CN112739666A - 用于控制风化的涂料组合物 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种用于控制多孔建筑材料中的风化的涂料组合物。所述涂料组合物包括丙烯酸聚合物水性乳液和水包油硅基乳液，其中在所述丙烯酸聚合物水性乳液中的所述丙烯酸聚合物的Tg为15℃至60℃。所述水包油硅基乳液包括由选自由以下组成的组的化合物形成的油相：烷氧基硅烷、硅酮树脂、聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷以及其组合，其中所述水包油硅基乳液基的所述油相为所述涂料组合物中的所述丙烯酸聚合物水性乳液提供唯一的聚结剂。本公开另外包括一种用于控制多孔建筑材料中的风化的含水组合物，其中所述含水组合物包括所述涂料组合物和水，所述水足以提供按所述含水组合物的总重量计固体含量为2至25wt％的所述含水组合物。

Description

用于控制风化的涂料组合物
技术领域
本公开总体上涉及涂料组合物，并且更具体地涉及用于控制多孔建筑材料中的风化的涂料组合物。
背景技术
风化为描述盐向多孔建筑材料(如混凝土)表面迁移和沉淀的现象，其中盐形成斑点状、粉末状和/或结晶沉积物。当吸收的水分溶解多孔建筑材料中的盐时发生风化。然后盐迁移到多孔建筑材料的表面。一旦到达表面，水就蒸发，盐以白色涂料的形式留在多孔建筑材料的表面上。
已知可通过减少多孔建筑材料中的水运动来减少风化。通常，这可通过涂布或通过用硅基材料浸渍来完成。硅酮基浸渍提供保护来防止不可见的水渗透并且使多孔建筑材料的表面具有未修改的外观。然而，已经观察到，硅酮基浸渍溶液有时不能有效地防止风化。
因此，需要保护多孔建筑材料，以提供保护以不仅防止可导致冻融损坏、膨胀、翘曲或削弱机械特性(如对于纤维水泥板所观察到的)的水进入，而且防止可观察到的风化，尽管使用硅酮基拒水剂处理表面后有效降低水渗透。
另一种方法为使用基于丙烯酸的保护以尝试减少多孔建筑材料中的水渗透。基于丙烯酸的保护是基于在多孔建筑材料表面处形成膜并且导致一些表面外观修改。即使未在丙烯酸中添加颜料/填料，多孔建筑材料的表面也将具有清晰的视觉光泽。对于一些应用，需要为多孔建筑提供保护，使材料的外观未修改(即具有“自然外观”)并且不具有视觉光泽。
由此，在本领域中需要一种涂料组合物，其用于减少对水的吸收并且同时控制多孔建筑材料中的风化，这不仅有助于保护多孔建筑材料免受风化，而且不改变多孔建筑材料的外观。
发明内容
本公开提供一种涂料组合物，其用于减少对水的吸收并且同时控制多孔建筑材料中的风化，这不仅有助于保护多孔建筑材料免受风化，而且不改变多孔建筑材料的外观。具体地，涂料组合物包括丙烯酸聚合物水性乳液，其中在丙烯酸聚合物水性乳液中的丙烯酸聚合物的Tg为15℃至60℃；和水包油硅基乳液，其中水包油硅基乳液基的油相为涂料组合物中的丙烯酸聚合物水性乳液提供唯一的聚结剂。本公开另外包括用于控制多孔建筑材料中的风化的含水组合物，其中含水组合物包括涂料组合物和水，所述水足以提供按含水组合物的总重量计固体含量为2至25重量百分比(wt％)的含水组合物。
具体地，用于控制多孔建筑材料中的风化的涂料组合物包括按涂料组合物的总重量计25wt％至95wt％的丙烯酸聚合物水性乳液，其中丙烯酸聚合物水性乳液中的丙烯酸聚合物的Tg为15℃至60℃；和按涂料组合物的总重量计75wt％至5wt％的水包油硅基乳液。水包油硅基乳液包括由选自由以下组成的组的化合物形成的油相：烷氧基硅烷、硅酮树脂、聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷以及其组合。水包油硅基乳液基的油相为涂料组合物中的丙烯酸聚合物水性乳液提供唯一的聚结剂。
本公开的涂料组合物可具有各种实施例。举例来说，涂料组合物中的丙烯酸聚合物水性乳液和水包油硅酮基乳液的wt％增加至100wt％。因此，用于控制多孔建筑材料中的风化的涂料组合物可主要由以下组成或可由以下组成：按涂料组合物的总重量计25wt％至95wt％的丙烯酸聚合物水性乳液，其中丙烯酸聚合物的Tg为15℃至60℃；和按涂料组合物的总重量计75wt％至5wt％的水包油硅基乳液，其中水包油硅基乳液包括由选自由以下组成的组的化合物形成的油相：烷氧基硅烷、硅酮树脂、聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷以及其组合，其中水包油硅基乳液基的油相为涂料组合物中的丙烯酸聚合物水性乳液提供唯一的聚结剂。
