CN103555081A - 超疏水复合水性罩面清漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超疏水复合水性罩面清漆及其制备方法，是将所制备的一种超疏水透明的二氧化硅气凝胶材料，并将其涂覆到水性罩面清漆表面制备成一种超疏水复合水性罩面清漆，这种超疏水复合水性罩面清漆不仅外观透明，具有自清洁能力，同时在室外环境下具有长时间的疏水持久性，因此可以作为免擦洗内、外墙涂料的罩面清漆来使用。应用本方法制得的一种超疏水复合水性罩面清漆，效果明显，生产工艺简单，施工良好，且无毒无害，环保性能高，具有一定的实际意义。

Description

超疏水复合水性罩面清漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超疏水透明气凝胶材料的制备方法，尤其涉及到以此气凝胶材料来制备一种超疏水复合水性罩面清漆的方法。

背景技术

在自然界中，有大量生物的表面，例如荷叶，沙漠中的植物以及壁虎，表现出超疏水的特性（L.Jiang,Y.Zhao,J.Zhai,Angew.Chem.2004,116,4438-4441；T.S.Kustandi,V.D.Samper,D.K.Yi,et.al.Adv.Funct.Mater.2007,17,2211-221；8；X.Gao,L.Jiang,Nature,2004,432,36）。通常情况下，我们将对水接触角大于150°，滑动角小于5°的表面称为超疏水表面，这种超疏水表面主要有两种：（1）兼具有微纳米结构与低表面能的表面；（2）具有多孔结构的低表面能表面。这两种表面都能够通过表面的微纳米结构以及多孔结构来诱捕部分空气，从而赋予表面超疏水的特性。超疏水表面不管是在在工业生产过程中，还是在基础研究领域，都受到了极大的关注，近年来对于这种表面的自洁能力的研究从未中断过（CN 1765959A，CN 101381593A，CN 101817980A）。

罩面清漆是涂料涂装过程中很重要的一道工序，通过对涂料的罩面处理，能够对底层涂料起到很好的保护作用，提高涂料的耐磨、耐化学、耐候以及耐洗刷的特性。然而，对于水性的罩面清漆而言，由于配方当中存在大量的表面活性剂，使得罩面清漆的耐水与耐洗刷大幅度下降，这极大影响了水性罩面清漆的实际应用性能。针对这样的问题，本发明通过在罩面清漆表面涂覆一定厚度的气凝胶透明超疏水涂层，赋予罩面清漆超疏水的特性，防止水与罩面清漆直接接触，从而对罩面清漆起到很好的保护作用，提高了罩面清漆的耐洗刷特性。此外，本发明气凝胶材料涂覆是在罩面清漆未完全干燥的前提下进行的，因此气凝胶涂层能够很好地与罩面清漆融合，极大地提高了气凝胶涂层与罩面清漆间的附着力。再者，由于所用到的超疏水气凝胶材料在外观上是透明的，因此能够使得涂覆后的罩面清漆保持高度透明性。本发明通过简单制备工艺制备了超疏水复合水性罩面清漆，具有很强的工业化能力与应用前景。本发明所制备的超疏水复合水性罩面清漆，对水的接触角在150-160°之间，因此具有很好的防水与自清洁能力。

发明内容

本发明制备了一种超疏水透明的二氧化硅气凝胶材料，并将其涂覆到水性罩面清漆表面制备成一种超疏水复合水性罩面清漆，这种超疏水复合水性罩面清漆不仅外观透明，具有自清洁能力，同时在室外环境下具有长时间的疏水持久性，因此可以作为免擦洗内、外墙涂料的罩面清漆来使用。

本发明的技术方案为：以二甲基二甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷为原料，通过简单溶胶-凝胶法合成透明超疏水气凝胶材料。然后将得到的透明气凝胶材料重新通过研磨分散于溶剂当中，将其涂覆于一种水性罩面清漆表面，从而实现了超疏水复合水性罩面清漆的制备。

