CN102911581A - 一种有机无机复合亲水涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机无机复合亲水涂料，由5～10份含硅羟基的丙烯酸酯乳液，10～40份的硅溶胶，0.5～5份的亲水改性助剂，0～5份的其它助剂，30～50份的去离子水组成，以上用量份均为重量份；所述含硅羟基的丙烯酸酯乳液是由甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸，N-羟甲基丙烯酰胺，不饱和有机硅氧烷，复合乳化剂，过硫酸铵引发剂，水，pH调节剂为原料，经乳液聚合而成的。与常规的水性双组份罩光漆及溶剂型氟碳罩光漆相比，本发明涂料的涂膜具有超亲水性，耐沾污效果十分明显，具有亲水自清洁作用,对建筑物外墙表面起到很好的保护作用，降低维护费用，安全环保。

Description

一种有机无机复合亲水涂料

技术领域

本发明涉及一种有机无机复合亲水涂料，特别适合作为外墙罩面透明涂料,起到亲水自清洁的作用。

背景技术

空气中含有大量的粉尘、油污等污染物，这些污染物很容易粘附在建筑物外立面以及窗台、露台等平面结构处，严重的甚至渗入装饰层的内部，日积月累使得建筑物变得灰暗老旧，严重影响建筑物的美观和装饰材料的装饰效果，增加了建筑物墙面清洁和维护成本。近年来，大气中油性污染物的比重逐渐增加，要求涂膜具有抵抗油性污染物的能力，亲水涂料的作用越来越显现。目前，外墙涂料所采用的罩光清漆初期耐沾污性较好，但随着时间的延长，涂膜的耐沾污性逐渐下降，不能保持建筑物的长久美观。所以，需要开发一种通过雨水冲刷能具备自清洁效果的超亲水涂料。

发明内容

本发明的目的是：提供一种超亲水且自清洁效果显著的有机无机复合亲水涂料，解决外墙涂料耐沾污差的问题。

实现本发明目的的技术方案是：一种有机无机复合亲水涂料，其特征在于，由5～10重量份含硅羟基的丙烯酸酯乳液，10～40重量份的硅溶胶，0.5～5重量份的亲水改性助剂，0～5重量份的其它助剂，30～50重量份的去离子水组成；

所述含硅羟基的丙烯酸酯乳液是以甲基丙烯酸甲酯单体20～60重量份，丙烯酸丁酯单体30～80重量份，丙烯酸羟乙酯单体10～20重量份，甲基丙烯酸单体2～10重量份，N-羟甲基丙烯酰胺单体5～10重量份，不饱和有机硅氧烷单体20～80重量份，复合乳化剂2～10重量份，过硫酸铵引发剂0.1～2.0重量份，水200～450重量份，pH调节剂0.5～2.0重量份作为原料，经乳液聚合成而的，其中，不饱和有机硅氧烷单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷中的一种；复合乳化剂为中海油常州环保涂料有限公司的DP-324，它是由80%的阴离子型乳化剂和20%的非离子型乳化剂混合组成；pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水、三乙基胺、三乙醇胺中的一种；

所述硅溶胶为弱碱性硅溶胶，其pH值为7～10；

所述亲水改性助剂为含有亲水单元的有机硅氧烷化合物；

所述其它助剂为2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯、丙二醇、乙醇中的一种或几种。

上述有机无机复合亲水涂料中，所述硅溶胶为浙江宇达化工公司的改性钠型硅溶胶GS-25或铵型硅溶胶NS-25。

上述有机无机复合亲水涂料中，所述含硅羟基的丙烯酸酯乳液的硅羟基是指与硅原子连接的羟基，该硅羟基含量占丙烯酸酯乳液固体份的7.0～19wt％。

上述有机无机复合亲水涂料中，所述含硅羟基的丙烯酸酯乳液的具体制备步骤如下：

①按下述用量准备各原料：

甲基丙烯酸甲酯单体20～60重量份，丙烯酸丁酯单体30～80重量份，丙烯酸羟乙酯单体10～20重量份，甲基丙烯酸单体2～10重量份，N-羟甲基丙烯酰胺单体5～10重量份，不饱和有机硅氧烷单体20～80重量份，复合乳化剂2～10重量份，过硫酸铵引发剂0.1～2.0重量份，水200～450重量份，pH调节剂0.5～2.0重量份，其中，不饱和有机硅氧烷单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷中的一种；复合乳化剂为中海油常州环保涂料有限公司的DP-324；pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水、三乙基胺、三乙醇胺中的一种；