在额外的实施例中，涂料组合物的丙烯酸聚合物水性乳液包括Tg为25℃至55℃的丙烯酸聚合物。对于各种实施例，丙烯酸聚合物水性乳液可具有按丙烯酸聚合物的干重计至多2重量百分比的酸单体的酸水平。另外，丙烯酸聚合物水性乳液的丙烯酸聚合物可由选自由以下组成的组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸叔丁酯、α-甲基苯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯酸己酯以及其组合。在一个实施例中，丙烯酸聚合物水性乳液的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯。在额外的实施例中，丙烯酸聚合物水性乳液的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸2-乙基己酯。用于形成丙烯酸聚合物水性乳液的丙烯酸聚合物的非离子单体的其它实施例也为可以的。
对于各种实施例，水包油硅基乳液的油相可由烷氧基硅烷形成，其中烷氧基硅烷选自由Si(OR)4、R1Si(OR)3、(R1)2Si(OR)2以及其组合组成的组，其中每个R1独立地选自具有1至20个碳原子的烷基、具有1至20个碳原子的经取代的烷基、具有6至20个碳原子的芳基或具有6至20个碳原子的经取代的芳基，并且其中每个R独立地选自具有1至6个碳原子的烷基。在更具体的实施例中，烷氧基硅烷为R1Si(OR)3。在一个实施例中，R1具有8个碳原子并且R具有2个碳原子以提供三乙氧基(辛基)硅烷。
对于各种实施例，水包油硅基乳液的油相可由硅酮树脂形成，其中硅酮树脂由选自由Si(OR)4、R1Si(OR)3、(R1)2Si(OR)2以及其组合组成的组的化合物的任何组合的水解-缩合反应形成，其中每个R1独立地选自由以下组成的组：具有1至20个碳原子的烷基、具有1至20个碳原子的经取代的烷基、具有6至20个碳原子的芳基或具有6至20个碳原子的经取代的芳基，并且每个R独立地为具有1至6个碳原子的烷基。
对于各种实施例，水包油硅基乳液的油相可由聚甲基氢硅氧烷形成，其中聚甲基氢硅氧烷选自具有下式的化合物：R4(R5)2Si—(O—SiR5H)a—(O—SiR5R6)b—Si(R5)2R4(I)；或(OSiR(R5)H)c(OSiR5R6)d(II)其中；R4为氢或具有1至4个碳原子的烷基；R5为具有1至4个碳原子的烷基；R6为具有1至18个碳原子的烷基；a为0至35的整数；b为0至32的整数；和c和d各自独立地为1至10的整数。
对于各种实施例，水包油硅基乳液的油相可由有机硅氧烷形成，其中有机硅氧烷选自具有下式的化合物；(R7)3Si—(O—Si(R7)2)a—(O—SiR7R8)b—SiR7 3(I)；或HO(R7)2Si—(O—Si(R7)2)a—(O—SiR7R8)b—Si(R7)2OH(II)其中；R7为具有1至4个碳原子的烷基；R8为具有1至18个碳原子的烷基；a为0至35的整数；b为0至32的整数；和c和d各自独立地为1至10的整数。
本公开的实施例还包括用于控制多孔建筑材料中的风化的含水组合物。根据本公开，含水组合物包括如本文所述的涂料组合物和水，所述水的量足以提供按含水组合物的总重量计固体含量为2至25wt％的含水组合物。对于各种实施例，含水组合物的涂料组合物和水增加至按含水组合物的总重量计的100wt％。
本公开的含水组合物可与多孔建筑材料一起使用。举例来说，本公开的含水组合物可用于至少部分涂布多孔建筑材料。多孔建筑材料的实例可包括无机多孔建筑材料，其中无机多孔建筑材料可为水泥基多孔建筑材料。
具体实施方式
本公开提供一种涂料组合物，其用于减少对水的吸收并且同时控制多孔建筑材料中的风化，这不仅有助于保护多孔建筑材料免受风化，而且不改变多孔建筑材料的外观。具体地，涂料组合物包括丙烯酸聚合物水性乳液，其中在丙烯酸聚合物水性乳液中的丙烯酸聚合物的Tg为15℃至60℃；和水包油硅基乳液，其中水包油硅基乳液的油相为涂料组合物中的丙烯酸聚合物水性乳液提供唯一的聚结剂。本公开另外包括用于控制多孔建筑材料中的风化的含水组合物，其中含水组合物包括涂料组合物和水，所述水足以提供按含水组合物的总重量计固体含量为2至25wt％的含水组合物。
当涂料组合物的成分被描述为以重量百分比的形式存在时，应理解为意味着涂料组合物的重量为100％，并且所有成分(包括任何任选的添加剂)的总和将为100重量百分比。举例来说，具有按涂料组合物的总重量计25wt％至95wt％的丙烯酸聚合物水性乳液，和按涂料组合物的总重量计75wt％至5wt％的水包油硅基乳液的涂料组合物被理解为涵盖其中丙烯酸聚合物水性乳液和水包油硅基乳液的量总计将为100重量百分比，或丙烯酸聚合物水性乳液、水包油硅基乳液和任选的一种或多种添加剂的量的总和将为100重量百分比的涂料组合物。因此，当丙烯酸聚合物水性乳液为90重量百分比时，例如水包油硅基乳液可为大于5并且至多10重量百分比的任何量。在当水包油硅基乳液小于10重量百分比时的情况下，任选添加剂以足以总计为100重量百分比的量存在于涂料组合物中。另外，本公开的丙烯酸聚合物水性乳液和水包油硅基乳液两者为包含分散相和非分散(连续)相的水基连续乳液，其中分散相为丙烯酸聚合物或硅基化合物并且非分散相为水或水溶液或混合物。
