CN107207899B - 用于涂料应用的弹性体有机硅乳液 - Google Patents

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Abstract

有机硅封端的聚醚乳液用于改性在砖石、石膏、木质素、和EIFS基材上的油漆和涂料以增加油漆和涂料的柔韧性、拒水性和弹性体性质，以保护其基材不因水分渗透而开裂。改性的油漆和涂料还用作防涂鸦油漆。

Description

用于涂料应用的弹性体有机硅乳液
技术领域
本发明涉及用弹性体有机硅乳液改性的油漆和涂料。
背景技术
大多数建筑材料是多孔的，这使得它们容易例如被雨从外部润湿。如果建筑材料的孔隙被水填充，材料的隔热性能受到不利影响。长期润湿也导致湿气损害。已开发出多种用在砖石、石膏、纤维素和外保温涂装系统(EIFS)的涂料，但多数有变脆的趋势。变脆会导致涂料开裂，给涂膜留下大量裂纹，失去了功能且不美观。如果水在冻融循环过程中进入涂层或基体中，也会造成开裂。
建筑物和结构上的涂鸦也已成为一个重要的问题。已开发出各种防涂鸦材料，以抵抗喷漆和记号笔的使用，或者有助于涂鸦的清除。这种防涂鸦材料效果不佳，并且/或者很昂贵。
因此，长期以来人们觉得有必要解决上述一直都未能解决的问题。具体而言，需要增加这种涂料应用的柔韧性和拒水性，以及开发一种油漆或涂料，其是具有优异拉伸强度、伸长率和拒水性的单组分和双组分涂料体系。最后，长期以来一直需要开发一种具有优异拒水性和柔韧性的有效防涂鸦涂料。
发明内容
目前出人意料地发现有机硅封端的聚醚的稳定乳液可用于对砖石、石膏、纤维素和EIFS基材上的油漆和涂料进行改性。用稳定的乳液对油漆和涂料进行改性增加了油漆和涂料的柔韧性和弹性。此外，改性还导致优异的拒水性，防止油漆和涂料基材因湿气渗入而开裂。此外，还意外发现用有机硅封端的聚醚乳液改性的油漆或涂料具有良好的外涂层能力，可以用作有效的防涂鸦涂料。
具体实施方式
待改性的油漆和涂料可以是任何适合室内和/或室外使用的油漆和涂料，如用在砖石、石膏、纤维素和EIFS基体上的涂料。用于本发明的油漆和涂料是指应用于基材之后转化为固体薄膜的任何液体、可液化的、或厚浆组合物。油漆和涂料可以是溶剂基的，例如油基的或醇酸基的；水基的，如水性乳液/乳胶漆或丙烯酸漆；含有低挥发性有机化合物的高固含量涂料；粉末涂料；或辐射固化涂料。
待用有机硅封端的聚醚乳液改性的油漆和涂料可以包含以下组分的一种或多种：粘合剂、稀释剂和/或溶剂、颜料和/或填料、以及添加剂。
所述粘合剂是油漆的成膜组分，其负责涂层与基体之间的良好粘合。粘合剂可包括天然或合成树脂如醇酸树脂、丙烯酸树脂、乙烯树脂、乙烯-丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸树脂、醋酸乙烯/乙烯树脂、苯酚/甲醛缩合物、聚氨酯、聚酯、硝基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺树脂、环氧树脂或可聚合油。粘合剂的一个具体实例可以是有机硅树脂的可水稀释的无溶剂乳液，或者用功能性有机硅树脂或可水稀释的硅氧烷改性的聚硅氧烷的可水稀释的无溶剂乳液。
稀释剂或溶剂用作介质，粘合剂、颜料和添加剂被分散其中，和/或其调节涂料粘度。稀释剂可以是水，有机溶剂如脂肪族化合物、芳香族化合物、醇类、酮类、松香水、松节油等。具体的溶剂实例可以是石油馏分、酯、乙二醇酯、二甲苯、甲苯、乙苯、乙酸正丁酯、正丁醇、异丙醇、2-丁氧基乙醇、二甲基甲酰胺、甲基乙基酮、萘等，或其组合。稀释剂也可以是反应性稀释剂，其与其它粘合剂组分反应或与弹性体有机硅反应。
颜料可用于提供颜色或不透明度，保护基材免受紫外线照射，提高硬度，降低延展性和/或调节光泽度。颜料可以是合成的或者天然的。颜料的实例可以包括粘土、碳酸钙、云母、二氧化硅、滑石粉、煅烧粘土、沉淀硫酸钡、沉淀碳酸钙、合成热解硅石等，或其组合。
无机颜料的实例可以包括铝颜料如含硫的钠铝硅酸盐(群青紫)和含硫的钠硅酸盐的复合天然颜料((Na8-10Al6Si6O24S2-4)(群青)；钡铜颜料如中国紫(BaCuSi2O6)和深蓝(BaCuSi2O6)，铜颜料如铜钙硅酸盐的合成颜料(CaCuSi4O10)、乙酰亚砷酸铜(Cu(C2H3O2)2·3Cu(AsO2)2)；钡颜料如硫酸钡(BaSO4)；锰颜料如焦磷酸铵锰(NH4MnP2O7)；钴颜料如锡酸钴(CoO3Sn)、高钴亚硝酸钾(Na3Co(NO2)6)、铬酸钴(CoCr2O4)、钛酸钴(Co2TiO4)；铁颜料如合成颜料六氰合高铁酸铁(Fe7(CN)18)、单水合氧化铁天然粘土(Fe2O3·H2O)、无水氧化铁；镉颜料如硫化镉(CdS)、硫硒化镉(Cd2SSe)、硒化镉(CdSe)；铬颜料如氧化铬(Cr2O3)、水合氧化铬颜料(Cr2O3·H2O)、铬酸铅天然颜料(PbCrO4)、由铬酸铅(II)和氧化铅(II)组成的天然颜料混合物(PbCrO4+PbO)；砷颜料如单斜硫化砷((As2S3)；铅颜料如锑酸铅(Pb(SbO3)2)、碱性碳酸铅((PbCO3)2·Pb(OH)2)；汞颜料如硫化汞(HgS)；碳颜料如炭黑；锑颜料如氧化锑(Sb2O3)；锌颜料如氧化锌(ZnO)或铬酸锌(ZnCrO4)；钛颜料如钛镍黄(NiO·Sb2O3·20TiO2)或二氧化钛(TiO2)；被称为群青蓝的包含天青石的含硫的复合的钠硅酸盐(Na8-10Al6Si6O24S2-4)等。
