CN112771012A - 多孔建筑材料的涂料组合物 - Google Patents

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Abstract

本公开提供水性涂料组合物以涂布多孔建筑材料并且在上面形成膜，以帮助控制所述多孔建筑材料中的风化。所述水性涂料组合物包括粘合剂，其具有：在丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物，其中所述丙烯酸聚合物具有1℃到60℃的玻璃转变温度(Tg)；以及在水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂。所述水性涂料组合物任选地进一步包括选自由以下组成的群组的添加剂：颜料、填充剂和其组合。在一个实施例中，所述烷氧基硅烷聚结剂为所述水性涂料组合物中的所述丙烯酸聚合物水性分散体提供唯一聚结剂。

Description

多孔建筑材料的涂料组合物
技术领域
本公开大体上涉及涂料组合物，并且更具体地涉及与多孔建筑材料一起使用的涂料组合物。
背景技术
需要保护类似于基于水泥的建筑材料的多孔建筑材料以防水渗透，以防止类似于钢筋条腐蚀、风化和由于冻融循环而造成的结构损坏的问题。风化是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，这可以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，不仅提供防止水进入的保护，水进入可导致冻融损坏、膨胀、腐蚀、变形或削弱机械特性(如对于纤维水泥板所观察到的)，而且防止可观察到的风化，尽管使用基于有机硅的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，需要为多孔建筑材料提供保护，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。
许多基于丙烯酸的保护组合物还需要使用聚结剂来辅助成膜。聚结剂通常由基于醇、酯、酮和二醇醚的溶剂组成。然而，由于环境问题，存在减少有机溶剂作为涂料组合物中的聚结剂使用的倾向。
因此，所属领域中需要开发与基于丙烯酸的保护组合物一起使用的新型聚结剂，所述新型聚结剂提供所需特性，如辅助丙烯酸乳胶成膜、相容性和向形成于多孔建筑材料，如纤维水泥屋顶/墙和混凝土屋顶瓦片上的膜提供拒水性特性。
发明内容
本公开提供水性涂料组合物以涂布多孔建筑材料并且随后在上面形成膜，其中膜帮助控制多孔建筑材料中的风化。本公开的水性涂料组合物提供与基于丙烯酸的保护组合物一起使用的新型聚结剂，所述新型聚结剂提供所需特性，如辅助丙烯酸乳胶成膜、相容性和向形成于多孔建筑材料，如纤维水泥屋顶/墙和混凝土屋顶瓦片上的膜提供拒水性特性。
如本文所提供，本公开的水性涂料组合物包括水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂和丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物的混合物，在形成为膜时，所述混合物协同地工作，以提供相较于使用如乙二醇单丁醚的标准聚结剂，对多孔建筑材料防止水渗透的更好保护。尽管不希望受理论所束缚，但认为水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂在丙烯酸聚合物成膜过程期间充当聚结剂，以有效地降低最低成膜温度，并且在室温下用类似于标准聚结剂乙二醇单丁基醚的机制辅助丙烯酸聚合物在丙烯酸聚合物水性分散体中的成膜。
对于各种实施例，水性涂料组合物包括粘合剂，其具有：在丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物，其中所述丙烯酸聚合物具有1℃到60℃的玻璃转变温度(Tg)；以及在水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂。所述水性涂料组合物任选地进一步包括选自由以下组成的群组的添加剂：颜料、填充剂和其组合。对于本公开，烷氧基硅烷聚结剂有可能为水性涂料组合物中的丙烯酸聚合物水性分散体提供唯一聚结剂。