除了水包油硅基乳液之外，本公开的涂料组合物不包括另一种聚结剂。如本领域中典型的，聚结剂用于辅助在成膜组合物中形成膜。聚结剂尤其通过降低分散在组合物中的一种或多种聚合物的最低成膜温度(MFFT)来辅助成膜。降低一种或多种聚合物的MFFT有助于它们更好地聚结，其中聚结剂充当一种或多种聚合物的临时增塑剂。因此，聚结剂有助于在低于组合物中存在的一种或多种聚合物的MFFT的温度下成膜。
令人惊讶地，如在本公开中提供的水包油硅基乳液的使用尚未被认识到，也未在用于控制多孔建筑材料中的风化的涂料组合物中被用作聚结剂。另外，如在本公开中提供的水包油硅基乳液的使用展示低挥发性并且不包括挥发性有机化合物(VOC)，这两个特征均对环境为高度有益的。由此，除了如在本公开中提供的水包油硅基乳液以外，本公开的涂料组合物不包括任何额外的一种或多种聚结剂，因为它们是不需要的。
对于本公开，水包油硅基乳液包括由选自由以下组成的组的化合物形成的油相：烷氧基硅烷、硅酮树脂、聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷以及其组合，其中水包油硅基乳液的油相为涂料组合物中的丙烯酸聚合物水性乳液提供唯一的聚结剂。如本文所用，水包油硅基乳液指代具有油相分散在其中的水基连续相的乳液。如本文所讨论，油相由本文所提供的硅基化合物形成，并且非分散相为水或水溶液或混合物。
对于各种实施例，烷氧基硅烷选自由Si(OR)4、R1Si(OR)3、(R1)2Si(OR)2以及其组合组成的组，其中每个R1独立地选自具有1至20个碳原子的烷基、具有1至20个碳原子的经取代的烷基、具有6至20个碳原子的芳基或具有6至20个碳原子的经取代的芳基，并且其中每个R独立地选自具有1至6个碳原子的烷基。在更具体的实施例中，烷氧基硅烷为R1Si(OR)3。在一个实施例中，R1具有8个碳原子并且R具有2个碳原子以提供三乙氧基(辛基)硅烷。可用于本公开中的水包油硅基乳液的商业烷氧基硅烷的代表性的非限制性实例包括以商品名DOWSILTM OFS 6341和DOWSILTM OFS 6403出售的那些。
除非另外指示，否则如关于另一基团(例如，烷基)所使用的术语“取代的”意指，烷基中的一个或多个氢原子已被另一个取代基代替。这类取代基的实例包括具有1至6个碳原子的烷基、卤素原子，如氯、氟、溴和碘；含有卤素原子的基团，如氯甲基、全氟丁基、三氟乙基和九氟己基；氧原子；含有氧原子的基团，如(甲基)丙烯酸和羧基；氮原子；含有氮原子的基团，如胺、氨基-官能团、酰胺基-官能团和氰基-官能团；硫原子；以及含有硫原子的基团，如巯基。
对于各种实施例，硅酮树脂由选自由Si(OR)4、R1Si(OR)3、(R1)2Si(OR)2以及其组合组成的组的化合物的任何组合的水解-缩合反应形成，其中每个R1独立地选自由以下组成的组：具有1至20个碳原子的烷基、具有1至20个碳原子的经取代的烷基、具有6至20个碳原子的芳基或具有6至20个碳原子的经取代的芳基，并且每个R独立地为具有1至6个碳原子的烷基。
硅酮树脂还可含有反应性基团，如硅烷醇基(羟基键合至硅原子)或烷氧基(OR基团键合至硅原子)。存在于硅酮树脂上的硅烷醇基的量可在0.1至35摩尔％的硅烷醇基[≡SiOH]SiOR基团，可替代地2至30摩尔％的烷氧基，可替代地5至20摩尔％的烷氧基之间变化。烷氧基可存在于硅酮树脂内的任何甲硅烷氧基单元上。各种甲硅烷氧基单元的摩尔分数和烷氧基含量可通过29Si NMR技术容易地确定。
硅酮树脂的分子量没有限制。硅酮树脂可具有至少1,000克/摩尔的Mn(数均分子量)，可替代地至少2,000克/摩尔的Mn，或可替代地至少5,000克/摩尔的Mn。数均分子量可使用凝胶渗透色谱法(GPC)技术容易地确定。
可用于本公开中的水包油硅基乳液的商业生产的水解-缩合反应的代表性的非限制性实例包括以商品名DOWSILTM MR 2404树脂、DOWSILTM 3037树脂、DOWSILTM 3074树脂、DOWSILTM 2403树脂和DOWSILTM 2405树脂出售的那些。
对于各种实施例，聚甲基氢硅氧烷选自具有下式的化合物：R4(R5)2Si—(O—SiR5H)a—(O—SiR5R6)b—Si(R5)2R4(I)；或(OSiR(R5)H)c(OSiR5R6)d(II)其中；R4为氢或具有1至4个碳原子的烷基；R5为具有1至4个碳原子的烷基；R6为具有1至18个碳原子的烷基；a为0至35的整数；b为0至32的整数；和c和d各自独立地为1至10的整数。
