CN110819177A - 一种超亲水涂料组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超亲水涂料组合物及其制备方法，属于涂料领域。本发明提供的超亲水涂料组合物包括按重量份计的30‑90份水性氯化聚烯烃、5‑30份水性聚合物、0.1‑1份流变控制剂以及0.5‑10份助溶剂。本发明提供的超亲水涂料组合物，易于施工应用，VOC含量低，形成的涂层不仅具备超亲水的特性，且具有优异的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料组合物，具体涉及一种超亲水涂料组合物及其制备方法和用途，属于涂料领域。
背景技术
超亲水涂料是指能将水与涂层表面的接触角降到10°以下，甚至降到5°以下的一种涂料组合物。超亲水涂料属于自清洁涂料的一种，当水接触到以超亲水涂料制备的涂层时，迅速在涂层表面铺展，形成均匀的水膜并带走污渍，达到自清洁的效果。将超亲水涂料应用于变电箱、玻璃、幕墙等物体表面可以起到持久超亲水、自清洁、防尘、增透、防结露、防水雾等功能，为人们的生活提供很多便利。
目前，制备超亲水表面的方法主要有化学气相沉积法、液相沉积法、溅射法、浸渍法、溶胶凝胶结合高温烧结等，这些方法主要是利用了二氧化钛、氧化锌及其他氧化物在光催化下的亲水性能，当停止光照时，又回到疏水状态，如：专利CN1533417A公布了一种光催化超亲水性涂膜的制造方法，制备了含糖类和二氧化钛、二氧化硅或锆及钙化合物微粒的溶液，在基材上涂布上述溶液，加热400～800℃形成超亲水涂膜；专利CN101970370A公布了一种超亲水性涂料组合物及其制备方法，所述超亲水性涂料组合物以多胺或带阳电荷的多糖搭配20-80nm SiO2、ZnO、TiO2溶液，并以戊二醛作为交联剂，经475℃锻烧4小时制得超亲水涂层，该涂层经紫外光源照射后，产生强烈和稳定的超亲水特性；专利CN102241939A公布了一种有机-无机杂化的超亲水涂料及其制备方法与应用，采用溶胶-凝胶法，以正硅酸乙酯为前驱物，盐酸为催化剂，乙醇为溶剂，硅烷偶联剂为改性剂，加适量的水，通过水解缩聚的方法得到改性二氧化硅溶胶，然后将改性二氧化硅溶胶、反应型亲水性单体采用自由基聚合制得有机-无机杂化材料，并通过溶剂置换得到水性有机-无机杂化超亲水涂料，用浸渍或涂刷方式在塑料、玻璃或金属底材上涂膜后，涂层与水的接触角小于5°，水滴迅速铺展，与晶材附着力为0级，硬度大于6H；专利CN103508681B公布了一种超亲水增透涂层的制备方法及超亲水增透涂层，以正硅酸乙酯(TEOS)、表面活性剂(CTAB)、盐酸和无水乙醇为原料，制备出粒径大约为3-4nm的SiO2实心球型纳米粒子；然后采取浸渍提拉法将含有SiO2实心球型纳米粒子与表面活性剂的分散液提拉到玻璃片上，制备出的涂层经过决速悴火处理后制备得到具有高强度的超亲水增透涂层。
而且，制备超亲水涂层的方法虽然有很多种，但是大多只能在实验室中小面积制备，且有些涂层制备需要高温处理，目前市面上几乎没有真正可大面积喷涂的超亲水涂层，因此，需要一种易于施工应用、VOC含量低、具备超亲水特性和优异性能的超亲水涂料组合物。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种超亲水涂料组合物，易于施工应用，VOC含量低，形成的涂层不仅具备超亲水的特性，且具有优异的性能。
具体地，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种超亲水涂料组合物，其特征在于，包括按重量份计的30-90份水性氯化聚烯烃、5-30份水性聚合物、0.1-1份流变控制剂以及0.5-10份助溶剂。
优选地，所述的超亲水涂料组合物还包括按重量份计的1-20份去离子水和0.05-6份助剂，所述助剂选自流平剂、底材润湿剂、紫外线吸收剂以及受阻胺光稳定剂中的任意一种或任意多种。