有机颜料的实例可以包括联苯胺黄颜料；苯并咪唑黄染料；杂环黄染料；双偶氮缩合黄染料如坚牢黄、异吲哚啉黄、甲烷黄、四氯异吲哚啉黄、偶氮甲碱黄、喹酞酮黄或三嗪黄、萘酚橙、calrion红、苯并咪唑酮橙；分子式为C32H3Cl13CuN8到C32HCl15CuN8的酞菁绿染料、酞菁铜；被称为二噁嗪紫的8,18-二氯-5,15-二乙基-5,15-二羟基二吲哚(3,2-b:3',2'-m)三苯二噁嗪等。
颜料可以包括保护基材受到紫外光影响的隐藏颜料如任选由二氧化硅/氧化铝/氧化锆涂覆的二氧化钛，酞菁蓝染料或氧化铁红。
填料可用于膜的增厚，增强粘合剂，赋予油漆纹理和/或增加油漆体积。填料可包括硅藻土、滑石粉、石灰、重晶石如硫酸钡、粘土、高岭土、轻质或重质碳酸钙、白垩、石灰石、大理石、碳酸镁、白云石、细石英、硅酸盐等，及其组合。
添加剂可以实现许多功能例如改变表面张力、流平性能、外观、光泽、纹理，增加湿边和/或防冻性能，提高颜料的稳定性，控制发泡和/或起皮，改进流变性能，改进抗擦伤性，用作催化剂、干燥剂、增稠剂、稳定剂、乳化剂、组织形成剂、促粘剂、紫外光稳定剂、腐蚀抑制剂、组织改进剂、去光泽剂、杀生剂、杀菌剂、杀虫剂、杀藻剂等，及其组合。
添加剂的实例可以是作为提高抗擦伤性和提供或改善防滑性的添加剂的有机硅聚醚共聚物、高分子量聚硅氧烷或聚二甲基硅氧烷的分散体和有机硅表面活性剂；环氧乙烷表面活性剂；作为控制发泡的添加剂的有机硅乳液、含氟有机硅和有机改性的硅氧烷共聚物；作为促粘剂和颜料处理添加剂的氨丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、阳离子乙烯基苄基和氨基官能的甲氧基硅烷、缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、硅烷醇官能添加剂、氨基官能有机硅聚合物的水溶液；作为提高耐水性的添加剂的硅烷/硅氧烷共混物；作为改善流平和光泽的添加剂的芳基烷基改性有机硅、有机硅聚醚共聚物；提高耐磨性和增加平滑的表面光洁度的带有环氧官能团的有机硅弹性体颗粒；作为提高基材润湿性的添加剂的有机硅聚醚共聚物；作为光学增白剂的2,2'-(2,5-二苯基硫代)二(5-叔丁基苯并噁唑)；作为紫外线吸收剂的2[2-氢-3,5-二-(1,1-二甲基苄基)]-2H-苯并三唑，2(2H-苯并三唑-2-基)-4-甲基苯基；作为稳定剂的三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、十八烷酰基-3-(3’,5’-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯，2,2'-亚甲基双(4-甲基–6-叔丁基苯酚)；作为杀虫剂的四氯邻苯二甲腈、3-碘–2-丙炔基丁基氨基甲酸酯、2-正辛基–4-异噻唑啉–3-酮、二碘甲基-对甲苯砜、N-(三甲硫基)phtalamine，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮；作为杀菌剂/杀藻剂的2-(4-噻唑基(苯并咪唑)，二氯辛基异噻唑酮；作为缓冲剂的磷酸钠钾；作为颜料分散剂的疏水性共聚物聚电解质；作为增稠剂的改性羟乙基甲基纤维素；作为泡沫抑制剂的改性多元醇；作为聚结剂的酯醇；作为增量剂的碳酸钙；作为提供颜料间距、牢固性、防开裂以及阻隔性的添加剂的滑石粉；用于分散的水性丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物；和作为催化剂的(N-(2-氨乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷和乙酸水溶液。还可以考虑任何用于室内和室外油漆的添加剂。
作为改性剂加入到油漆或涂料中的弹性体有机硅乳液是水包油乳液。这种乳液是通过将有机聚硅氧烷(“有机硅”)在表面活性剂或分散助剂的帮助下分散到水中来制备的。可以使用许多不同类型的表面活性剂或乳化剂，包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂，特别是非离子表面活性剂。也可以使用纳米尺寸的部分疏水的无机粒子，这些粒子含有疏水部分和亲水部分，模拟传统的表面活性剂结构。
作为改性剂加入到油漆或涂料中的乳液可以是主要含有下式的甲硅烷基封端的聚合物和烷氧基有机硅化合物(A)，任选存在的(B)，任选存在的(C)、(D)和另外任选存在的(E)、(F)和(G)的乳液：
(A)式(I)的甲硅烷基封端的聚合物
其中
R1＝烷基、芳基，优选甲基，
R2＝C1-C12烷基，优选甲基或乙基、乙二醇、氢或芳基。
X＝O、NR3，R3＝H、C1-C12烷基或芳基，优选X＝O；
Y＝-(CH2)3-、-(CH2)3NHC(＝O)-、-CH2、-CH2NHC(＝O)-，其中Y是Si-C键合的，优选Y＝-(CH2)3NHC(＝O)-，-CH2NHC(＝O)-，更优选Y＝-CH2NHC(＝O)-；
M＝独立地-CH2CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH2CH2CH2CH2-，优选-CH2CH(CH3)-，其中所有M中的大部分为-CH2CH(CH3)-，大部分意味着≥50％；优选≥60％、≥70％、≥80％、或≥90％的M是-CH2CH(CH3)-；
n＝0-2，优选1；
m＝1-500，优选10-30；
任选存在的(B)含有式(II)的单元的有机硅化合物：
R4 aR5 b(R6O)cSiO(4-a-b-c)/2(II)
a＝0-3，优选1，
b＝0-2，优选0，
c＝0、1、2或3，优选3，
R4＝烷基、芳基、氨基烷基、缩水甘油氧基烷基、巯基烷基，
R5＝烷基、芳基，