②将部分水150～250重量份、10～20％的复合乳化剂和20～40％的过硫酸铵加入装有搅拌器、温度计、冷凝装置和两个滴液漏斗的反应容器中，将全部甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸及不饱和有机硅氧烷单体混合均匀，然后装入一个滴液漏斗中，将剩余的水、复合乳化剂和过硫酸铵与全部N-羟甲基丙烯酰胺混合均匀，然后装入另外一个滴液漏斗中；

③开动搅拌并升温，当温度升至80℃后，同时滴加2个滴液漏斗中的物料，于1～2h内滴加完毕后，继续保温反应1～1.5h后，将体系温度降至50℃以下，加入全部pH调节剂，将体系的pH值调至8～9，停止搅拌，出料即为含硅羟基的丙烯酸酯乳液，其硅羟基含量占丙烯酸酯乳液固体份的7.0～19wt％。

本发明的技术效果是：本发明技术方案的有机无机复合亲水涂料的主要成膜物是特制的含硅羟基的丙烯酸酯乳液，该乳液选用了恰当的单体及用量并具有适量的与硅原子连接的羟基，成膜时，该硅羟基可以与硅溶胶进行缩聚反应，改善了无机硅溶胶的成膜性、附着性及柔韧性，同时还使涂膜具有了较高耐候性、亲水性；涂料中的亲水改性助剂也能够与涂料体系中的硅羟基发生缩聚反应，将其亲水单元接到涂膜的表面，可进一步提高涂膜的亲水性；涂料各个组分之间具有相互协同作用，对提高涂料的超亲水性和自清洁效果更为有利。本发明有机无机复合亲水涂料可以采用刷涂、辊涂或喷涂方法应用于外墙涂料的最外层作为罩面层，使得墙体具有超亲水性，在雨水冲刷作用下可保持建筑物持久的耐沾污性，使建筑物更美观。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不局限于此。

各实施例所用原材料除另有说明外均为市售工业用品，可通过商业渠道购得。

（一）制备含硅羟基的丙烯酸酯乳液

本发明含硅羟基的丙烯酸酯乳液是以甲基丙烯酸甲酯单体20～60重量份，丙烯酸丁酯单体30～80重量份，丙烯酸羟乙酯单体10～20重量份，甲基丙烯酸单体2～10重量份，N-羟甲基丙烯酰胺单体5～10重量份，不饱和有机硅氧烷单体20～80重量份，复合乳化剂2～10重量份，过硫酸铵引发剂0.1～2.0重量份，水200～450重量份，pH调节剂0.5～2.0重量份作为原料，经乳液聚合成而的。

实施例1

按以下步骤制备：

①按表1用量准备各原料；

表1

②将部分水160重量份、11％的复合乳化剂0.5重量份和20％的过硫酸铵0.1重量份加入装有搅拌器、温度计、冷凝装置和两个滴液漏斗的反应容器中，将全部甲基丙烯酸甲酯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸羟乙酯单体、甲基丙烯酸单体及不饱和有机硅氧烷单体混合均匀，然后装入一个滴液漏斗中，将剩余的水、复合乳化剂和过硫酸铵与全部N-羟甲基丙烯酰胺单体混合均匀，然后装入另外一个滴液漏斗中；

③开动搅拌并升温，当温度升至80℃后，同时滴加2个滴液漏斗中的物料，于1.5h内滴加完毕后，继续保温反应1h后，将体系温度降至50℃以下，加入全部pH调节剂，将体系的pH值调至8～9，停止搅拌，出料即为含硅羟基的丙烯酸酯乳液，其硅羟基含量占丙烯酸酯乳液固体份的11.7wt％。

