīng)1小時(shí)，得到表面經(jīng)包覆的TiO₂漿料。