对于各种实施例，本公开的水性涂料组合物包括3.5到100重量百分比(重量％)的粘合剂和96.5到0重量％的选自由以下组成的群组的添加剂：颜料、填充剂和其组合。粘合剂和添加剂的重量％是以水性涂料组合物的总干重计。以粘合剂的总干重计，粘合剂包含以干重计85重量％到97重量％的丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物，其中所述丙烯酸聚合物具有1℃到60℃的玻璃转变温度(Tg)；以及15重量％到3重量％的水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂。对于各种实施例，烷氧基硅烷聚结剂有可能为水性涂料组合物中的丙烯酸聚合物水性分散体提供唯一聚结剂。优选地，丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物的Tg为25℃至55℃。在一个特定实施例中，100重量％的粘合剂形成水性涂料组合物，重量％以水性涂料组合物的总干重计。
以丙烯酸聚合物的干重计，用于各种实施例的丙烯酸聚合物水性分散体还可具有至多2重量％的酸单体的酸含量。对于各种实施例，丙烯酸聚合物水性分散体的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的群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。更具体地说，对于各种实施例，丙烯酸聚合物水性分散体的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的群组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯。在其它实施例中，丙烯酸聚合物水性分散体的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的群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。
对于各种实施例，烷氧基硅烷聚结剂选自由以下组成的群组：R1Si(OR)3、(R1)2Si(OR)2以及其组合，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个碳原子的被取代的烷基、具有6至20个碳原子的芳基或具有6至20个碳原子的被取代的芳基，并且其中每个R独立地选自具有1至6个碳原子的烷基。更具体地说，对于各种实施例，烷氧基硅烷聚结剂为R1Si(OR)3。当烷氧基硅烷聚结剂为R1Si(OR)3时，对于各种实施例，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。或者，R1具有6个碳原子并且R具有2个碳原子以提供三乙氧基(己基)硅烷。
对于各种实施例，如本文所提供的水性涂料组合物可具有以所述水性涂料组合物的总重量计，足以提供固体含量为2到70重量％的所述水性涂料组合物的量的水。本公开的水性涂料组合物可用于在多孔建筑材料上形成膜。具体来说，本公开包括至少部分涂布有用如本文所提供的水性涂料组合物形成的膜的多孔建筑材料。多孔建筑材料的实例包括无机多孔建筑材料。多孔建筑材料的其它实例包括有机多孔建筑材料。
附图说明
图1A-1H提供本公开的比较实例和实例的水性涂料组合物的成膜散斑速率动力学曲线。
图2A-2B说明随与涂布有本公开的比较实例和实例的水性涂料组合物的衬底的接触时间而变的水吸收。
具体实施方式
本公开提供水性涂料组合物以涂布多孔建筑材料并且随后在上面形成膜，其中膜帮助控制多孔建筑材料中的风化。本公开的水性涂料组合物提供与基于丙烯酸的保护组合物一起使用的新型聚结剂，所述新型聚结剂提供所需特性，如辅助丙烯酸乳胶成膜、相容性和向形成于多孔建筑材料，如纤维水泥屋顶/墙和混凝土屋顶瓦片上的膜提供拒水性特性。
如本文所提供，本公开的水性涂料组合物包括水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂和丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物的混合物，在形成为膜时，所述混合物协同地工作，以提供相较于使用标准聚结剂乙二醇单丁醚，对多孔建筑材料防止水渗透的更好保护。尽管不希望受理论所束缚，但认为水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂通过以下充当聚结剂：有效地降低最低成膜温度，并且在室温下用类似于标准聚结剂乙二醇单丁基醚的机制辅助丙烯酸聚合物在丙烯酸聚合物水性分散体中的成膜。
对于各种实施例，除烷氧基硅烷聚结剂之外，本公开的水性涂料组合物不包括另一聚结剂。换句话说，烷氧基硅烷聚结剂为本公开的水性涂料组合物中的丙烯酸聚合物水性分散体提供唯一聚结剂。或者，对于各种实施例，如所属领域中已知的一种或多种额外的聚结剂可与如本文所提供的水性涂料组合物的烷氧基硅烷聚结剂一起使用，以用于本公开的水性涂料组合物中的丙烯酸聚合物水性分散体。如所属领域中典型的，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。已知聚结剂的实例包括二醇醚，如丙二醇烷基醚和二丙二醇烷基醚，其包括DOWANOLTM PnP、DOWANOL PnB和DOWANOL DPnB；乙二醇单丁基醚，如丁基CELLOSOLVETM溶剂和TexanolTM酯醇。
