CN110804330A - 一种超疏水涂料改性添加剂 - Google Patents

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Abstract

一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于，将丙烯酸酯类单体用含氟硅氧烷改性获得，所述含氟硅氧烷的结构式如式（I）：(R1O)3SiCH2‑(CH=CH)‑CH2‑CR2 3（I），其中，R1为C1‑C3的烷基；R2为全氟烷基。丙烯酸酯类单体的改性方法为，将丙烯酸酯类单体、功能单体、式（I）所示的含氟硅氧烷、引发剂、溶剂加入到反应容器中，在保护气氛下加热至70‑100°C，反应6‑20h而成。改性后的丙烯酸酯类单体获得全氟烷基，可以为涂料提供优良的疏水性。硅氧烷基团是可水解基团，在涂料中原位水解得到纳米二氧化硅，配合其所链接的丙烯酸树脂基团和含氟烷基，形成微纳米复合结构，具有超疏水性。

Description

一种超疏水涂料改性添加剂
技术领域
本发明涉及涂料领域，涉及一种涂料疏水改性添加剂，具体为经含氟硅氧烷改性的丙烯酸酯类化合物。
背景技术
通常，涂料会具有一定的疏水性。但是，仅仅具有普通的疏水性的涂料无法满足涂料在特殊场合的应用要求。例如，在建筑物表面的涂料，通常需要有一定的超疏水性，使得建筑表面获得一定的自清洁效果。再如，船体表面的涂料，通常需要具有一定的超疏水性和抗菌性，使得船体表面的耐腐蚀性大大增强，从而提高船体的使用寿命。此外，在严寒地区，具有超疏水性的涂料还可以使得涂敷了涂料的基体表面获得防冰霜的效果。
然而，现有的涂料中，超疏水涂料的研究相对较少。且目前市面上的超疏水涂料往往存在附着力和超疏水效果不足的缺陷。因此，本发明旨在提供一种附着力优良的超疏水涂料改性添加剂。
发明内容
为了解决现有超疏水涂料中所存在的上述技术问题，本发明的发明人通过大量试验，发现将常规的丙烯酸酯类单体经特殊的含氟硅氧烷改性后所得到的丙烯酸酯类化合物作为超疏水涂料改性添加剂，可以使涂料具有优异的超疏水性，且涂料与基材的附着力稳定、牢固。
该超疏水涂料改性添加剂是通过常规丙烯酸酯类单体和可水解的含氟硅氧烷在引发剂存在的情况下反应制得的。通过在丙烯酸树脂上改性获得含氟硅氧烷基团，使得超疏水涂料改性添加剂中获得全氟烷基，可以为涂料提供优良的疏水性，同时，涂料中的硅烷原位水解得到纳米二氧化硅，配合其所链接的丙烯酸树脂基团，形成微纳米复合结构，具有超疏水性。同时，由于丙烯酸树脂基团是直接与硅链接，所得到的涂料经固化剂固化后可在基体表面形成紧密结合的致密的涂料层，整个涂料与基体的结合力显著提升。
一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于，将丙烯酸酯类单体用含氟硅氧烷改性获得，所述含氟硅氧烷的结构式如式（I）：
(R1O)3SiCH2-(CH=CH)-CH2-CR2 3 （I），
其中，R1为C1-C3的烷基；R2为全氟烷基。
其中，丙烯酸酯类单体的改性方法为，将丙烯酸酯类单体、功能单体、式（I）所示的含氟硅氧烷、引发剂、溶剂加入到反应容器中，在保护气氛下加热至70-100°C，反应6-20h而成。
其中，R1为甲基、乙基、丙基或异丙基中的一种或多种，三个R1可相同、互不相同或部分相同。
其中，R2是碳原子为3-15的全氟烷基。
进一步地，所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸异辛酯中的一种或多种。
进一步地，所述功能单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。
进一步地，引发剂为叔丁基过氧化氢。
相比于现有的超疏水涂料及其添加剂，本发明的超疏水涂料改性剂具有以下有益效果：
1、对常规的丙烯酸酯类单体进行改性，原料简单，成本低。
2、含氟硅氧烷改性剂的结构式为(R1O)3SiCH2-(CH=CH)-CH2-CR2 3。通过引发剂将该含氟硅氧烷与丙烯酸酯类单体链接，使得改性剂在涂料经固化剂固化后可在基体表面形成紧密结合的致密的涂料层，整个涂料与基体的结合力显著提升。其中，改性后的丙烯酸酯类单体获得全氟烷基，可以为涂料提供优良的疏水性。硅氧烷基团是可水解基团，在涂料中原位水解得到纳米二氧化硅，配合其所链接的丙烯酸树脂基团和含氟烷基，形成微纳米复合结构，具有超疏水性。
3、以叔丁基过氧化氢为引发剂，产物为叔丁醇和丙酮，安全、无腐蚀。
具体实施方式
下面，将结合具体的实例对本发明进行详细说明。当然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分创造内容，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下所获得的其他实例均落入本发明的保护范围內。
实施例1
一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于，将丙烯酸酯类单体用含氟硅氧烷改性获得，所述含氟硅氧烷的结构式如式（I）：
(R1O)3SiCH2-(CH=CH)-CH2-CR2 3 （I），
其中，R1为甲基。
其中，R2是碳原子为5的全氟烷基。
其中，丙烯酸酯类单体的改性方法为，将丙烯酸酯类单体、功能单体、式（I）所示的含氟硅氧烷、叔丁基过氧化氢、溶剂加入到反应容器中，在保护气氛下加热至80°C，反应10h而成。
所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯。所述功能单体为丙烯酰胺。
实施例2
一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于，将丙烯酸酯类单体用含氟硅氧烷改性获得，所述含氟硅氧烷的结构式如式（I）：
(R1O)3SiCH2-(CH=CH)-CH2-CR2 3 （I），
其中，R1为乙基。
其中，R2是碳原子为10的全氟烷基。