优选地，所述助剂包括按重量份计的0.1-1份流平剂、0.05-1份底材润湿剂、1-3份紫外线吸收剂以及0.5-1份受阻胺光稳定剂，所述助剂中的流平剂和底材润湿剂选自法国先创化学品和德国BYK公司生产的所有相关牌号的商业化产品，例如：MODAREZ PW 336、MODAREZ SW 452、BYK381、BYK 3560、BYK3565，也可选择其他公司生产的类似产品，所述助剂中的紫外吸收剂和受阻胺光稳定剂可参考选自巴斯夫公司生产的所有相关牌号的商业化产品，例如：
9945DW、400DW、
123DW、Tinuvin 292、Tinuvin1130，也可选择其他公司生产的类似产品。
优选地，所述水性氯化聚烯烃的重均分子量为10000-50000，氯含量为10-30％，固含量为20-40％。
优选地，所述水性氯化聚烯烃的制备方法包括以下步骤：
在自由基引发剂存在下用烃酸加热氯化聚烯烃一段时间后再冷却得到改性氯化聚烯烃；
采用中和剂部分或完全中和改性氯化聚烯烃得到中和改性氯化聚烯烃；
借助有机助溶剂将所述中和改性氯化聚烯烃分散到水介质中得到水性氯化聚烯烃。
优选地，所述氯化聚烯烃与所述烃酸的重量比通常为60：40至80：20，更优选为75：25。
优选地，所述加热温度为90℃-110℃，时间为1-2h。
优选地，所述氯化聚烯烃为氯化聚乙烯和/或氯化聚丙烯，氯含量为18-22wt％。
优选地，所述氯化聚烯烃为氯化聚丙烯，优选为从Eastman公司获得的CP343-1商标下的氯化聚丙烯。
优选地，所述氯化聚烯烃的重量平均分子量为15000-35000。
优选地，所述氯化聚烯烃是固体，优选为粉末或颗粒状，熔点为80℃-100℃。
优选地，所述自由基引发剂包括过氧2-乙基己酸丁酯、过辛酸叔戊酯、过氧化苯甲酰或从杜邦购买的偶氮自由基引发剂VAZO 52。
优选地，所述烃酸具有至少7个碳原子，优选具有11-20个碳原子，属于脂肪族，并且可以是饱和的或不饱和的；所述烃酸可以是多羧酸，但优选地是单羧酸，所述烃酸可以为月桂酸，油酸，蓖麻酸或十一烯酸，优选为十一烯酸。
优选地，所述改性氯化聚烯烃的酸值为70-80，所述中和剂为伯胺、仲胺或叔胺，例如氨、三(羟甲基)氨基甲烷、N，N-二甲基乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙二醇、三乙胺和二异丙醇胺，优选二异丙醇胺和N，N-二甲基乙醇胺，所述中和的程度通常至少是总理论中和的75％。
优选地，所述有机助溶剂包括低烷基单官能醇如正丁醇和乙二醇醚醇如乙二醇己基醚、丙二醇甲基醚、二丙二醇甲基醚和丙二醇苯基醚中的至少一种，使用时，基于烃酸和氯化聚烯烃的组合重量，所述有机助溶剂的含量高达25％(按重量计)。
所述水性氯化聚丙烯可选自Eastman公司、东洋纺公司和日本制纸公司生产的所有相关牌号的商业化产品，例如：Eastman公司的Eastman CP 310W、Eastman CP 347W和Eastman CP349 W，东洋纺公司的EW-5303，日本制纸公司的Superchlon E415，也可选择其他公司生产的类似产品。
优选地，所述水性聚合物的重均分子量为10000-50000，粒径为50-200nm，固含量为25-55％，玻璃化转变温度(Tg)为15-50℃。
优选地，所述水性聚合物为丙烯酸乳液、聚氨酯改性丙烯酸乳液、水性聚氨酯分散体中的至少一种，所述丙烯酸乳液可以可选自先创化学品公司生产的所有相关牌号的商业化产品，例如：先创化学品公司的PROX AM 270R、PROX AM157和PROX AM 152，也可选择其他公司生产的类似产品。所述聚氨酯改性丙烯酸乳液可选自DSM公司生产的所有相关牌号的商业化产品，例如：DSM公司的NeoPac E-125，也可选择其他公司生产的类似产品。聚氨酯可选自先创化学品公司、路博润公司、思沃化学公司和DSM公司生产的所有相关牌号的商业化产品，例如：先创化学品公司的PROX R 908，路博润公司的Aptalon W8060，思沃化学公司的PUD 2013,DSM公司的Neorez R-986，也可选择其他公司生产的类似产品。