令人惊讶地，如在本公开中提供的烷氧基硅烷聚结剂的用途尚未被认识到，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。此外，水性硅烷聚结乳液在提供如本公开中所提供的烷氧基硅烷聚结剂中的用途表明低挥发性并且不包括其它挥发性有机化合物(VOC)，这两个特征对于环境都极有益。由此，除了如在本公开中提供的烷氧基硅烷聚结剂以外，本公开的水性涂料组合物有可能不包括任何其它一种或多种聚结剂，因为它们是不需要的。
水性涂料组合物
对于各种实施例，水性涂料组合物包括粘合剂，其具有：在丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物，其中所述丙烯酸聚合物具有1℃到60℃的玻璃转变温度(Tg)；以及在水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂。所述水性涂料组合物可任选地进一步包括选自由以下组成的群组的添加剂：颜料、填充剂和其组合。对于各种实施例，本公开的水性涂料组合物包括3.5到100重量百分比(重量％)的粘合剂和96.5到0重量％的选自由以下组成的群组的添加剂：颜料、填充剂和其组合。粘合剂和添加剂的重量％是以水性涂料组合物的总干重计。
为了清楚起见，当将水性涂料组合物的成分描述为以重量百分比存在时，应理解，重量百分比以水性涂料组合物的干重计，且所有成分，包括任何任选的添加剂的干重将总计为100重量百分比。举例来说，粘合剂和添加剂的重量％是以水性涂料组合物的总干重计并且将总计为100重量％，而不考虑用于水性涂料组合物中的水相。因此，当粘合剂为90重量％时，例如添加剂为10重量％的水性涂料组合物，以达到100重量％(以干重计)的水性涂料组合物。
本文中包括并且公开3.5到100重量％的粘合剂和96.5到0重量％的添加剂的个别值和子范围。举例来说，水性涂料组合物可包括下限值3.5、4、5、6、7、10、15、20、25或30重量％到上限值50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、99或100重量％的粘合剂，而添加剂可包括下限值0、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50重量％到上限值70、75、80、85、90、92、94或96.5重量％的添加剂。优选地，范围包括3.5到85重量％的粘合剂和0.1到15重量％的添加剂。更优选地，范围包括3.5到70重量％的粘合剂和0.15到15重量％的添加剂。最优选地，范围包括3.5到60重量％的粘合剂和0.2到10重量％的添加剂。在一个特定实施例中，100重量％的粘合剂形成水性涂料组合物，重量％以水性涂料组合物的总干重计。
粘合剂
以粘合剂的总干重计，本公开的粘合剂包含以干重计85重量％到97重量％的丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物，其中所述丙烯酸聚合物具有1℃到60℃的玻璃转变温度(Tg)；以及15重量％到3重量％的水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂。当水性涂料组合物的粘合剂的成分被描述为以重量百分比的形式存在时，应理解重量百分比的基础为粘合剂的干重，并且所有成分的干重将总计为100重量百分比。粘合剂中的丙烯酸聚合物和烷氧基硅烷聚结剂的重量％是以粘合剂的总干重计，并且将总计为100重量％，而不考虑丙烯酸聚合物水性分散体或水性硅烷聚结乳液中所使用的水相。因此，当丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物为85重量％时，例如水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂将为15重量％，以达到100重量％(以干重计)的粘合剂。