R6＝烷基、H、环氧乙烷、环氧丙烷，
前提条件是a+b+c≤4，对应于低聚物、聚合物以及硅烷；优选a+b+c<4，对应于低聚物或聚合物；和
任选存在的(C)一种或多种乳化剂；
(D)水；
另外任选存在的：
(E)一种或多种催化剂；
(F)一种或多种填料；以及
(G)一种或多种其它添加剂。
用作油漆或涂料改性剂的乳液的具体实例可由以下成分组成：(A)硅烷封端的聚合物粘合剂：以下结构式的甲氧基含量约为0.25-0.3mmol/g或0.4-0.5mmol/g的二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚：
这种含有二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯端基的硅烷封端的聚醚是一种无色透明的粘稠油，其在水分存在下水解形成硅烷醇，然后可自己发生反应产生稳定的硅氧烷键。二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯基团中的氮原子和硅原子距离较近，这大大加速了烷氧基甲硅烷基团的水解。这种硅烷封端的聚醚的分子量可以为12000g/mol-18000g/mol，粘度为10000cps-30000cps。
乳液也可以包含单独存在或以组合形式存在的如下的硅烷封端聚合物粘合剂作为组分(A)：甲氧基含量为0.5-0.7mmol/g或0.35-0.45mmol/g的三甲氧基甲硅烷基丙基氨基甲酸酯封端的聚醚。聚合物粘合剂的重量分数wt％可以是配方总重量的15-60％，更优选40-55％，最优选52％。
下面实施例中所用的二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚具有以下性质：根据DIN 51757测得的20℃下的密度为1.0069g/cm3，根据ISO 2719测得的闪点为98℃，根据DIN 51562测得25℃下的动态粘度为10000mPa.s，甲氧基含量为0.4-0.5mmol/g。下面实施例中使用的另一种二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚，记为二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚2，具有以下性质：根据DIN 51757测得的25℃下的密度为1.0064g/cm3，根据ISO 2592测得的闪点高于250℃，根据DIN 51562测得25℃下的动态粘度为10000mPa.s，甲氧基含量为0.5-0.7mmol/g。
该乳液也可由聚合物粘合剂即组分(A)，例如二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚，和一种或多种硅树脂即组分(B)，例如不含溶剂的、反应性的、分子量分布窄的甲氧基官能的甲基苯基聚硅氧烷的组合组成，所述组分(B)非常适合用来向其它粘合剂体系中引入相容的有机硅成分以增加抗风化性能和耐热性。甲氧基官能的甲基苯基聚硅氧烷是总硅氧烷含量大于98重量％，烷氧基含量为15重量％以及溶剂含量小于2重量％的透明液体。在与聚合物粘合剂的预混料中硅树脂的重量分数wt％可以是20-70％；优选40-60％。
乳液也可含有如下示例性的硅树脂作为组分B：
(MeSiO3/2)0.88(MeSi(OH)O2/2)0.05(MeSi(OEt)O2/2)0.06(Me2SiO2/2)0.01，其中Mw＝6600g/mol，Mn＝2000g/mol且Mw/Mn＝3.3；
(MeSiO3/2)0.86(MeSi(OH)O2/2)0.02(MeSi(OEt)O2/2)0.10(Me2SiO2/2)0.02，其中Mw＝10000g/mol，Mn＝2300g/mol且Mw/Mn＝4.3；
(MeSiO3/2)0.71(MeSi(OH)O2/2)0.03(MeSi(OEt)O2/2)0.05(Me2SiO2/2)0.21，其中Mw＝4500g/mol，Mn＝1900g/mol且Mw/Mn＝2.4；
(MeSiO3/2)0.88(MeSi(OH)O2/2)0.05(MeSi(OMe)O2/2)0.06(Me2SiO2/2)0.01，其中Mw＝9000g/mol，Mn＝2300g/mol且Mw/Mn＝3.9；
(MeSiO3/2)0.33(MeSi(OH)O2/2)0.05(MeSi(OEt)O2/2)0.01(Me2SiO2/2)0.06(PhSiO3/2)0.24(PhSi(OH)O2/2)0.28(PhSi(OEt)O2/2)0.03，其中Mw＝3250g/mol，Mn＝1300g/mol且Mw/Mn＝2.5；
(MeSiO3/2)0.34(MeSi(OH)O2/2)0.03(MeSi(OEt)O2/2)0.02(PhSiO3/2)0.45(PhSi(OH)O2/2)0.13(PhSi(OEt)O2/2)0.03，其中Mw＝4700g/mol，Mn＝1800g/mol且Mw/Mn＝2.6；
(MeSiO3/2)0.27(MeSi(OH)O2/2)0.03(PhSiO3/2)0.34(PhSi(OH)O2/2)0.14PhSi(OEt)O2/2)0.02(PhMeSiO2/2)0.17(PhMeSi(OH)O1/2)0.03，其中Mw＝2400g/mol，Mn＝1200g/mol且Mw/Mn＝2.0；
(PhSiO3/2)0.45(PhSi(OH)O2/2)0.44PhSi(OEt)O2/2)0.09(PhSi(OH)2O1/2)0.02，其中Mw＝2900g/mol，Mn＝1500g/mol且Mw/Mn＝1.9；