优选地，所述流变控制剂为改性脲溶液和/或气相二氧化硅，所述流变控制剂可选自法国先创化学品、德国BYK公司和Evonik公司生产的所有相关牌号的商业化产品，例如：法国先创化学品的SYNTHRO-THIX 928S和PROX A 300，BYK公司的BYK420、BYK425和OPTIFLO-H 7625，Evonik公司的VP RS 92，也可选择其他公司生产的类似产品。
优选地，所述助溶剂为表面能大于33达因且20℃在水中溶解度大于5％的溶剂。
优选地，所述助溶剂为二元酯、二醇二乙酸酯、N,N-二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
上述任意一种超亲水涂料组合物的制备方法包括如下步骤：
步骤1，将按重量份计的30-90份水性氯化聚丙烯与5-30份水性聚合物搅拌至混合均匀；
步骤2，加入按重量份计的1-20份去离子水；
步骤3，在保持搅拌速率不变的情况下，依次加入按重量份计的0.5-10份助溶剂、0.05-6份助剂搅拌至混合均匀；
步骤4，在保持搅拌速率不变的情况下，加入0.1-1份流变控制剂，搅拌至混合均匀获得所述超亲水涂料组合物。
优选地，所述搅拌的速率为400～1000转/分钟(r/min)。
优选地，所述步骤3中依次加入所述助剂和流变控制剂的时间间隔为5～10min。
上述任意一种超亲水涂料组合物用于制备超亲水涂层的用途。
本发明的有益之处在于：本发明的超亲水涂料组合物，易于施工应用，VOC含量低，形成的涂层不仅具备超亲水的特性，且具有优异的性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来对本发明进行进一步详细阐述，下述实施例仅用来解释本发明，并不能视为对本发明的进一步限制。
实施例
一种超亲水涂料组合物，具体组分及用量如表1所示。
表1实施例的涂料组分表(以重量份数计)
| 原材料 | 牌号 | 实施例 |
| 水性氯化聚丙烯 | Eastman CP 310W | 80 |
| 水性聚合物 | PROX R 908 | 10 |
| 流变控制剂 | VP RS 92 | 0.2 |
| N-甲基吡咯烷酮 | - | 3.0 |
| 流平剂 | BYK 3565 | 0.5 |
| 底材润湿剂 | MODAREZ SW 452 | 0.1 |
| 去离子水 | 自制 | 6.2 |
如表1所示，本实施例提供的超亲水涂料组合物制备方法如下：
步骤1，将按重量份计的80份水性氯化聚丙烯(Eastman CP 310W)与10份水性聚合物(PROX R 908)以500转/分钟的搅拌速率搅拌10min使得水性氯化聚丙烯与水性聚合物混合均匀，得到混合液A；
步骤2，向混合液A中加入按重量份计的6.2份去离子水得到混合液B；
步骤3，在保持搅拌速率不变的情况下，向混合液B中依次加入按重量份计的3.0份N-甲基吡咯烷酮、0.5份流平剂(BYK 3565)、0.1份底材湿润剂(MODAREZ SW 452)并搅拌混合30min使混合均匀，加入每个助剂和流变控制剂的时间间隔为10min，搅拌完成后得到混合液C；
步骤4，在保持搅拌速率不变的情况下，向混合液C中加入按重量份计的0.2份流变控制剂，搅拌30min使得混合均匀获得所述超亲水涂料组合物。
对比例
一种超亲水涂料组合物，具体组分及用量如表2所示。
表2对比例的涂料组分表(以重量份数计)
| 原材料 | 配方 | 对比例 |
| 水性氯化聚丙烯 | Eastman CP 310W | 65 |
| 水性聚合物 | PROX R 908 | 25 |
| 流变控制剂 | VP RS 92 | 0.2 |
| N-甲基吡咯烷酮 | N-甲基吡咯烷酮 | 3.0 |