本文中包括并且公开了85重量％到97重量％的丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物和15重量％到3重量％的水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂的所有个别值和子范围。举例来说，粘合剂可包括下限值85、86、88、90重量％到上限值92、94、95或97重量％的丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物，而水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂可包括下限值3、5、6或8重量％到上限值10、12、14或15重量％的水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂。优选地，范围包括97到85重量％的丙烯酸聚合物和3到15重量％的烷氧基硅烷聚结剂。更优选地，范围包括96.5到88重量％的丙烯酸聚合物和3.5到12重量％的烷氧基硅烷聚结剂。最优选地，范围包括95到90重量％的丙烯酸聚合物和5到10重量％的烷氧基硅烷聚结剂。
丙烯酸聚合物
如本文所使用，丙烯酸聚合物水性分散体是指水基连续相中的丙烯酸聚合物的混合物。如本文所使用，丙烯酸聚合物水性分散体是指水基乳液，其中丙烯酸聚合物水性分散体的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的群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，丙烯酸聚合物水性分散体的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的群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，丙烯酸聚合物水性分散体的丙烯酸聚合物由选自由以下组成的群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。
对于各种实施例，丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物的玻璃转变温度(Tg)为1℃到60℃。优选地，丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物的Tg为5℃至55℃。更优选地，丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物的Tg为10℃至50℃。丙烯酸聚合物的Tg值可通过使用福克斯方程式(Fox equation)(T.G.Fox,《美国物理学会公报(Bull.Am.Physics Soc.)》，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的均聚物的玻璃转变温度；Tg(M2)为M2的均聚物的玻璃转变温度，所有温度均以开尔文为单位。均聚物的玻璃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。所计算的Tg由丙烯酸聚合物粒子的总整体组成计算。
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。
以丙烯酸聚合物的干重计，用于各种实施例的丙烯酸聚合物水性分散体还可具有至多2重量％的酸单体的酸含量。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。酸含量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。
用于制备丙烯酸聚合物水性分散体的丙烯酸聚合物的聚合技术包括所属领域众所周知的乳液聚合(例如，美国专利第4,325,856号；第4,654,397号；和第4,814,373号等等中公开的实例)。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。
丙烯酸聚合物粒子的平均粒子直径可为40至1000纳米(使用布鲁克海文仪器(Brookhaven Instruments)粒径分析仪测量)。以丙烯酸聚合物水性分散体的总重量计，本公开的丙烯酸聚合物水性分散体的固体含量可为30重量％至70重量％。如使用布洛克菲尔德粘度计(Brookfield viscometer)所测量，本公开的丙烯酸聚合物水性分散体的粘度可为10厘泊至9000厘泊；适用于不同涂布方法的粘度变化显著。如在23℃下所测量，本公开的丙烯酸聚合物水性分散体的pH可为3至11。
适用于本公开的粘合剂的商业生产的丙烯酸聚合物水性分散体的代表性非限制性实例包括以以下商品名销售的那些：PRIMALTMSS-640、PRIMALTMAC-339、PRIMALTME-822K、UCARTMLatex DL 420G、PRIMALTMAC-337ER、PRIMALTMCM-330、PRIMALTMAC-285和PRIMALTMCM-160(所有可购自陶氏公司(DOW,Inc.))。
烷氧基硅烷聚结剂