(PhSiO3/2)0.48(PhSi(OH)O2/2)0.17(PhSi(OEt)O2/2)0.02(CH3(CH2)2SiO3/2)0.25(CH3(CH2)2Si(OH)O2/2)0.08，其中Mw＝1800g/mol，Mn＝1250g/mol且Mw/Mn＝1.4；
(MeSiO3/2)0.32(MeSi(OH)O2/2)0.06(MeSi(OEt)O2/2)0.01(Me2SiO2/2)0.06(PhSiO3/2)0.23(PhSi(OH)O2/2)0.29(PhSi(OEt)O2/2)0.03，其中Mw＝1700g/mol，Mn＝1200g/mol且Mw/Mn＝1.4；
(PhSiO3/2)0.50(PhSi(OH)O2/2)0.15(PhSi(OEt)O2/2)0.02(CH3(CH2)2SiO3/2)0.26(CH3(CH2)2Si(OH)O2/2)0.07，其中Mw＝2800g/mol，Mn＝1200g/mol且Mw/Mn＝2.3；
(MeSiO3/2)0.81(MeSi(OH)O2/2)0.04(MeSi(OEt)O2/2)0.05(Me2SiO2/2)0.10，其中Mw＝6500g/mol，Mn＝1900g/mol且Mw/Mn＝3.4；其中Me是甲基，Et是乙基，且Ph是苯基。
其它组分B的非限制性实例有：
(SiO4/2)0.50(Me3SiO1/2)0.39(Si(OEt)O3/2)0.06(Si(OEt)2O2/2)0.02(Si(OEt)3O1/2)0.01(Si(OH)O3/2)0.02，其中Mw＝7400g/mol，Mn＝3100g/mol且Mw/Mn＝2.4；
(SiO4/2)0.46(Me3SiO1/2)0.43(Si(OEt)O3/2)0.07(Si(OEt)2O2/2)0.02(Si(OEt)3O1/2)0.01(Si(OH)O3/2)0.01，其中Mw＝1400g/mol，Mn＝900g/mol且Mw/Mn＝1.6；
(SiO4/2)0.46(Me3SiO1/2)0.37(ViMe2SiO1/2)0.06(Si(OEt)O3/2)0.07(Si(OEt)2O2/2)0.02(Si(OEt)3O1/2)0.01(Si(OH)O3/2)0.04，其中Mw＝5300g/mol，Mn＝2600g/mol且Mw/Mn＝2.0；
(SiO4/2)0.38(Me3SiO1/2)0.42(ViMe2SiO1/2)0.06(Si(OEt)O3/2)0.07(Si(OEt)2O2/2)0.02(Si(OEt)3O1/2)0.01(Si(OH)O3/2)0.04，其中Mw＝2600g/mol，Mn＝1600g/mol且Mw/Mn＝1.6；
(MeSiO3/2)0.37(MeSi(OEt)O2/2)0.46(MeSi(OEt)2O1/2)0.17，其中Mw＝2400g/mol，Mn＝900g/mol且Mw/Mn＝2.7；
(MeSiO3/2)0.37(MeSi(OH)O2/2)0.01(MeSi(OEt)O2/2)0.46(MeSi(OEt)2O1/2)0.15(Me2SiO2/2)0.01，其中Mw＝2400g/mol，Mn＝900g/mol且Mw/Mn＝2.7；
(MeSiO3/2)0.29(MeSi(OH)O2/2)0.01(MeSi(OMe)O2/2)0.47(MeSi(OMe)2O1/2)0.23，其中Mw＝2300g/mol，Mn＝600g/mol且Mw/Mn＝3.8；
(MeSiO3/2)0.32(MeSi(OMe)O2/2)0.48(MeSi(OMe)2O1/2)0.20，其中Mw＝3300g/mol，Mn＝900g/mol并且Mw/Mn＝3.7；
(PhSiO3/2)0.23(PhSi(OMe)O2/2)0.51(PhSi(OMe)2O1/2)0.26，其中Mw＝1000g/mol，Mn＝700g/mol且Mw/Mn＝1.4；
(MeSiO3/2)0.10(MeSi(OMe)O2/2)0.17(MeSi(OMe)2O1/2)0.03(PhSiO3/2)0.15(PhSi(OMe)O2/2)0.31(PhSi(OMe)2O1/2)0.20(Me2SiO2/2)0.04，其中Mw＝1800g/mol，Mn＝900g/mol且Mw/Mn＝2.0；
(MeSiO3/2)0.10(MeSi(OMe)O2/2)0.15(MeSi(OMe)2O1/2)0.03(MeSi(O(CH2)3CH3)O2/2)0.03(PhSiO3/2)0.15(PhSi(OMe)O2/2)0.24(PhSi(OMe)2O1/2)0.15(PhSi(O(CH2)3CH3)O2/2)0.06(PhSi(OMe)(O(CH2)3CH3)O1/2)0.04(PhSi(O(CH2)3CH3)2O1/2)0.01(Me2SiO2/2)0.04，其中Mw＝1400g/mol，Mn＝800g/mol且Mw/Mn＝1.8；
(i-OctSi(OMe)(OH)O1/2)0.01(i-OctSi(OMe)O2/2)0.10(i-OctSi-(OMe)2O1/2)0.16(MeSiO3/2)0.26(MeSi(OMe)O2/2)0.36(MeSi(OMe)2O1/2)0.11，其中Mw＝3000g/mol，Mn＝1500g/mol且Mw/Mn＝2.0；
(Si(OEt)2O2/2)0.42(Si(OEt)O3/2)0.19(Si(OEt)3O1/2)0.39，其中Mw＝1000g/mol，Mn＝800g/mol且Mw/Mn＝1.2；