对于各种实施例，有机硅氧烷选自具有下式的化合物；(R7)3Si—(O—Si(R7)2)a—(O—SiR7R8)b—SiR7 3(I)；或HO(R7)2Si—(O—Si(R7)2)a—(O—SiR7R8)b—Si(R7)2OH(II)其中；R7为具有1至4个碳原子的烷基；R8为具有1至18个碳原子的烷基；a为0至35的整数；b为0至32的整数；和c和d各自独立地为1至10的整数。可用于本公开中的水包油硅基乳液的商业聚甲基氢硅氧烷的代表性的非限制性实例包括以商品名DOWSILTM 6-3570聚合物和Xiameter OFX-5625流体出售的那些。
如本文所见，本公开的水包油硅基乳液更一般地由硅烷基乳液、硅酮基乳液或硅烷基乳液和硅酮基乳液两者的混合物形成。如上文所见，用于硅烷基乳液的油相的硅烷的实例可包括烷氧基硅烷，而硅酮基乳液的实例可包括本文提供的硅酮树脂、聚二甲基硅氧烷和/或聚甲基氢硅氧烷。如所指出的，本公开的涂料组合物可包括用于本公开的水包油硅基乳液的油相的这些化合物中的两种或更多种的组合。对于各种实施例，水包油硅基乳液的油相中的硅烷基化合物与硅酮基化合物的比率可在0:1至1:0(硅烷:硅酮)的范围内。此范围内的比率也为可以的，并且包括0:1、0.01:0.99、0.05:0.95、0.1:0.9、0.2:0.8、0.3:0.7、0.4:0.6、0.5:0.5、0.6:0.4、0.7:0.3、0.8:0.2、0.9:0.1、0.95:0.05、0.99:0.01和1:0。
形成本公开的水包油硅基乳液可包括通过组合如本文所提供的期望比率的一种或多种硅烷基化合物与一种或多种硅酮基化合物来形成混合物并且与水或水基溶液混合并且均质化以形成本公开的水包油硅基乳液。如本文所用，水可包括去离子水，而水基溶液可包括水和一种或多种亲水添加剂。这类亲水添加剂包括但不限于低分子量醇如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇等。泡沫控制剂和/或pH控制剂中的一种或多种可根据需要与水包油硅基乳液包括在一起。
混合以便形成水包油硅基乳液可通过已知的方法实现并且可以间歇、半连续或连续过程的形式发生。形成本公开的水包油硅基乳液可包括每100份一种或多种硅烷基化合物和/或一种或多种硅酮基化合物添加30至900份的水或水基溶液。这允许水包油硅基乳液的油相含量(例如，“固体”含量)为11体积％至79体积％。油相含量的平均体积粒度可为0.3至10μm。本公开的水包油硅基乳液的粘度可为5厘泊至500厘泊，如使用布洛克菲尔德粘度计(Brookfield viscometer)所测量；适用于不同施加方法的粘度变化显著。
组合和混合水包油硅基乳液的各组分的过程可在单步或多步过程中发生。因此，各组分可全部组合，并且随后经由本文所述的技术中的任一种混合。可替代地，可首先将各组分的一个或多个部分组合、混合，并且然后组合额外数量的组分并且另外混合。本领域的技术人员将能够选择用于梳理和混合的组分的最佳部分，这取决于形成水包油硅基乳液时所使用的数量和所利用的特定混合技术的选择。
本公开的涂料组合物还包括按涂料组合物的总重量计25wt％至95wt％的丙烯酸聚合物水性乳液。如本文所用，丙烯酸聚合物水性乳液指代基于水的乳液，其中丙烯酸聚合物水性乳液的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸叔丁酯、α-甲基苯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯酸己酯以及其组合。使用术语“(甲基)”后接如甲基丙烯酸酯的另一术语指代丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯两者。优选地，丙烯酸聚合物水性乳液的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯。优选地，丙烯酸聚合物水性乳液的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸2-乙基己酯。
丙烯酸聚合物基本上未交联，即丙烯酸聚合物包括按聚合物的重量计小于1重量％，优选地小于0.2重量％，并且更优选地0％的共聚多烯系不饱和单体。多烯系不饱和单体包括例如(甲基)丙烯酸烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,2-乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯和二乙烯基苯。