实施例2

按以下步骤制备：

①按表2用量准备各原料；

表2

②将部分水250重量份、20％的复合乳化剂1.5重量份和25％的过硫酸铵0.2重量份加入装有搅拌器、温度计、冷凝装置和两个滴液漏斗的反应容器中，将全部甲基丙烯酸甲酯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸羟乙酯单体、甲基丙烯酸单体及不饱和有机硅氧烷单体混合均匀，然后装入一个滴液漏斗中，将剩余的水、复合乳化剂和过硫酸铵与全部N-羟甲基丙烯酰胺单体混合均匀，然后装入另外一个滴液漏斗中；

③开动搅拌并升温，当温度升至80℃后，同时滴加2个滴液漏斗中的物料，于2h内滴加完毕后，继续保温反应1.5h后，将体系温度降至50℃以下，加入全部pH调节剂，将体系的pH值调至8～9，停止搅拌，出料即为含硅羟基的丙烯酸酯乳液，其硅羟基含量占丙烯酸酯乳液固体份的10.4wt％。

实施例3

按以下步骤制备：

①按表3用量准备各原料；

表3

②将部分水200重量份、20％的复合乳化剂1.0重量份和40％的过硫酸铵0.2重量份加入装有搅拌器、温度计、冷凝装置和两个滴液漏斗的反应容器中，将全部甲基丙烯酸甲酯单体、丙烯酸丁酯单体、丙烯酸羟乙酯单体、甲基丙烯酸单体及不饱和有机硅氧烷单体混合均匀，然后装入一个滴液漏斗中，将剩余的水、复合乳化剂和过硫酸铵与全部N-羟甲基丙烯酰胺单体混合均匀，然后装入另外一个滴液漏斗中；

③开动搅拌并升温，当温度升至80℃后，同时滴加2个滴液漏斗中的物料，于1.5h内滴加完毕后，继续保温反应1.0h后，将体系温度降至50℃以下，加入全部pH调节剂，将体系的pH值调至8～9，停止搅拌，出料即为含硅羟基的丙烯酸酯乳液，其硅羟基含量占丙烯酸酯乳液固体份的9.3wt％。

（二）制备有机无机复合亲水涂料

本发明的有机无机复合亲水涂料由5～10重量份含硅羟基的丙烯酸酯乳液，10～40重量份的硅溶胶，0.5～5重量份的亲水改性助剂，0～5重量份的其它助剂，30～50重量份的去离子水组成。

实施例4～6制备涂料A、B和C

①具体配方见表4。

表4

注：Texanol为伊士曼公司的2，2，4三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯的产品牌号；

HS-330T为常州天正化工科技有限公司的亲水改性助剂牌号，它是含有亲水单元的有机硅化合物。

②具体操作

按表4用量在混合容器中，先加入含硅羟基的丙烯酸酯乳液和硅溶胶，然后搅拌下，依次加入亲水改性助剂、其他助剂、去离子水，搅拌15分钟，分别制得实施例4涂料A、

实施例5涂料B和实施例6涂料C。

检测本发明有机无机复合亲水涂料及其涂膜性能

以铝板为样板，先用常规外墙涂料喷涂两道，实干后再分别用本发明的有机无机复合亲水涂料（实施例4～6的涂料A、B和C）以及作为对比涂料的现有常规双组分水性罩光漆和溶剂型氟碳罩光漆喷涂两道，标准条件下放置7天后检测涂膜相关性能（见表5），其中，涂膜的水接触角采用上海梭伦信息科技有限公司的SL200B型接触角仪测定；涂膜的耐水性按照GB/T1733-93中甲法测定；涂膜的耐沾污性的测定方法是：先测定待测样板的初始反射率A，再将待测试样板置于户外天然曝晒半年后测得曝晒后反射率B，按下式计算样板天然曝晒前后反射率变化即为耐沾污性，其数值越小表明涂膜的耐沾污性越好：