本发明还提供一种上述超疏水复合水性罩面清漆的制备方法，其具体步骤如下：

（A）水性罩面清漆的制备：

水性罩面清漆，由以下组分组成：pH调节剂0.01-0.5%、乳液30-70%、消泡剂0.1-1.0%、杀菌剂0.1-1.0%、防腐防霉剂0.1-1.0%、防冻剂1.0-5.0%、成膜助剂1.0-5.0%、增稠剂0.1-2.0%、水余量。将上述组分依次加入到反应釜内，在1000r/min的转速下搅拌30min，得到水性罩面清漆。其中，上述配方当中的水为去离子水，pH调节剂为有机胺类pH调节剂，乳液为苯丙乳液、纯丙烯酸乳液或者聚氨酯乳液，消泡剂为矿物油消泡剂，杀菌剂为卡松杀菌剂，防霉剂为无甲醛防霉剂，防冻剂为丙二醇类防冻剂，成膜制剂为12碳醇酯类成膜助剂，增稠剂为聚氨酯类增稠剂。

（B）超疏水透明气凝胶材料的制备

在250ml四口瓶当中加入二甲基二甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷，其中二甲基二甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷的质量比为1:5～1:15，接着往四口瓶中加入乙醇作为溶剂，其中硅烷混合物与乙醇的质量比为1:10～1:20，之后往四口瓶中加入0.001mol/l草酸溶液，中速搅拌30min后静置水解12-36h，接着加入11.2mol/l的氨水溶液，将混合液调至碱性后接着搅拌15min。氨水溶液与草酸溶液的质量比为1.2:1。将所得到的溶液在室温下陈化2-5d，得到超疏水透明气凝胶材料。

（C）超疏水复合水性罩面清漆的制备

将超疏水透明气凝胶材料分散于乙醇溶剂当中，其中气凝胶在乙醇当中的浓度为1～5wt.%。将水性罩面清漆涂覆于基材表面，其中基材为内、外墙乳胶漆，在水性罩面清漆未完全干透之前，将气凝胶的乙醇溶液喷涂至水性罩面清漆表面，之后在常温下晾干后，再在50℃下继续烘0.5h，得到超疏水复合水性罩面清漆。

优选二甲基二甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷的质量比1:10～1:15。

优选涂覆于水性木器漆表面的气凝胶乙醇分散液的浓度为5wt.%。

本发明制得的超疏水复合水性罩面清漆的接触角按常规方法测定。所述超疏水复合水性罩面清漆对水的接触角在150-160°之间。

本发明制得的超疏水复合水性罩面清漆可作为免擦洗内、外墙涂料的罩面清漆。

本发明通过溶胶-凝胶法制备了超疏水透明气凝胶材料，并将此气凝胶材料涂覆于水性罩面清漆的表面，得到超疏水复合水性罩面清漆。这种制备方法原料易得，制备步骤简便，因此具有较强的应用与工业化前景。

本发明所述的气凝胶材料制备反应式如下：

具体实施方式

实施例1：

水性罩面清漆的组成为：水25.6g，pH调节剂0.4g，乳液65.0g，消泡剂0.6g、杀菌剂0.5g、防腐防霉剂0.2g、防冻剂3.0g、成膜助剂4.2g、增稠剂0.5g。将上述组分依次加入到反应釜内，在1000r/min的转速下搅拌30min，得到水性罩面清漆。

将1g二甲基二甲氧基硅烷和10g甲基三甲氧基硅烷溶于100g乙醇中，在四口瓶中混合搅拌均匀，然后加入5ml，0.001mol/L的草酸溶液中，中速搅拌30min，室温下静置水解24h，然后再将6ml，11.2mol/L的氨水逐滴加入反应混合物中，快速搅拌15min，凝胶陈化2天得到超疏水透明气凝胶材料。取5g超疏水透明气凝胶材料分散于95g乙醇溶液当中，将水性罩面清漆涂覆于基材上，在水性罩面清漆未完全干透之前，将气凝胶材料的乙醇溶液均匀喷涂至水性罩面清漆表面，常温晾干后再在50℃下烘0.5h，所制得的超疏水水性罩面清漆对水的接触角为154°。