丙烯酸聚合物水性乳液具有按丙烯酸聚合物的干重计至多2重量百分比的酸单体的酸水平。酸单体包括羧酸单体，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、衣康酸、反丁烯二酸、顺丁烯二酸、衣康酸单甲酯、反丁烯二酸单甲酯、反丁烯二酸单丁酯和顺丁烯二酸酐；以及含硫和磷的酸单体。优选的酸单体为羧酸单体。更优选的单体为(甲基)丙烯酸。酸水平可通过确定丙烯酸聚合物中每克酸的毫克当量数并且乘以氢氧化钾的分子量来计算。
对于各种实施例，丙烯酸聚合物的玻璃化转变温度(“Tg”)可为15℃至60℃。在额外的实施例中，丙烯酸聚合物水性乳液中的丙烯酸聚合物的Tg为25℃至55℃。丙烯酸聚合物的Tg可通过使用福克斯(Fox)方程式(T.G.Fox,《美国物理学会公报(Bull.Am.PhysicsSoc.)》,第1卷,第3期,第123页(1956))来计算，其中计算单体M1和M2的共聚物的Tg使用以下方程式来确定，
1/Tg(计算)＝w(M1)/Tg(M1)+w(M2)/Tg(M2)
其中Tg(计算)为针对共聚物计算的玻璃化转变温度；w(M1)为单体M1在共聚物中的重量分数；w(M2)为单体M2在共聚物中的重量分数；Tg(M1)为M1的均聚物的玻璃化转变温度；Tg(M2)为M2的均聚物的玻璃化转变温度，所有温度均以开尔文为单位。均聚物的玻璃化转变温度可例如见于“《聚合物手册(Polymer Handbook)》”,由J.Brandrup和E.H.Immergut编辑,国际科学出版社(Interscience Publishers)。本文中在计算Tg时排除共聚接枝联接单体的贡献。计算的Tg由丙烯酸聚合物颗粒的总整体组成计算。
用于制备丙烯酸聚合物水性乳液的丙烯酸聚合物的聚合技术包括本领域众所周知的乳液聚合(例如，美国专利号4,325,856；4,654,397；和4,814,373中公开的实例)。可使用常规表面活性剂，例如阴离子型和/或非离子型乳化剂，例如碱金属或铵烷基硫酸盐、烷基磺酸、脂肪酸以及乙氧基化烷基酚。按总单体的重量计，所用表面活性剂的量可为0.1重量％至6重量％。可使用热引发过程或氧化还原引发过程。可使用按总单体的重量计典型地呈0.01重量％至3.0重量％的水平的常规自由基引发剂，例如过氧化氢、叔丁基过氧化氢、叔戊基过氧化氢、铵和/或碱金属过硫酸盐。使用与适合的还原剂(例如甲醛次硫酸钠、亚硫酸氢钠、异抗坏血酸、羟胺硫酸盐以及亚硫酸氢钠)偶合的相同引发剂的氧化还原系统可以按类似的水平使用，任选地与例如铁和铜的金属离子组合，任选地另外包括金属络合剂。针对某一阶段的单体混合物可以纯净地或以在水中的乳液的形式添加。针对某一阶段的单体混合物可使用均匀的或不同的组合物按单次添加或多次添加的方式或经分配给所述阶段的反应时段连续地添加；优选的是以单次添加的形式添加一种或多种聚合物单体的乳液。可在任一阶段之前、期间或之后添加额外成分，例如自由基引发剂、氧化剂、还原剂、链转移剂、中和剂、表面活性剂以及分散剂。
丙烯酸聚合物颗粒的平均颗粒直径可为40至400纳米(使用BrookhavenInstruments粒度分析仪测量)。本公开的丙烯酸聚合物水性乳液的固体含量按丙烯酸聚合物水性乳液的总重量计可为30重量％至70重量％。本公开的丙烯酸聚合物水性乳液的粘度可为10厘泊至5000厘泊，如使用布洛克菲尔德粘度计所测量；适用于不同施加方法的粘度变化显著。本公开的丙烯酸聚合物水性乳液的pH如在23℃下所测量可为3至11。
涂料组合物可通过涂料领域中众所周知的技术来制备。丙烯酸聚合物水性乳液和水包油硅基乳液可根据需要在低剪切搅拌下与其它涂料助剂一起添加。除了丙烯酸聚合物水性乳液和水包油硅基乳液外，涂料组合物可含有无机填料(如石英)、当存在水时的杀菌剂、未处理和处理的二氧化硅、金属氢氧化物微粉(如氢氧化铝微粉、氢氧化钙微粉和氢氧化镁微粉)、双酰胺、片状填料(如云母)、二甲基聚硅氧烷、环氧-官能二有机聚硅氧烷和氨基官能二有机聚硅氧烷，以及颜料、固化剂、缓冲剂、腐蚀抑制剂、中和剂、保湿剂、湿润剂、消泡剂、UV吸收剂、荧光增白剂、光或热稳定剂、杀生物剂、分散剂、着色剂、着色剂分散体、蜡、防水剂、颜料、增量剂、抗氧化剂和染料可添加到涂料组合物中。也可包括在涂料组合物中的额外组分可为防腐剂、冷冻/融化添加剂和各种增稠剂。
本公开还提供用于控制多孔建筑材料中的风化的含水组合物。含水组合物包括如本文所述的涂料组合物和水，所述水的量足以提供按含水组合物的总重量计固体含量为2至25wt％的含水组合物。因此，对于本公开而言，如本文描述的涂料组合物可被认为是含水组合物的浓缩形式，其中涂料组合物用水或含水组合物稀释以获得含水组合物。与涂料组合物一样，本公开的实施例包括其中含水组合物的涂料组合物和水增加至按含水组合物的总重量计的100wt％。