耐沾污性％＝〔（A－B）÷A〕×100％

表5

由表5的检测结果可知，本发明有机无机复合亲水涂料与常规的水性双组份罩光漆及溶剂型氟碳罩光漆相比具有超亲水性，耐沾污效果十分明显，具有亲水自清洁作用,对建筑物外墙表面起到很好的保护作用，降低维护费用，安全环保。

Claims (4)

1.一种有机无机复合亲水涂料，其特征在于，由5～10重量份含硅羟基的丙烯酸酯乳液，10～40重量份的硅溶胶，0.5～5重量份的亲水改性助剂，0～5重量份的其它助剂，30～50重量份的去离子水组成；

所述含硅羟基的丙烯酸酯乳液是以甲基丙烯酸甲酯单体20～60重量份，丙烯酸丁酯单体30～80重量份，丙烯酸羟乙酯单体10～20重量份，甲基丙烯酸单体2～10重量份，N-羟甲基丙烯酰胺单体5～10重量份，不饱和有机硅氧烷单体20～80重量份，复合乳化剂2～10重量份，过硫酸铵引发剂0.1～2.0重量份，水200～450重量份，pH调节剂0.5～2.0重量份作为原料，经乳液聚合成而的，其中，不饱和有机硅氧烷单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷中的一种；复合乳化剂为中海油常州环保涂料有限公司的DP-324，它是由80%的阴离子型乳化剂和20%的非离子型乳化剂混合组成；pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水、三乙基胺、三乙醇胺中的一种；

所述硅溶胶为弱碱性硅溶胶，其pH值为7～10；

所述亲水改性助剂为含有亲水单元的有机硅氧烷化合物；

所述其它助剂为2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯、丙二醇、乙醇中的一种或几种。

2.根据权利1所述的有机无机复合亲水涂料，其特征在于，所述硅溶胶为浙江宇达化工公司的改性钠型硅溶胶GS-25或铵型硅溶胶NS-25。

3.根据权利1所述的有机无机复合亲水涂料，其特征在于，所述含硅羟基的丙烯酸酯乳液的硅羟基是指与硅原子连接的羟基，该硅羟基含量占丙烯酸酯乳液固体份的7.0～19wt％。

4.根据权利要求1所述的有机无机复合亲水涂料，其特征在于，所述含硅羟基的丙烯酸酯乳液的具体制备步骤如下：

①按下述用量准备各原料：

甲基丙烯酸甲酯单体20～60重量份，丙烯酸丁酯单体30～80重量份，丙烯酸羟乙酯单体10～20重量份，甲基丙烯酸单体2～10重量份，N-羟甲基丙烯酰胺单体5～10重量份，不饱和有机硅氧烷单体20～80重量份，复合乳化剂2～10重量份，过硫酸铵引发剂0.1～2.0重量份，水200～450重量份，pH调节剂0.5～2.0重量份，其中，不饱和有机硅氧烷单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷中的一种；复合乳化剂为中海油常州环保涂料有限公司的DP-324；pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水、三乙基胺、三乙醇胺中的一种；

②将部分水150～250重量份、10～20％的复合乳化剂和20～40％的过硫酸铵加入装有搅拌器、温度计、冷凝装置和两个滴液漏斗的反应容器中，将全部甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸及不饱和有机硅氧烷单体混合均匀，然后装入一个滴液漏斗中，将剩余的水、复合乳化剂和过硫酸铵与全部N-羟甲基丙烯酰胺混合均匀，然后装入另外一个滴液漏斗中；

③开动搅拌并升温，当温度升至80℃后，同时滴加2个滴液漏斗中的物料，于1～2h内滴加完毕后，继续保温反应1～1.5h后，将体系温度降至50℃以下，加入全部pH调节剂，将体系的pH值调至8～9，停止搅拌，出料即为含硅羟基的丙烯酸酯乳液，其硅羟基含量占丙烯酸酯乳液固体份的7.0～19wt％。