| 流平剂 | BYK 3565 | 0.5 |
| 底材润湿剂 | MODAREZ SW 452 | 0.1 |
| 去离子水 | 去离子水 | 6.2 |
如表2所示，本对比例提供的超亲水涂料组合物制备方法如下：
步骤1，将按重量份计的65份水性氯化聚丙烯(Eastman CP 310W)与25份水性聚合物(PROX R 908)以500转/分钟的搅拌速率搅拌10min使得水性氯化聚丙烯与水性聚合物混合均匀，得到混合液A；
步骤2，向混合液A中加入按重量份计的6.2份去离子水得到混合液B；
步骤3，在保持搅拌速率不变的情况下，向混合液B中依次加入按重量份计的3.0份N-甲基吡咯烷酮、0.5份流平剂(BYK 3565)、0.1份底材湿润剂(MODAREZ SW 452)搅拌混合30min使混合均匀，加入每个助剂和流变控制剂的时间间隔为10min，搅拌完成后得到混合液C；
步骤4，在保持搅拌速率不变的情况下，向混合液C中加入按重量份计的0.2份流变控制剂，搅拌30min使得混合均匀获得所述超亲水涂料组合物。
测试例
测试方法参照GB/T 30693-2014《塑料薄膜与水接触角的测量》
实施例和对比例制得的超亲水涂料组合物的水接触角的测试结果如表3所示。
表3实施例1涂料的性能
| 配方 | 对比例 | 实施例1 |
| 水接触角 | 12.7 | 7.8 |
由上表可知，实施例提供的超亲水涂料组合物水接触角较小，具有优异的性能。
Claims (10)
1.一种超亲水涂料组合物，其特征在于，包括按重量份计的30-90份水性氯化聚烯烃、5-30份水性聚合物、0.1-1份流变控制剂以及0.5-10份助溶剂。
2.根据权利要求1所述的超亲水涂料组合物，其特征在于，还包括按重量份计的1-20份水和0.05-6份助剂，所述助剂选自流平剂、底材润湿剂、紫外线吸收剂以及受阻胺光稳定剂中的任意一种或任意多种。
3.根据权利要求2所述的超亲水涂料组合物，其特征在于，所述助剂包括按重量份计的0.1-1份流平剂、0.05-1份底材润湿剂、1-3份紫外线吸收剂以及0.5-1份受阻胺光稳定剂。
4.根据权利要求1所述的超亲水涂料组合物，其特征在于，所述水性氯化聚烯烃的重均分子量为10000-100000，氯含量为10-30%，固含量为20-40%。
5.根据权利要求1所述的超亲水涂料组合物，其特征在于，所述水性聚合物的重均分子量为10000-50000，粒径为50 -200nm，固含量为25-55%，玻璃化转变温度为15-50℃。
6.根据权利要求1所述的超亲水涂料组合物，其特征在于，所述水性聚合物为丙烯酸乳液、聚氨酯改性丙烯酸乳液、水性聚氨酯分散体中的至少一种。
7.根据权利要求1所述超亲水涂料组合物，其特征在于，所述流变控制剂为改性脲溶液和/或气相二氧化硅。
8.根据权利要求1所述超亲水涂料组合物，其特征在于，所述助溶剂为表面能大于33达因且20℃在水中溶解度大于5%的溶剂。
9.根据权利要求8所述超亲水涂料组合物，其特征在于，所述助溶剂选自二元酯、二醇二乙酸酯、N,N-二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮中任意一种或任意多种。
10.一种权利要求1-9中任意一项所述的超亲水涂料组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将按重量份计的30-90份水性氯化聚丙烯与5-30份水性聚合物搅拌混合均匀；
步骤2，加入按重量份计的1-20份水；
步骤3在保持搅拌速率不变的情况下，依次加入按重量份计的0.5-10份助溶剂、0.05-6份助剂搅拌混合均匀；
步骤4，在保持搅拌速率不变的情况下，加入按重量份计的0.1-1份流变控制剂，搅拌混合均匀获得所述超亲水涂料组合物。
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