CN111334189B - 一种抗污自清洁涂料后处理剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗污自清洁涂料后处理剂以及其制备方法，所述抗污自清洁涂料后处理剂在涂料体系施工固化后使用，具有快干、硬度较高、抗污自清洁性能以及耐老化性能优异的优点，能够有效提高涂料涂层的硬度、抗污自清洁性能以及耐老化性能。所述抗污自清洁涂料后处理剂包括以下按重量份数计的原料：硅氧烷5‑10，硅烷偶联剂0.5‑2，聚硅氧烷低聚物3‑6，溶剂30‑50，热塑性树脂5‑10，含羟基硅油1‑3，聚硅氮烷10‑20；所述硅氧烷选自但不限于甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷的其中一种或者几种。所述制备方法工艺安排合理，操作简单，适用于工业大规模批量生产，且制备过程中无有害物质及刺激性气味产生，环境友好性能良好。

Description

一种抗污自清洁涂料后处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，特别是涉及一种抗污自清洁涂料后处理剂及其制备方法。
背景技术
目前，工业低温干燥涂料涂装领域大多数都采用环氧底漆+丙烯酸聚氨酯面漆体系或者环氧底漆+氟碳聚氨酯面漆体系的双层或多层结构。
但是，这两种涂装工艺均有比较突出的缺点，环氧底漆+丙烯酸聚氨酯面漆体系涂装工艺相对成熟简单，性价比高，但其抗污性较差，制得的涂层在户外一段时间后容易吸尘并且与涂层老化相叠加，涂层就会出现失光变旧，涂层即便清洗也无法恢复比较新的状态。环氧底漆+氟碳聚氨酯面漆体系耐老化性好，抗污性好，但成本比较高，而且施工过程中氟树脂残留带来的环境污染比较难处理。
发明内容
基于此，本发明实施例的目的在于，提供一种抗污自清洁涂料后处理剂，在涂料体系施工固化后使用，具有快干、硬度较高、抗污自清洁性能以及耐老化性能优异的优点。
一种抗污自清洁涂料后处理剂，其包括以下按重量份数计的原料：硅氧烷5-10，硅烷偶联剂0.5-2，聚硅氧烷低聚物3-6，溶剂30-50，热塑性树脂5-10，含羟基硅油1-3，聚硅氮烷10-20；所述硅氧烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷的其中一种或者几种。
相对于现有技术，本发明实施例所述的抗污自清洁涂料后处理剂，其应用于涂料体系，尤其是环氧底漆+丙烯酸聚氨酯面漆体系，在所述涂料施工固化后涂覆于所述涂料涂层上方，并固化形成一具有高硬度、高致密度、良好的耐老化性能以及抗污自清洁性能的保护层，以有效提高所述涂料涂层的硬度、抗污自清洁性能以及耐老化性能。
具体地，所述抗污自清洁涂料后处理剂利用其配方中的硅基材料，即所述硅氧烷、所述硅烷偶联剂和所述聚硅氧烷低聚物与空气中的水分子发生水解反应交联成膜，并结合聚硅氮烷与空气中水分子的羟基以及硅基材料水解后产生的羟基发生反应交联成膜，使所述抗污自清洁涂料后处理剂体系在固化能够形成高硬度的疏水有机无机涂层，其中所述硅氧烷能够有效提高所述疏水有机无机涂层的交联强度，且其用量限定能够在确保交联强度的同时避免了其使用过量导致厚涂时涂层发生开裂的技术问题；硅烷偶联剂能够有助于提高所述抗污自清洁涂料后处理剂涂层与所述涂料涂层之间的附着力，且其用量限定能够在确保附着力的同时避免了其使用过量进而影响交联强度的技术问题，有效提高涂料涂层的硬度以及耐老化性能；另外，由于聚硅氮烷自身较强的反应活性，其能够迅速与所述硅氧烷、硅烷偶联剂以及聚硅氧烷低聚物与空气中的水分水解所产生的活性羟基反应，通过消耗反应产物使得所述硅基材料水解反应的平衡不断右移，有效避免了所述硅基材料在无酸催化条件下发生水解反应时反应速率较低且成膜性能较差的技术问题，同时，相对于聚硅氮烷单独成膜使用，硅基材料的加入能够使聚硅氮烷在保证成膜强度及致密性的前提下有效减少了聚硅氮烷的使用量，进而能有效减少生产过程中氨气的释放，并可延长聚硅氮烷材料的贮存稳定性。