其中，丙烯酸酯类单体的改性方法为，将丙烯酸酯类单体、功能单体、式（I）所示的含氟硅氧烷、叔丁基过氧化氢、溶剂加入到反应容器中，在保护气氛下加热至100°C，反应8h而成。
所述丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸乙酯。所述功能单体为丙烯酸羟乙酯。
实施例3
一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于，将丙烯酸酯类单体用含氟硅氧烷改性获得，所述含氟硅氧烷的结构式如式（I）：
(R1O)3SiCH2-(CH=CH)-CH2-CR2 3 （I），
其中，R1为丙基。
其中，R2是碳原子为15的全氟烷基。
其中，丙烯酸酯类单体的改性方法为，将丙烯酸酯类单体、功能单体、式（I）所示的含氟硅氧烷、叔丁基过氧化氢、溶剂加入到反应容器中，在保护气氛下加热至70°C，反应20h而成。
所述丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸异辛酯。所述功能单体为甲基丙烯酸羟乙酯。
实施例4
一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于，将丙烯酸酯类单体用含氟硅氧烷改性获得，所述含氟硅氧烷的结构式如式（I）：
(R1O)3SiCH2-(CH=CH)-CH2-CR2 3 （I），
其中，R1为甲基、乙基、丙基三种，即三个R1互不相同。
其中，R2是碳原子为3的全氟烷基。
其中，丙烯酸酯类单体的改性方法为，将丙烯酸酯类单体、功能单体、式（I）所示的含氟硅氧烷、叔丁基过氧化氢、溶剂加入到反应容器中，在保护气氛下加热至80°C，反应10h而成。
所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯。所述功能单体为丙烯酰胺。
实施例5
一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于，将丙烯酸酯类单体用含氟硅氧烷改性获得，所述含氟硅氧烷的结构式如式（I）：
(R1O)3SiCH2-(CH=CH)-CH2-CR2 3 （I），
其中，R1为甲基、乙基两种，三个R1部分相同，包括两个甲基、一个乙基。
其中，R2是碳原子为7的全氟烷基。
其中，丙烯酸酯类单体的改性方法为，将丙烯酸酯类单体、功能单体、式（I）所示的含氟硅氧烷、叔丁基过氧化氢、溶剂加入到反应容器中，在保护气氛下加热至90°C，反应10h而成。
所述丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸丁酯。所述功能单体为丙烯酸羟乙酯。
作为对比，分别将丙烯酸甲酯和实施例1中所使用的式（I）所示的含氟硅氧烷单独作为改性添加剂，得到对比例1和对比例2。
为了对改性添加剂的超疏水效果和附着力的改善效果进行比较，分别将实施例1-5和对比例1-2的改性剂应用到涂料中进行测试，涂料的组成为改性添加剂：固化剂：丙烯酸树脂=20：15：65（质量比）。将这七种涂料分别涂敷在样品金属板表面，干燥固化后对金属板表面的涂料膜进行超疏水效果和附着力性能测试，其中，超疏水效果以静态接触角进行比较，附着力性能参考国家标准GB/T 9286-1998的相关规定，测试结果分为0-5六个等级，0表示附着力最优，5表示附着力最差。具体结果如下表所示。
静态接触角（°） 附着稳定性（等级）
实施例1 152 0
实施例2 151 0
实施例3 153 0
实施例4 153 0
实施例5 154 0
对比例1 107 2
对比例2 136 2
基于上表的结果，可以得出，本发明的超疏水涂料改性剂可以促使涂料获得超疏水性能，且涂料与金属基体的附着力也得到大幅提升，附着稳定性明显改善。
以上是本发明的超疏水涂料改性添加剂。需要指出的是，本发明所记载的内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下所获得的其他实例均涵盖于本发明的保护范围內。

Claims (7)

1.一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于，将丙烯酸酯类单体用含氟硅氧烷改性获得，所述含氟硅氧烷的结构式如式（I）：
(R1O)3SiCH2-(CH=CH)-CH2-CR2 3 （I），
其中，R1为C1-C3的烷基；R2为全氟烷基。
2.如权利要求1所述的一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于：其中，丙烯酸酯类单体的改性方法为，将丙烯酸酯类单体、功能单体、式（I）所示的含氟硅氧烷、引发剂、溶剂加入到反应容器中，在保护气氛下加热至70-100°C，反应6-20h而成。
3.如权利要求1所述的一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于：其中，R1为甲基、乙基、丙基或异丙基中的一种或多种，三个R1可相同、互不相同或部分相同。
4.如权利要求1所述的一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于：其中，R2是碳原子为3-15的全氟烷基。
5.如权利要求2所述的一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于：所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸异辛酯中的一种或多种。
6.如权利要求2所述的一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于：所述功能单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。
7.如权利要求2所述的一种超疏水涂料改性添加剂，其特征在于：引发剂为叔丁基过氧化氢。
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