水性硅烷聚结乳液是指其中烷氧基硅烷聚结剂分散于水基连续相中的两种不可混溶的液体的混合物。对于各种实施例，烷氧基硅烷聚结剂选自由以下组成的群组：R1Si(OR)3、(R1)2Si(OR)2以及其组合，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个碳原子的被取代的烷基、具有6至20个碳原子的芳基或具有6至20个碳原子的被取代的芳基，并且其中每个R独立地选自具有1至6个碳原子的烷基。更具体地说，对于各种实施例，烷氧基硅烷聚结剂为R1Si(OR)3。当烷氧基硅烷聚结剂为R1Si(OR)3时，对于各种实施例，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。或者，R1具有6个碳原子并且R具有2个碳原子以提供三乙氧基(己基)硅烷。
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。
形成本公开的水性硅烷聚结乳液可包括通过组合期望比率的烷氧基硅烷聚结剂与水或水基溶液来形成混合物，并且混合和均质化以形成本公开的水性硅烷聚结乳液。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按需要与水性硅烷聚结乳液包括在一起。
混合以便形成水性硅烷聚结乳液可通过已知的方法实现并且可以间歇、半连续或连续过程发生。形成本公开的水性硅烷聚结乳液可包括每100份烷氧基硅烷聚结剂添加30至900份的水或水基溶液。这允许水性硅烷聚结乳液具有5体积％到80体积％的“固体”含量。烷氧基硅烷聚结剂的平均体积粒度可为0.1到5μm。如使用布洛克菲尔德粘度计所测量，本公开的水性硅烷聚结乳液的粘度；适合于不同涂布方法的粘度显著变化，取决于实际固体含量。
组合和混合水性硅烷聚结乳液的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，并且随后通过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。所属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，这取决于形成水性硅烷聚结乳液中所使用的数量和所利用的特定混合技术的选择。
适用于本公开的粘合剂的商业生产的水性硅烷聚结乳液的代表性非限制性实例包括以商品名DOWSILTMIE-6692(陶氏公司)销售的那些。
水性涂料组合物可通过涂料领域中众所周知的技术来制备。丙烯酸聚合物水性分散体和水性硅烷聚结乳液可按需要在低剪切搅拌下与任选的添加剂和涂料助剂一起添加。除了丙烯酸聚合物水性分散体和水性硅烷聚结乳液之外，水性涂料组合物还可含有任选的添加剂。此类添加剂的实例包括但不限于无机填充剂，如碳酸钙(CaCO3)、石英、杀生物剂(当存在水时)、未被处理的和处理的二氧化硅；金属氢氧化物微粉末，如氢氧化铝微粉末、氢氧化钙微粉末和氢氧化镁微粉末；双酰胺；片状填充剂，如云母、二甲基聚硅氧烷、环氧官能性二有机聚硅氧烷和氨基官能性二有机聚硅氧烷。如所属领域中已知，添加剂可进一步包括颜料。其它添加剂还包括固化剂、缓冲剂、腐蚀抑制剂、中和剂、保湿剂、润湿剂、消泡剂、UV吸收剂、荧光增亮剂、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，并且染料可以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。
本公开的水性涂料组合物可用于帮助控制多孔建筑材料中的风化。对于各种实施例，如本文所提供的水性涂料组合物可具有以所述水性涂料组合物的总重量计，足以提供固体含量为2到70重量％的所述水性涂料组合物的量的水。混合以便形成以水性涂料组合物的总重量计固体含量为2至70重量％的水性涂料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进行。形成本公开的水性涂料组合物可包括水或如本文所提供的涂料组合物的水性涂料组合物，以达到以水性涂料组合物的总重量计2到70重量％的固体含量。如所理解的，获得水性涂料组合物的固体含量将取决于丙烯酸聚合物水性分散体和水性硅烷聚结乳液中的每一个的固体含量。