混合以便形成按含水组合物的总重量计固体含量为2至25wt％的含水组合物可通过已知的方法实现并且可以间歇、半连续或连续过程的形式发生。形成本公开的含水组合物可包括水或如本文所提供的涂料组合物的含水组合物，以获得按含水组合物的总重量计2至25wt％的固体含量。如所理解的，获得含水组合物的固体含量将取决于丙烯酸聚合物水性乳液和水包油硅基乳液中的每一种的固体含量。
组合和混合丙烯酸聚合物水性乳液和水包油硅基乳液的过程可在单步或多步过程中发生。因此，各组分可全部组合，并且随后经由本文所述的技术中的任一种混合。可替代地，可首先将各组分的一个或多个部分组合、混合，并且然后组合额外数量的组分并且另外混合。本领域的技术人员将能够选择用于梳理和混合的组分的最佳部分，这取决于形成含水组合物时所使用的数量和所利用的特定混合技术的选择。
如本文所讨论，含水组合物的实施例可用于控制多孔建筑材料中的风化。本公开的含水组合物可与多孔建筑材料一起使用。举例来说，本公开的含水组合物可用于至少部分涂布多孔建筑材料。多孔建筑材料的实例可包括无机多孔建筑材料，其中无机多孔建筑材料可为水泥基多孔建筑材料。
在提供本公开的涂料时，将本公开的含水组合物施加到多孔建筑材料，并且干燥或使其干燥。典型地将含水组合物施加到多孔建筑材料，例如木材和/或无机多孔基材，如用水泥或石膏制造的那些。这类无机多孔基材的实例包括混凝土、灰泥、干墙和砂浆，其为新的并且为未经先前喷漆或处理、先前印刷、喷漆或底涂的表面或风化的表面。本公开的含水组合物可使用常规涂料施加方法施加到多孔建筑材料，所述方法例如为油漆刷、油漆滚筒、凹版印刷辊、帘幕涂布机以及喷雾法，例如空气雾化喷雾、空气辅助喷雾、无空气喷雾、高体积低压喷雾以及空气辅助无空气喷雾。含水组合物的干燥可在环境条件下，例如在5℃至35℃下进行，或涂料可在高温，例如35℃至100℃下干燥。
以下实例用于说明本公开。
实例
在实例中，使用材料的各种术语和名称，所述术语和名称包括例如以下：
表1材料清单
Figure BDA0002972430300000131
实例中使用的高密度扁平纤维水泥(FC)板使用Hatscheck过程制备，并且进行空气固化。FC板的厚度为0.8cm。FC板在室温(23℃)下于40至50％的相对湿度下存储。在室温(23℃)下于40至50％的相对湿度下执行以下涂料测试。
对于以下涂料测试中的每一个，用含水组合物浸渍FC板，其中含水组合物由下表2和4中提供的涂料组合物形成。为了制备每个实例和比较实例的含水组合物，用去离子水稀释表2和4中所见的涂料组合物的水包油硅基乳液和丙烯酸聚合物水性乳液中的每一种以得到含水组合物，其中含水组合物的固体含量按含水组合物的总重量计为15重量百分比(wt％)。在室温下，使用带有叶片的顶置式搅拌器将涂料组合物在200RPM的旋转速度下混合大约5分钟。
将由每个实例和比较实例形成的含水组合物施加到FC板上以得到150g/m2的覆盖量。将用由每个实例和比较实例形成的含水组合物处理的FC板中的每一个干燥7天。在7天后，目视检查FC板中的每一个。对于表1中所见的实例和比较实例，用由含有大于50重量％的丙烯酸乳液的涂料组合物形成的含水组合物处理FC板(例如，实例3、实例4和比较实例C)在FC板上产生光泽外观。用由含有0至50重量％的丙烯酸乳液的涂料组合物形成的含水组合物处理FC板保持其原始的无光泽外观(例如，实例1和实例2)。
表2-涂料组合物-实例(Ex)1-4和比较实例(CE)A-C
Figure BDA0002972430300000141
水吸收测试
使用Cobb测试(ISO 535-2714的修改版本)评估用由实例1-4和比较实例A-C中的每一个形成的含水组合物处理的FC板中的每一个的水吸收值。在与水的不同接触时间进入FC板的水吸收以kg/m2为单位表示。目视评估用由实例1-4和比较实例A-C中的每一个形成的含水组合物处理的FC板中的每一个的光泽和风化。结果提供于表3中。
抗风化测试
如下评估用由实例1-4和比较实例A-D中的每一个形成的含水组合物处理的FC板中的每一个的抗风化性。将参考或处理的FC板暴露于水确实可潜在地导致水渗透到板中，随后板基质中存在的氢氧化钙溶解并且将其迁移到板表面。另外，在FC板的顶表面处施加低温可驱动氢氧化钙或碳酸钙(在氢氧化钙与溶解在水中的二氧化碳反应时原位形成)沉淀，从而导致加速风化过程。在本研究中使用两种测试方法-强制冷凝法和强制沉淀
强制冷凝法
将FC板放置在温度为-18℃的冷藏冷包的顶部以形成组件。将组件放置在其中相对湿度设置为>80％的气候室中。冷表面导致冷水在FC板的表面处被强制冷凝。每天更换冷包。FC板在气候室中放置一周(7天)。干燥FC板后，目视评估风化。
强制沉淀
将FC板水平放置在实验室工作台上。在FC板的上表面上施加冷水(0.5℃，从冰融化或存储在冰箱中)。在上表面上水的低温迫使氢氧化钙溶液(由于水合条件而从FC板内部迁移到FC板表面)或碳酸钙(在氢氧化钙与溶解在水中的二氧化碳反应后原位形成)沉淀。在完全蒸发施加到FC板表面的冷水后，隔夜目测评估风化。