其次，所述抗污自清洁涂料后处理剂中还利用了体系中的含羟基硅油在高温条件下部分和硅氧烷、热塑性树脂、所述硅烷偶联剂、所述聚硅氧烷低聚物水解后的产物发生热合成反应，使其成为所述涂层的组成部分进而避免含羟基硅油在短时间内发生迁移而失效，提高了产品的稳定性，且利用含羟基硅油较低的表面自由能，赋予了所述抗污自清洁涂料后处理剂涂层良好的疏水疏油性，进一步结合硅基材料、聚硅氮烷以及热塑性树脂交联使得所述抗污自清洁涂料后处理剂形成的疏水有机无机涂层具有高硬度以及高致密性的特点，二者结合产生协同效应，使外界的污渍及水分难以向涂层内部渗透或在涂层表面附着，在遇到外界作用力或雨水冲刷条件便可轻易将污渍出去，进而实现其自身的抗污自清洁性能。
另外，所述涂料固化后含有的残余活性羟基、羧基或其他活性官能团能够与所述聚硅氮烷发生交联反应，进一步有助于所述抗污自清洁涂料后处理剂在所述涂料涂层上的附着以及交联固化，避免脱落且有效提高所得疏水有机无机涂层的硬度以及致密度。
本发明制得的抗污自清洁涂料后处理剂配方架构合理，利用配方中各组分之间相互协同作用，并综合考虑了配方各组分用量对产品性能的影响，使其成膜后具有致密度高、硬度高、抗污自清洁性能、抗污染渗透性能以及耐老化性能优良的优点，容易施工，施工过程中无有毒有害物质产生，刺激性气味少，环境友好性高，能够有效提高涂料涂层的硬度、韧性、干燥性、抗污性能以及耐老化性能等。
进一步地，所述溶剂选自但不限于醋酸正丁酯、正丁醚、二甲苯中的一种或几种。
进一步地，聚硅氧烷低聚物的分子量为500-2000，能够为所述抗污自清洁涂料后处理剂涂层提供良好的光泽度。
进一步地，所述热塑性树脂为羟基质量百分比为0.2％-0.5％的热塑性丙烯酸树脂或者分子量为20000-50000的醋酸丁酸纤维素；所述含羟基硅油的羟基质量百分比2％-5％。所述热塑性树脂羟基质量百分比或醋酸丁酸纤维素分子量的限定使得所述抗污自清洁涂料后处理剂体系的溶剂释放性较高，使所制得涂层迅速表干从而可减少涂层表面沾尘，同时能够提高涂层的韧性，有效减少涂层的开裂；所述含羟基硅油中羟基质量百分比的限定，能够避免羟基含量过少时无法提供良好的抗污自清洁能力，以及其含量过多使得所述含羟基硅油无法充分进行热反应，进而在涂层交联的过程中产生迁移，影响所得涂层的光泽及外观的技术问题。
进一步地，所述硅氧烷的纯度不低于99.0％，所述溶剂的纯度不低于99.5％，避免杂质影响效果。
另外，本发明实施例还提供了一种抗污自清洁涂料后处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
1)按照以上所述配方量称取原料，将所述硅氧烷、硅烷偶联剂以及聚硅氧烷低聚物投入至反应釜中，在加热条件下分散均匀并充分反应；
2)边分散边向步骤1)所得混合物中加入所述热塑性树脂以及含羟基硅油，在加热条件下分散均匀并充分反应后，加入所述溶剂并使所得混合物降温；
3)向步骤2)所得混合物中加入聚硅氮烷并分散均匀；
4)将步骤3)所得混合物过滤并包装得到所述抗污自清洁涂料后处理剂。
进一步地，所述步骤1)中为在110-120℃的温度条件、800-1000rpm的转速条件下分散均匀并反应1小时。
进一步地，所述步骤2)中为加入所述溶剂并使所述混合物的温度降低至5-15℃。
进一步地，所述步骤3)中加入聚硅氮烷后为在800-1000rpm的转速条件下分散30min。
进一步地，所述步骤3)中为使用5μm滤袋过滤机对所得混合物进行过滤。
本发明实施例所述抗污自清洁涂料后处理剂的制备方法工艺安排合理，操作简单，适用于工业大规模批量生产，且制备过程中无有害物质及刺激性气味产生，环境友好性能良好。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例1提供一种抗污自清洁涂料后处理剂，其包括以下按重量份数计的原料：硅氧烷5，硅烷偶联剂0.5，聚硅氧烷低聚物3，溶剂30，热塑性树脂5，含羟基硅油1，聚硅氮烷10。
所述硅氧烷选自但不限于甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷的其中一种或者几种，在本实施例中，所述硅氧烷包括甲基三甲氧基硅烷以及甲基三乙氧基硅烷，其纯度不低于99.0％，避免杂质影响效果。
作为一种可选实施方式，所述溶剂选自但不限于醋酸正丁酯、正丁醚、二甲苯中的一种或几种，在本实施例中，所述溶剂为醋酸正丁酯，其纯度不低于99.5％，避免杂质影响效果。