(Si(OEt)2O2/2)0.48(Si(OEt)O3/2)0.35(Si(OEt)3O1/2)0.09(SiO4/2)0.08，其中Mw＝1400g/mol，Mn＝900g/mol且Mw/Mn＝1.6；
(MeSiO3/2)0.23(i-OctSiO3/2)0.06(MeSi(OMe)O2/2)0.35(i-OctSi(OMe)O2/2)0.09(MeSi(OEt)2O1/2)0.19(i-OctSi(OEt)2O1/2)0.08，其中Mw＝1400g/mol，Mn＝600g/mol且Mw/Mn＝2.3；以及
(MeSiO3/2)0.22(i-OctSiO3/2)0.05(MeSi(OH)O2/2)0.01(MeSi(OMe)O2/2)0.33OctSi(OMe)O2/2)0.11(MeSi(OMe)2O1/2)0.20(i-OctSi(OMe)2O1/2)0.08，其中Mw＝1500g/mol，Mn＝650g/mol以及Mw/Mn＝2.3，其中Me是甲基，Vi是乙烯基，Et是乙基，i-Oct是指2,4,4-三甲基戊基，以及Ph是苯基。
下面实施例中所用的甲基苯基硅树脂是甲氧基官能的甲基苯基聚硅氧烷，其根据DIN 51562测量得到的25℃下的运动粘度为280mm2/s，烷氧基含量为15重量％，总硅氧烷含量为84重量％。
乳液可还包含长链烷基烷氧基硅烷。长链是指相对较长的碳链，优选C8-C30，更优选C12-C30。满足a+b+c＝4的组分B的其它实例有：正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、2,4,4-三甲基戊基三甲氧基硅烷、2,4,4-三甲基戊基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、正二十九烷基三乙氧基硅烷、正二十九烷基三甲氧基硅烷、正三十烷基三甲氧基硅烷、和正三十烷基三乙氧基硅烷、十六烷基甲基二甲氧基硅烷、十六烷基甲基二乙氧基硅烷、(2,4,4-三甲基戊基)甲基二甲氧基硅烷、(2,4,4-三甲基戊基)甲基二乙氧基硅烷、正辛基甲基二甲氧基硅烷和正辛基甲基二乙氧基硅烷。
组分(C)即乳化剂，可以是任何合适的离子型乳化剂、非离子乳化剂、Gemini型乳化剂或双嗜性乳化剂，它们可以单独使用或者以不同乳化剂的混合物形式使用。该乳化剂可以以纯的形式使用或以一种或多种乳化剂在水或有机溶剂中的溶液的形式使用。
合适的阴离子乳化剂的实例如下：
烷基硫酸盐，尤其是链长为8-18个碳原子的那些，疏水基团中具有8-18个碳原子，并且具有1-40个环氧乙烷(EO)和/或环氧丙烷(PO)单元的烷基烷芳基醚硫酸盐。
磺酸盐，特别是含有8-18个碳原子的烷基磺酸盐，含有8-18个碳原子的烷基芳基磺酸盐，牛磺酸，磺基琥珀酸与一元醇或具有4-15个碳原子的烷基酚的酯，包括单酯；如有必要，这些醇或烷基酚也可以是已用1-40个EO单元乙氧基化。
烷基、芳基、烷芳基或芳烷基中含有8-20个碳原子的羧酸的碱金属盐和铵盐。
磷酸的部分酯及其碱金属盐和铵盐，特别是有机基团中含有8-20个碳原子的烷基和烷芳基磷酸酯，烷基或烷芳基中含有8-20个碳原子，并且具有1-40个EO单元的烷基醚磷酸酯以及烷基芳基醚磷酸酯。
非离子乳化剂的实例如下：
聚合度为500-3000，仍然含有5-50％，优选8-20％的乙酸乙烯酯单元的聚乙烯醇。
烷基聚乙二醇醚，优选具有3-40个EO单元和8-20个碳原子的烷基的那些。
烷芳基聚乙二醇醚，优选具有5-40个EO单元和8-20个碳原子的烷基和芳基的那些。
环氧乙烷/环氧丙烷(EO/PO)嵌段共聚物，优选具有8-40个EO/PO单元的那些。
具有8-22个碳原子烷基的烷基胺与环氧乙烷或者环氧丙烷的加合物。
具有6-24个碳原子的脂肪酸。
通式为R*-O-Zo的烷基多糖苷，其中R*是平均含有8-24个碳原子的线性或支链、饱和或不饱和的烷基，Zo是平均含有o＝1-10个己糖或戊糖单元或其混合物的低聚糖苷残基。
天然物质及其衍生物，如卵磷脂、羊毛脂、皂甙、纤维素、纤维素烷基醚、每个烷基至多含4个碳原子的羧基烷基纤维素。
含有极性基团的线性有机(聚)硅氧烷，所述极性基团特别含有O、N、C、S、P、Si元素，特别是具有不多于24个碳原子的烷氧基和/或不多于40个EO和/或PO基团的那些。
阳离子乳化剂的实例如下：
含有8-24个碳原子的一级、二级和三级脂肪胺与乙酸、硫酸、盐酸和磷酸的盐。
烷基季铵盐和烷基苯铵盐，特别是其烷基含有6-24个碳原子的那些，特别是卤化物、硫酸盐、磷酸盐和醋酸盐。
烷基吡啶鎓、烷基咪唑啉鎓和烷基噁唑啉鎓盐，特别是其烷基链含有不多于18个碳原子的那些，特别是卤化物、硫酸盐、磷酸盐和醋酸盐。
特别优选的是表面活性剂与至少一种具有超过16个EO单元的乳化剂的组合。
有用的乳化剂的具体实例包括非离子型仲醇乙氧基化物如乙氧基化异十三烷醇、乙氧基化蓖麻油、由饱和异十三烷醇制备的乙氧基化非离子型乳化剂、辛基酚聚氧乙烯醚等，及其组合，特别是乙氧基化蓖麻油和由饱和异十三烷醇制备的乙氧基化非离子型乳化剂的共混物。乳化剂的重量分数wt％可以为总配方重量的1-15％；更优选2-10％，最优选4％。