在将施加在板表面处的水干燥后，评估FC板的外观。结果提供于表3中。
表3-来自Cobb测试的水吸收结果和根据强制沉淀测试的风化。
Figure BDA0002972430300000151
风化：+++：在整个表面上表面明显为白色；++：在所有表面上明显白色标记；+：表面带有一些白色标记。0：没有白色标记的迹象)
表3中所见的数据示出通过用纯硅烷/硅氧烷配制物(比较实例A)或由本公开的涂料组合物形成的含水组合物(实例1-3)处理FC板，对水的吸收显著降低，其条件是丙烯酸聚合物含量按涂料组合物的总重量计不大于75重量％(例如，实例4)。表3还展示由于缺乏上述抗风化性测试，导致FC板表面发生一些白化。用未处理的FC板(比较实例D)和用由丙烯酸聚合物水性乳液含量按涂料组合物的总重量计小于25％重量百分比的涂料组合物形成的含水组合物处理的FC板(比较实例B)观察到FC板表面的白化。表3中的数据表明，由于用由按涂料组合物的总重量计丙烯酸聚合物水性乳液为至少25wt％的涂料组合物形成的含水组合物(实例1-4)进行处理，获得对FC板的更好保护，以防止水进入和产生的风化。
表4提供涂料组合物的额外实例(实例6)和比较实例(比较实例E-比较实例H)。通过在室温下使用顶置式搅拌器以200RPM的旋转速度混合各组分大约10分钟，根据表4中提供的比率(按涂料组合物的总重量计的比率)制备实例6和比较实例D至比较实例G中的每一个的涂料组合物。比较实例E至比较实例H中的每一个另外包括8wt％(按丙烯酸聚合物水性乳液中聚合物含量的总重量计)的聚结剂。使用去离子水以使用表4中所见的实例6和比较实例E-H中的每一个的涂料组合物制备固体含量为10％的含水组合物。
表4–涂料组合物–实例6和比较实例(CE)E–H
Figure BDA0002972430300000161
对于以下涂料测试中的每一个，用由每个实例6和比较实例E至比较实例H的涂料组合物制备的含水组合物浸渍FC板。将含水组合物施加到FC板以得到110g/m2的覆盖量。将用由实例6和比较实例E至比较实例H形成的含水组合物处理的FC板中的每一个干燥7天。在7天后，目视检查FC板中的每一个。经使用实例6和比较实例D至比较实例G形成的含水组合物处理的每个FC板均保持其原始的无光泽外观。
抗风化测试
如下评估经使用实例6和比较实例E至比较实例H形成的含水组合物中的每一个处理的FC板中的每一个的抗风化性。通过使处理的FC板经受UV暴露，评估经使用实例6和比较实例E至比较实例H的涂料组合物形成的含水组合物处理的FC板的防止风化的长期耐久性。用本文所述的含水组合物处理的FC板在带有ULTRA-VITALUX高压UV灯(300W，OSRAM)的干燥密闭盒中照射10周。暴露于UV光10周后，然后根据强制沉淀风化测试对它们进行测试以评估抗风化性。结果提供于表5中。
表5–在UV暴露10周后的风化测试
纤维水泥板在UV暴露10周后和风化测试(冰块测试)的外观。 风化
比较实例E +++
比较实例F ++
比较实例G +
比较实例H +
实例6 0
风化：+++：在整个表面上表面明显为白色；++：在所有表面上明显白色标记；+：表面带有一些白色标记。0：没有白色标记的迹象)
从表5所见，用由实例6形成的含水组合物处理FC板即使在经历强制沉淀风化测试之前暴露于UV光10周之后，也示出优异的抗风化性。即使在UV暴露14周之后，当通过强制沉淀测试进行测试时，用由实例6形成的含水组合物处理的FC板仍没有示出风化的迹象。如用由比较实例E至比较实例H形成的含水组合物处理的FC板所见，具有含有聚结剂的含水组合物的FC板示出明显的风化迹象。与此相反，实例6示出用仅含有丙烯酸聚合物水性乳液的含水组合物处理的FC板，其中丙烯酸聚合物的Tg大于15℃，并且没有额外聚结剂的本公开的水包油硅基乳液没有示出风化迹象。

Claims (18)

1.一种用于控制多孔建筑材料中的风化的涂料组合物，其包含：
按所述涂料组合物的总重量计25重量百分比(wt％)至95wt％的丙烯酸聚合物水性乳液，其中所述丙烯酸聚合物的Tg为15℃至60℃；和
按所述涂料组合物的总重量计75wt％至5wt％的水包油硅基乳液，其中所述水包油硅基乳液包括由选自由以下组成的组的化合物形成的油相：烷氧基硅烷、硅酮树脂、聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷以及其组合，其中所述水包油硅基乳液基的所述油相为所述涂料组合物中的所述丙烯酸聚合物水性乳液提供唯一的聚结剂。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述涂料组合物中的所述丙烯酸聚合物水性乳液和所述水包油硅酮基乳液的所述wt％增加至100wt％。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中在所述丙烯酸聚合物水性乳液中的所述丙烯酸聚合物的Tg为25℃至55℃。