所述热塑性树脂为羟基质量百分比为0.2％-0.5％的热塑性丙烯酸树脂。所述含羟基硅油的羟基质量百分比为2-5％。
实施例2
本发明实施例2提供一种抗污自清洁涂料后处理剂，其包括以下按重量份数计的原料：硅氧烷10，硅烷偶联剂2，聚硅氧烷低聚物6，溶剂50，热塑性树脂10，含羟基硅油3，聚硅氮烷20。
在本实施例中，所述硅氧烷包括甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷以及二甲基二甲氧基硅烷，其纯度不低于99.0％，避免杂质影响效果；所述溶剂为正丁醚以及二甲苯，其纯度不低于99.5％，避免杂质影响效果；所述热塑性树脂为分子量为20000-50000的醋酸丁酸纤维素。所述含羟基硅油的羟基质量百分比为2-5％。
相对于现有技术，本发明实施例所述的抗污自清洁涂料后处理剂，其应用于涂料体系，尤其是环氧底漆+丙烯酸聚氨酯面漆体系，在所述涂料施工固化后涂覆于所述涂料涂层上方，并固化形成一具有高硬度、高致密度、良好的耐老化性能以及抗污自清洁性能的保护层，以有效提高所述涂料涂层的硬度、抗污自清洁性能以及耐老化性能。
具体地，所述抗污自清洁涂料后处理剂利用其配方中的硅基材料，即所述硅氧烷、所述硅烷偶联剂和所述聚硅氧烷低聚物与空气中的水分子发生水解反应交联成膜，并结合聚硅氮烷与空气中水分子的羟基以及硅基材料水解后产生的羟基发生反应交联成膜，使所述抗污自清洁涂料后处理剂体系在固化能够形成高硬度的疏水有机无机涂层，其中所述硅氧烷能够有效提高所述疏水有机无机涂层的交联强度，且其用量限定能够在确保交联强度的同时避免了其使用过量导致厚涂时涂层发生开裂的技术问题；硅烷偶联剂能够有助于提高所述抗污自清洁涂料后处理剂涂层与所述涂料涂层之间的附着力，且其用量限定能够在确保附着力的同时避免了其使用过量进而影响交联强度的技术问题，有效提高涂料涂层的硬度以及耐老化性能；另外，由于聚硅氮烷自身较强的反应活性，其能够迅速与所述硅氧烷、硅烷偶联剂以及聚硅氧烷低聚物与空气中的水分水解所产生的活性羟基反应，通过消耗反应产物使得所述硅基材料水解反应的平衡不断右移，有效避免了所述硅基材料在无酸催化条件下发生水解反应时反应速率较低且成膜性能较差的技术问题，同时，相对于聚硅氮烷单独成膜使用，硅基材料的加入能够使聚硅氮烷在保证成膜强度及致密性的前提下有效减少了聚硅氮烷的使用量，进而能有效减少生产过程中氨气的释放，并可延长聚硅氮烷材料的贮存稳定性。
其次，所述抗污自清洁涂料后处理剂中还利用了体系中的含羟基硅油在高温条件下部分和硅氧烷、热塑性树脂、所述硅烷偶联剂、所述聚硅氧烷低聚物水解后的产物发生热合成反应，使其成为所述涂层的组成部分进而避免含羟基硅油在短时间内发生迁移而失效，提高了产品的稳定性，且利用含羟基硅油较低的表面自由能，赋予了所述抗污自清洁涂料后处理剂涂层良好的疏水疏油性，进一步结合硅基材料、聚硅氮烷以及热塑性树脂交联使得所述抗污自清洁涂料后处理剂形成的疏水有机无机涂层具有高硬度以及高致密性的特点，二者结合产生协同效应，使外界的污渍及水分难以向涂层内部渗透或在涂层表面附着，在遇到外界作用力或雨水冲刷条件便可轻易将污渍出去，进而实现其自身的抗污自清洁性能。
另外，所述涂料固化后含有的残余活性羟基、羧基或其他活性官能团能够与所述聚硅氮烷发生交联反应，进一步有助于所述抗污自清洁涂料后处理剂在所述涂料涂层上的附着以及交联固化，避免脱落且有效提高所得疏水有机无机涂层的硬度以及致密度。
本发明制得的抗污自清洁涂料后处理剂配方架构合理，利用配方中各组分之间相互协同作用，并综合考虑了配方各组分用量对产品性能的影响，使其成膜后具有致密度高、硬度高、抗污自清洁性能、抗污染渗透性能以及耐老化性能优良的优点，容易施工，施工过程中无有毒有害物质产生，刺激性气味少，环境友好性高，能够有效提高涂料涂层的硬度、韧性、干燥性、抗污性能以及耐老化性能等。
实施例3
本发明实施例3提供一种抗污自清洁涂料后处理剂的制备方法，其包括以下具体步骤：
1)按照以上所述配方量称取原料，将所述硅氧烷、硅烷偶联剂以及聚硅氧烷低聚物投入至反应釜中，在110-120℃的温度条件、800-1000rpm的转速条件下分散均匀并反应1小时；