任选存在的催化剂组分(E)的非限制性实例所有已知的缩合催化剂，如金属化合物，如新癸酸铝(III)、硬脂酸铝(III)、乙醇铝(III)、辛酸铝(III)、乙基己酸铝(III)、丙醇铝(III)、丁醇铝(III)、乙酰丙酮化铝(III)、(9-十八烯基乙酰乙酸酯)二异丙醇铝(III)、硬脂酸锌(II)、辛酸锌(II)、2-乙基己酸锌(II)、乙酰丙酮化锌(II)、二(2,2,6,6,-四甲基-3,5-庚二酮酸)锌(II)、2-乙基己酸锶(II)、二(乙酰乙酸乙酯)-二(异丁醇)钛(IV)、正丁醇钛(IV)、叔丁醇钛(IV)、乙酰丙酮化锆(IV)、(2-乙基己酸)锆(IV)、乳酸锆(IV)、辛酸锂(I)、新癸酸铋(III)、月桂酸二辛基锡(IV)、月桂酸二丁基锡(IV)、月桂酸二甲基锡(IV)、二辛基氧化锡(IV)、二丁基氧化锡(IV)、二甲基氧化锡(IV)、醋酸二辛基锡(IV)、醋酸二丁基锡(IV)、通过醋酸二辛基锡(IV)与四乙氧基硅烷反应可得到的化合物、通过醋酸二丁基锡(IV)与四乙氧基硅烷反应可得到的组合物、辛酸锡(II)、醋酸铅(II)、辛酸铅(II)、氧化铅(II)、硫化铅(II)、碳酸铅(II)、乙酰丙酮化镍(II)、醋酸镍(II)、辛酸镍(II)、碳酸镍(II)、辛酸钴(II)、碳酸钴(II)、辛酸锰(II)、碳酸锰(II)、二氧化锰(IV)；酸，例如羧酸、二羧酸、有机膦酸、及其单酯和双酯、膦酸及其单酯和二有机磷酸、硼酸、氟化硼(III)、羧酸铵盐和酸酐；碱，例如碱金属和碱土金属氢氧化物、碱金属和碱土金属和丁基锂；胺，例如三有机基氧基胺、单有机基胺、双有机基胺(环状体系如哌啶、哌嗪(1,4-二氮环己烷)、吡咯烷、高哌嗪(1,4-二氮杂环庚烷)、7-氮二环[2.2.1]庚烷或双哌啶)、三有机基胺(和DABCO(1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷))、4,5-二氢–1-H-咪唑、2-有机基-4,5-二氢–1–H-咪唑、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，可能与锌螯合物的组合，和有机基脒，1,4,5,6-四氢嘧啶、2-有机基-1,4,5,6-四氢嘧啶、1,5-二氮二环[4.3.0]壬-5-烯、1,8-二氮二环[5.4.0]十一碳-7-烯、1,5,7-三氮二环[4.4.0]癸-5-烯、7–甲基-1,5,7-1,5,7-三氮二环[4.4.0]癸-5-烯、胍、1-甲基胍、N,N’-二甲基胍、N,N,N',N'-四甲基胍、N,N,N’,N’-四甲基-N”-芳基胍，N,N,N’,N’-四甲基-N”-[4-吗啉基-(苯基亚氨基)甲基]胍、1-甲基-3-硝基胍、1.8-二(四甲基胍基)萘和脒基胍、1-甲基脒基胍。
填料组分(F)，可以是上述的任何填料。
此外，本发明的乳化剂中使用的添加剂组分(G)例如颜料、稳定剂、防腐剂的非限制性实例，包括上述提到的任何添加剂。本发明中有用的添加剂的实例包括作为增塑剂的聚异丁烯、聚(丙二醇)，或防止过早固化的N-二甲氧基(甲基)甲硅烷基甲基-O-甲基氨基甲酸酯。
此外，反应性氨基流体可用于乳液。一个具体的对本发明有用的氨基流体的实例包括反应性氨乙基氨丙基官能的聚二甲基硅氧烷。
制备具有上述结构式的示例性弹性体有机硅乳液的方法见下面的实施例1-12。
实施例1：二甲氧基(甲基)甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚乳液的制备
使用以下组合物和重量百分比，根据以下方法制备乳液。
实施例1中的乳液通过以下步骤制备：
将乳化剂乙氧基化异十三烷醇和预混合水在搅拌机上混合直到形成泡沫状蛋糖霜。将二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚加入到该蛋糖霜中在10000rpm下混合4分钟。在5000rpm下加入去离子水搅拌1分钟。在5000rpm下加入另外的去离子水搅拌1分钟，随后，在5000rpm下加入另外的去离子水搅拌1分钟。
实施例1的乳液的拉伸强度和伸长率是根据ASTM D 2370标准参考的方法用75mmx 13mm试样形状而测得；夹头间距设为2.54cm(1.0英寸)，十字头速度设为0.042cm/s(1inch/min)。实施例1乳液的拉伸强度为599.84kPa(87psi)，伸长率为40％。
实施例2：由二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚和甲氧基官能的甲基苯基聚硅氧烷的混合物制备乳液
根据实施例1中所述方法利用下表中的组合和重量百分比制备乳液。制备二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚和甲氧基官能甲基苯基聚硅氧烷的预混聚合物替代单独的二甲氧基甲基甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚。
实施例2的乳液的拉伸强度和伸长率是根据ASTM D 2370标准中参考的方法用75mm x 13mm试样形状测得；夹头间距设为2.54cm(1.0inch)，十字头速度设为0.042cm/s(1英寸/min)。实施例2乳液的拉伸强度为186.158kPa(27psi)，伸长率为172％。
使用另一种乳化剂如乙氧基化蓖麻油和符合下述结构式的由饱和异十三烷醇制备得到的乙氧基化非离子型表面活性剂的混合物，按照上面所述方法可以制得和实施例1和2中性质基本相同的乳液。
RO(CH2CH2O)xH,
其中：
R代表iso-C13H27
x为1-20，优选5-16。
代替乙氧基化异十三烷醇，可用于本发明的乳液，尤其是实施例1和2的乳液中的示例性乳化剂可如下制备：
本发明的乳液适用于单组分和双组分体系。将乳液加入油漆或涂料中，增加油漆或涂料的柔韧性和弹性体性质，从而减少涂覆基材的开裂，并增加油漆或涂料的长期外观效果和寿命。此外，涂料或涂料还获得优异的拒水性，保护基材不受潮。