4.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述烷氧基硅烷选自由Si(OR)4、R1Si(OR)3、(R1)2Si(OR)2以及其组合组成的组，其中每个R1独立地选自具有1至20个碳原子的烷基、具有1至20个碳原子的经取代的烷基、具有6至20个碳原子的芳基或具有6至20个碳原子的经取代的芳基，并且其中每个R独立地选自具有1至6个碳原子的烷基。
5.根据权利要求4所述的涂料组合物，其中所述烷氧基硅烷为R1Si(OR)3。
6.根据权利要求5所述的涂料组合物，其中R1具有8个碳原子并且R具有2个碳原子以提供三乙氧基(辛基)硅烷。
7.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述硅酮树脂由选自由Si(OR)4、R1Si(OR)3、(R1)2Si(OR)2以及其组合组成的组的化合物的任何组合的水解-缩合反应形成，其中每个R1独立地选自由以下组成的组：具有1至20个碳原子的烷基、具有1至20个碳原子的经取代的烷基、具有6至20个碳原子的芳基或具有6至20个碳原子的经取代的芳基，并且每个R独立地为具有1至6个碳原子的烷基。
8.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述聚甲基氢硅氧烷选自具有下式的化合物：
R4(R5)2Si—(O—SiR5H)a—(O—SiR5R6)b—Si(R5)2R4 (I)；
或
(OSiR(R5)H)c(OSiR5R6)d (II)
其中；
R4为氢或具有1至4个碳原子的烷基；
R5为具有1至4个碳原子的烷基；
R6为具有1至18个碳原子的烷基；
a为0至35的整数；
b为0至32的整数；和
c和d各自独立地为1至10的整数。
9.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述有机硅氧烷选自具有下式的化合物；
(R7)3Si—(O—Si(R7)2)a—(O—SiR7R8)b—SiR7 3 (I)；
或
HO(R7)2Si—(O—Si(R7)2)a—(O—SiR7R8)b—Si(R7)2OH (II)
其中；
R7为具有1至4个碳原子的烷基；
R8为具有1至18个碳原子的烷基；
a为0至35的整数；
b为0至32的整数；和
c和d各自独立地为1至10的整数。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的涂料组合物，其中所述丙烯酸聚合物水性乳液具有按所述丙烯酸聚合物的干重计至多2重量百分比的酸单体的酸水平。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的涂料组合物，其中所述丙烯酸聚合物水性乳液的所述丙烯酸聚合物由选自由以下组成的组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸叔丁酯、α-甲基苯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯酸己酯以及其组合。
12.根据权利要求11所述的涂料组合物，其中所述丙烯酸聚合物水性乳液的所述丙烯酸聚合物由选自由以下组成的组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯。
13.根据权利要求11所述的涂料组合物，其中所述丙烯酸聚合物水性乳液的所述丙烯酸聚合物由选自由以下组成的组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸2-乙基己酯。
14.一种用于控制多孔建筑材料中的风化的含水组合物，其包含：
根据权利要求1至13中任一项所述的涂料组合物；和
水，所述水的量足以提供按所述含水组合物的总重量计固体含量为2至25wt％的所述含水组合物。
15.根据权利要求14所述的含水组合物，其中所述含水组合物的所述涂料组合物和所述水增加至按所述含水组合物的总重量计的100wt％。
16.一种多孔建筑材料，其至少部分涂布有根据权利要求14或15中任一项所述的含水组合物。
17.根据权利要求16所述的多孔建筑材料，其中所述多孔建筑材料为无机多孔建筑材料。
18.根据权利要求17所述的多孔建筑材料，其中所述无机多孔建筑材料为水泥基多孔建筑材料。
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