实施例2：

水性罩面清漆的组成为：水33.0g，pH调节剂0.3g，乳液60.0g，消泡剂0.2g、杀菌剂0.2g、防腐防霉剂0.5g、防冻剂3.5g、成膜助剂2.1g、增稠剂0.2g。将上述组分依次加入到反应釜内，在1000r/min的转速下搅拌30min，得到水性罩面清漆。

将2g二甲基二甲氧基硅烷和10g甲基三甲氧基硅烷溶于100g乙醇中，在四口瓶中混合搅拌均匀，然后加入5ml，0.001mol/L的草酸溶液中，中速搅拌30min，室温下静置水解24h，然后再将6ml，11.2mol/L的氨水逐滴加入反应混合物中，快速搅拌15min，凝胶陈化2天得到超疏水透明气凝胶材料。取5g超疏水透明气凝胶材料分散于95g乙醇溶液当中，将水性罩面清漆涂覆于基材上，在水性罩面清漆未完全干透之前，将气凝胶材料的乙醇溶液均匀喷涂至水性罩面清漆表面，常温晾干后再在50℃下烘0.5h，所制得的超疏水水性罩面清漆对水的接触角为152.5°。

Claims (6)

1.一种超疏水复合水性罩面清漆，其特征在于：包括水性罩面清漆层和表面层，其中表面层为二氧化硅超疏水透明气凝胶材料，所述气凝胶材料是以二甲基二甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷制备得到的。

2.根据权利要求1所述的超疏水复合水性罩面清漆，其特征在于：所述超疏水复合水性罩面清漆对水的接触角在150-160°之间。

3.根据权利要求1所述的超疏水复合水性罩面清漆，其特征在于：所述水性罩面清漆层乳液优选为纯丙烯酸乳液。

4.一种如权利要求1所述的超疏水复合水性罩面清漆的制备方法，其具体步骤如下：

（1）水性罩面清漆的制备：

水性罩面清漆，由以下组分组成：pH调节剂0.01-0.5%、乳液30-70%、消泡剂0.1-1.0%、杀菌剂0.1-1.0%、防腐防霉剂0.1-1.0%、防冻剂1.0-5.0%、成膜助剂1.0-5.0%、增稠剂0.1-2.0%；水余量；将上述组分依次加入到反应釜内，在1000r/min的转速下搅拌30min，得到水性罩面清漆；

（2）超疏水透明气凝胶材料的制备：

在250ml四口瓶当中加入二甲基二甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷，其中二甲基二甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷的质量比为1:5～1:15，接着往四口瓶中加入乙醇作为溶剂，其中硅烷混合物与乙醇的质量比为1:10～1:20，之后往四口瓶中加入0.001mol/l草酸溶液，中速搅拌30min后静置水解12-36h，接着加入11.2mol/l的氨水溶液，将混合液调至碱性后接着搅拌15min；氨水溶液与草酸溶液的质量比为1.2:1；将所得到的溶液在室温下陈化2-5d，得到超疏水透明气凝胶材料；其中硅烷混合物与草酸溶液的质量比为2:1～3:1；

（3）超疏水复合水性罩面清漆的制备：

将超疏水透明气凝胶材料分散于乙醇溶剂当中，其中气凝胶在乙醇当中的浓度为1～5wt.%；将水性罩面清漆涂覆于基材表面，其中基材为内、外墙乳胶漆，在水性罩面清漆未完全干透之前，将气凝胶的乙醇溶液喷涂至水性罩面清漆表面，之后在常温下晾干后，再在50℃下继续烘0.5h，得到超疏水复合水性罩面清漆。

5.根据权利要求4所述的超疏水复合水性罩面清漆，优选二甲基二甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷的质量比1:10～1:15。

6.根据权利要求4所述的超疏水复合水性罩面清漆的制备方法，其特征在于：优选涂覆于水性木器漆表面的气凝胶乙醇分散液的浓度为5wt.%。