此外，用本发明的乳液改性的油漆或涂料可应用于各种基材，如混凝土、金属或木材。改性的涂料可应用于一层或多层，且适用于外涂层应用。改性的油漆或涂料基本上不发粘，吸收快，易于应用到基材上，涂第二层后不存在反润湿问题，使用后触摸干燥。改性的油漆或涂料也可以用作混凝土、砖石、天然石料或类似基材上的有效防涂鸦材料。
为了测试实施例1和2的乳液的有效性，制备了带有和不带催化剂的弹性体涂料的样品，其中添加了实施例1和2的乳液。
在制备油漆实施例A-I中，使用了下表所示的组分，油漆为用于各种基材的PVC油漆，其中添加了实施例1或2的乳液。对照样品和对比例E中没有添加实施例1或2的乳液。量的单位是g。
实施例F-I中添加了催化剂的混合物；表中的量为每40g油漆中催化剂的克数。
实施例A-D、F-I和对比例E按如下步骤制备：
对组分1-4和7进行称重，并加入到混合容器中，然后放在混合器下以1000rpm的转速混合，该混合器装有冷却夹套。冷却夹套减少了由于研磨过程中热量积累而导致的破乳。对组分6进行称重，加到一个单独的容器中，并慢慢将其加入到混合物中，混合大约15分钟或者直到变稠。在组分1-4、6和7混合的同时，将组分9-12称重放入同一容器，一起混合，一次一匙将其加入到混合物中直到所有干的组分混入到混合物中。保持稳定的加料速度添加干的组分可以得到更平滑的研磨。将混合器开到4000rpm，混合15分钟。速度根据需要进行了调整。经证明，逐减增加速度以产生热量来帮助分散组分是期望的。在等待干组分混合的同时，将组分13和/或14和/或15称重到单独的容器中，将混合器转速下调到2000rpm，添加组分13和/或14和/或15并混合5-10分钟。向混合物中加入组分16，混合5分钟。将组分17进行称重，混合器的转速下调到1000rpm，加入组分17到混合物中，混合5-10分钟。将组分5称重，加入到混合物中，混合5分钟。将得到的油漆配方贴上标签，倒入冷却容器中进行储存。在用油漆配方涂刷基材表面之前，如上所述，向实施例F-I中添加催化剂。然后将实施例A-D、F-I和对比例E应用于混凝土、铝Q板。
实施例A-D和对比例E中没有添加催化剂；实施例A-E代表稳定的单组分体系。实施例F-I在油漆体系中后添加了催化剂；实施例F-I代表适用期不到一个小时的双组分体系。所有的实施例A-D，F-I和对比例E代表在室温下固化的油漆。
对实施例A-D，F-I和对比例E进行下述测试以检测涂覆基材的开裂、长期外观效果、油漆或涂料的寿命以及拒水性：芯轴弯曲测试是用铝Q板测试的；水吸收测试的是混凝土板，评估了室外暴露条件下涂覆的混凝土板的水吸收，监测颜色QUV以观察颜色的变化，室外暴露下也评估颜色QUV。
芯轴弯曲测试是用于柔韧性和开裂的测试，采用ASTM D522-93a中参考的方法。油漆实施例A-D、F-I和对比例E涂覆到尺寸为7.62 x 15.24cm(3 x 6英寸)的裸铝面板上。在测试之前，让面板干燥48小时。将面板垂直放置在测试装置中，夹紧，进行一秒钟的弯曲操作。结果见下表。通过表示在测试过程中没有出现开裂，失败表示测试过程中出现裂缝。所有的实施例A-D、F-I，和对比例E均为通过。
利用实施例A-D、F-I和对比例E的油漆涂覆的铝Q板的芯轴弯曲测试结果：
油漆实施例 结果
对照 通过
A-D，F-I 通过
对比例E 通过
用测试方法ASTM D 5401测量吸水率。水吸收数据收集来自尺寸为7.62×15.24cm(3×6英寸)的用油漆实施例A-D，F-I和对比例E涂覆的混凝土板的结果。收集涂覆1h、6h、24h、239h、500h、786h、1000h、1500h、2000h和2500h后的数据。实施例A2、A3、D2、D3、F2、F3、I2和I3表明在6小时时水渗透混凝土。实施例A-D和F-I的吸水性总体而言与丙烯酸和/或有机硅涂料相当。
还使用ASTM D5401进行吸水性评价，为此尺寸为10.16×30.48厘米(4×12英寸)的涂有油漆实施例A-D，F-I和对比例E的混凝土板在密歇根自然气候条件下进行室外检测。刚涂漆完成以及涂漆5个月后测定吸水率。5个月后的评估，油漆实施例D1显示24小时内水渗透混凝土，实施例D2和D3出现白垩色，实施例F2和F3开始碎裂但仍保持完整，1小时后底部1英寸浸透，实施例G2开始碎裂但仍保持完整，1小时后底部半英寸浸透，实施例G3开始碎裂但仍保持完整。其余的实施例表现出与丙烯酸和/或有机硅涂料相当的吸水性。
利用BYK比色计监测颜色QUV以观察每个周期后颜色的变化。对尺寸为7.62×15.24厘米(3×6英寸)的混凝土面板也进行了视觉评估。而弹性体有机硅乳液(实施例A-D，F-I)显示颜色变化最小，对比例E，丙烯酸油漆，显示黄化效果。因此实施例A-D和F-I相比丙烯酸油漆表现出更优异的保色性。结果见下表。
涂有油漆实施例A-D，F-I以及对比例E的混凝土板的颜色QUV结果如下：
其中：
L*代表亮度/暗度；L*＝0代表黑色以及L*＝100代表弥漫性白色；ΔL值正数为更亮，负数为更暗；
a*表示红/绿；Δa值正数为更红，负数为更绿；以及
b*表示黄/蓝；Δb值正数为更黄，负数为更蓝。
实施例3-7：其它有用的示例性乳液的制备
根据上述方法制备实施例3-7的其它有用的示例性乳液，所用的组分及重量百分比如下：
实施例3
实施例4
实施例5
实施例5的分析数据如下：
实施例6
实施例7