2)边分散边向步骤1)所得混合物中加入所述热塑性树脂以及含羟基硅油，在加热条件下分散均匀并充分反应后，加入所述溶剂并使所得混合物的温度降低至5-15℃；
3)向步骤2)所得混合物中加入聚硅氮烷并在800-1000rpm的转速条件下分散30min；
4)将步骤3)所得混合物使用5μm滤袋过滤机过滤并包装得到所述抗污自清洁涂料后处理剂。
本发明实施例所述抗污自清洁涂料后处理剂的制备方法工艺安排合理，操作简单，适用于工业大规模批量生产，且制备过程中无有害物质及刺激性气味产生，环境友好性能良好。
实施例4
分别对经过本发明实施例所述抗污自清洁涂料后处理剂处理的聚氨酯涂料涂层以及未经过处理的聚氨酯涂层进行性能测试，所述性能测试包括有硬度、自清洁性能、抗涂鸦性能以及耐老化性能进行测试，其中自清洁性能的测试为将所述涂层长时间放置于户外，在本实施例中为户外放置3年，观察所述涂层表面的污渍情况；所述抗涂鸦性能的测试为使用油性记号笔在所述涂层上进行涂鸦并判断其是否可擦除；所述耐老化性能的测试为对所述涂层进行长时间户外暴晒，在本实施例中为户外暴晒3年，对所述涂层的保光率以及色差值进行测定；测试结果如下表所示：
Figure BDA0002468398400000061
由以上测试结果可得，本发明实施例所述抗污自清洁涂料后处理剂能够有效提高所述涂料涂层的硬度、自清洁性能、抗涂鸦性能以及耐老化性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种抗污自清洁涂料后处理剂，其特征在于，包括以下按重量份数计的原料：硅氧烷5-10，硅烷偶联剂0.5-2，聚硅氧烷低聚物3-6，溶剂30-50，热塑性树脂5-10，含羟基硅油1-3，聚硅氮烷10-20；所述硅氧烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷的其中一种或者几种；聚硅氧烷低聚物的分子量为500-2000；所述热塑性树脂为羟基质量百分比为0.2％-0.5％的热塑性丙烯酸树脂或者分子量为20000-50000的醋酸丁酸纤维素；所述含羟基硅油的羟基质量百分比2％-5％。
2.根据权利要求1所述的抗污自清洁涂料后处理剂，其特征在于：所述溶剂选自但不限于醋酸正丁酯、正丁醚、二甲苯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的抗污自清洁涂料后处理剂，其特征在于：所述硅氧烷的纯度不低于99.0％；所述溶剂的纯度不低于99.5％。
4.一种抗污自清洁涂料后处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
1)按照权利要求1-3任一所述的配方量称取原料，将所述硅氧烷、所述硅烷偶联剂以及所述聚硅氧烷低聚物投入至反应釜中，在加热条件下分散均匀并反应；
2)边分散边向步骤1)所得混合物中加入所述热塑性树脂以及所述含羟基硅油，在加热条件下分散均匀并充分反应后，加入所述溶剂并使所得混合物降温；
3)向步骤2)所得混合物中加入所述聚硅氮烷并分散均匀；
4)将步骤3)所得混合物过滤并包装得到所述抗污自清洁涂料后处理剂。
5.根据权利要求4所述的抗污自清洁涂料后处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中为在110-120℃的温度条件、800-1000rpm的转速条件下分散均匀并反应1小时。
6.根据权利要求4所述的抗污自清洁涂料后处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中为加入所述溶剂并使所述混合物的温度降低至5-15℃。
7.根据权利要求4所述的抗污自清洁涂料后处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中加入聚硅氮烷后为在800-1000rpm的转速条件下分散30min。
8.根据权利要求4所述的抗污自清洁涂料后处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中为使用5μm滤袋过滤机对所得混合物进行过滤。
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