为了评价在双组分体系中乳液作为油漆或涂料改性剂的有用性，将70重量％的实施例3-7的各乳液和30重量％的碳酸钙进行混合，后加入由锡含量为15.5-17.5重量％的催化剂(商品名：Reaxis C333W50)和N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷的组成的催化剂组合，然后将乳液施涂在厚度为50毫米的剥离纸上。实施例3-7在实验室中77％的湿度和21.1℃(70°F)下干燥7天后评价其干燥度、粘性，并测量其拉伸强度和伸长率。实施例3-7摸上去是干的，没有表现出粘性，具有良好的拉伸强度和伸长率。测试结果见下表。
实施例8-17：额外的示例性乳液的制备
按照上面描述的方法制备实施例8-17的额外的示例性乳液，所用的组分及重量百分比如下：
实施例8
实施例9
实施例10
实施例11
实施例12
实施例13
实施例13的分析数据如下：
实施例14
实施例15
实施例16
实施例17
为评价在单组分体系中乳液作为油漆或涂料改性剂的有用性，将70重量％的实施例8-17的各乳液和30重量％的碳酸钙进行混合，然后将乳液施涂在厚度为50毫米的剥离纸上。实施例8-17在实验室中77％的湿度和21.1℃(70°F)下干燥7天后评价其干燥度和粘性，并测定其拉伸强度和伸长率。实施例8-13、16、17摸上去是干的，实施例8-12表现出轻度到中度的粘性以及良好的拉伸强度和伸长率。样品15未干；样品14是干的但是很粘。实施例8-17的测试结果见下表。
上面描述了示例性的实施方案，并不意味着这些实施方案描述了本发明的所有可能形式。此外，可以将各种实施方案的特征组合起来以形成本发明更多的实施方案。

Claims (18)

1.一种涂料组合物，其包含弹性体有机硅乳液，所述弹性体有机硅乳液包含：
(A)式(I)的甲硅烷基封端的聚合物：
其中：
R1＝烷基或芳基，
R2＝C1-C12烷基、H、或芳基，
X＝O或NR3，
R3＝H、C1-C12烷基、或芳基，
Y＝-(CH2)3NHC(＝O)-，-CH2NHC(＝O)-，其中Y是Si-C键合的，
M＝独立地是-CH2CH2-，-CH2CH(CH3)-，-CH2CH2CH2CH2-，其中所有M中的大部分是-CH2CH(CH3)-，
n＝0-2，
m＝1-500；
任选存在的(B)含有式(II)的单元的硅化合物
R4 aR5 b(R6O)cSiO(4-a-b-c)/2(II)
a＝0-3，
b＝0-2，
c＝0、1、2或3，
R4＝烷基、芳基、氨基烷基、缩水甘油氧基烷基、巯基烷基，
R5＝烷基、芳基，
R6＝烷基、H、环氧乙烷、环氧丙烷，
前提条件是a+b+c≤4，对应于聚合物以及硅烷；
(C)一种或多种乳化剂；
(D)水；
以及任选存在的：
(E)一种或多种催化剂；
(F)一种或多种填料；和
(G)一种或多种添加剂。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中R1＝甲基，R2＝甲基或乙基，X＝O，或其组合。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中Y＝-CH2NHC(＝O)，以及M＝CH2CH(CH3)-。
4.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述涂料组合物包含水基粘合剂。
5.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中至少一种甲硅烷基封端的聚合物选自二甲氧基(甲基)甲硅烷基甲基氨基甲酸酯封端的聚醚、三甲氧基甲硅烷基丙基氨基甲酸酯封端的聚醚、或其共混物。
6.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述甲硅烷基封端的聚合物粘合剂的重量百分比为总乳液重量的10-80重量％。
7.根据权利要求1所述的涂料组合物，其还包含C8-C30烷基烷氧基硅烷。
8.根据权利要求7所述的涂料组合物，其中所述涂料组合物是用于砖石、石膏、纤维素和EIFS基材上的室内和/或室外应用的涂料。
9.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述弹性体有机硅乳液包括甲硅烷基封端的聚合物粘合剂、一种或多种聚硅氧烷、一种或多种乳化剂以及水的组合。
10.根据权利要求9所述的涂料组合物，其中所述一种或多种聚硅氧烷包含甲基和/或苯基或带有烷氧基官能的烷基取代基。
11.一种制备根据权利要求1所述的弹性体有机硅乳液的方法，所述方法包括：
将乳化剂与水混合，
将一种或多种甲硅烷基封端的聚合物粘合剂混合到所述乳化剂和水的混合物中，以及
加入水。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括将所述一种或多种甲硅烷基封端的聚合物粘合剂与一种或多种聚硅氧烷混合以制备聚合物预混物的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述聚硅氧烷包含甲基和/或苯基或带烷氧基官能的烷基取代基。
14.一种制备具有增强的柔韧性和拒水性的改性涂料组合物的方法，所述方法包括将权利要求1的弹性体有机硅树脂乳液或权利要求11中所制备的弹性体有机硅树脂乳液添加到涂料中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述涂料包含水基粘合剂。
16.根据权利要求1所述的涂料组合物作为防涂鸦油漆或作为防涂鸦油漆的改性剂的用途。
17.根据权利要求1所述的涂料组合物在双组分体系中的用途。
18.根据权利要求16所述的用途，其中一种或多种催化剂后加入到所述涂料组合物中。
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