组合和混合丙烯酸聚合物水性分散体和水性硅烷聚结乳液的过程可在单步或多步过程中进行。因此，各组分可全部组合，并且随后通过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。所属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，这取决于形成水性涂料组合物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，水性涂料组合物的实施例可用于控制多孔建筑材料中的风化。本公开的水性涂料组合物可用于在多孔建筑材料上形成膜。具体来说，本公开包括至少部分涂布有用如本文所提供的水性涂料组合物形成的膜的多孔建筑材料。举例来说，本公开的水性涂料组合物可用于至少部分涂布随后形成膜多孔建筑材料。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。无机多孔建筑材料的其它实例包括但不限于砖、粘土、纤维水泥、混凝土、石膏、灰泥、干墙和砂浆，所述材料为新的且先前未被喷漆或处理，先前未被印刷、喷漆或底涂的表面，或未被风化的表面。多孔建筑材料的其它实例可以包括有机多孔建筑材料，其中有机多孔建筑材料可以是基于纤维素的建筑材料。有机多孔建筑材料的其它实例包括但不限于木材、定向刨花板(OSB)、粒子板、芯片板和中等密度纤维板(MDF)。
在提供用本公开的水性涂料组合物形成的膜时，将本公开的水性涂料组合物涂布至多孔建筑材料，并且干燥或使其干燥。水性涂料组合物通常使用常规涂料涂布方法涂布至多孔建筑材料，所述方法例如油漆刷、油漆滚筒、凹版印刷滚筒、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。水性涂料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 BDA0002992760150000131
最低成膜温度(MFFT)
水性涂料组合物的最低成膜温度(MFFT)为水性涂料组合物形成实际膜的最低温度。使用ASTM标准D2354-10测量MFFT。对于此测试方法，将MFFT确定为在受控温度梯度内的最低温度，其中膜变得光学透明且达到机械完整性。除视觉MFFT之外，还通过定位水性涂料组合物形成具有一些机械强度的膜的最低温度来测定机械MFFT。
为了测定聚结剂效率，也就是说，能够降低不同分子的MFFT的能力，在各种聚结剂含量下测量MFFT。表2A和2B展示各种含量下的各种丙烯酸聚合物水性分散体粘合剂与烷氧基硅烷聚结剂(DowsilTMIE-6692)或丁基CELLOSOLVETM溶剂的MFFT。聚结剂含量的重量百分比是以丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物的干重计。
对于表现为有效聚结剂的分子，必须降低与其掺合的水性分散体粘合剂中的丙烯酸聚合物的玻璃转变温度(Tg)。聚结剂还必须与所关注的丙烯酸聚合物水性分散体相容并且具有比丙烯酸聚合物水性分散体粘合剂本身低的Tg。对于给定类型的分子，相容性(或溶解性)由于熵效应一般将随着分子量提高而降低。
对于以下，表2A和2B提供视觉的MFFT数据：实例(EX)1到14，其在6重量％或12重量％有效聚结剂/干燥粘合剂含量下具有聚结剂DowsilTMIE-6692；和比较实例(CEx)A到Q，其在6重量％或12重量％含量聚结剂/干燥粘合剂含量下无聚结剂或使用丁基CELLOSOLVETM。表2A和表2B表明对于每一调配物，随着DowsilTMIE-6692含量浓度提高，MFFT降低。在6重量％和12重量％两个含量下，本公开的水性涂料组合物的MFFT与不存在任何聚结剂相比展示MFFT值的降低，但更接近采用参考聚结剂丁基CELLOSOLVETM溶剂的值。
表2A-水性涂料组合物的最低成膜温度(MFFT)
Figure BDA0002992760150000141
表2B-水性涂料组合物的MFFT
Figure BDA0002992760150000151
成膜动力学
使用
Figure BDA0002992760150000152
Rheolaser涂料设备(调配物)，测量水性涂料组合物的成膜散斑散流速率动力学，其中所述方法基于多散斑扩散波光谱法。简单来说，在此测试中，在将膜的干燥过程应用到未涂布的玻璃衬底期间，通过测量散斑图像波动的速率来进行监测成膜散斑速率动力学，且其与样品中的散点的运动速度有关。激光照射干燥膜的表面并且光由于微结构变化而散射。检测器捕获反向散射光且形成散斑图像，通过比较不同散斑图像与发生改变的强度，产生图形且可帮助识别干燥机构和特征干燥时间。归因于例如溶剂蒸发和粒子扩散的事件，膜的干燥过程期间的快速结构变化产生高散斑率。随着散射的运动由于形成相干膜的粒子的填充和相互扩散而减缓，散斑率减小且随着时间的推移而变得恒定。
使用90:10到95:5的丙烯酸聚合物与聚结剂的比率(以水性涂料组合物的总重量计的重量:重量)制备水性涂料组合物。使用95:05的丙烯酸比丁基CELLOSOLVETM溶剂比作为参考聚结剂。使用在未涂布的玻璃衬底上的间隙涂料涂布器使用以4m/分钟(min)的速度操作的自动控制涂布机(K控制涂布机，RK Printcoat仪器)涂布所选调配物的60μm厚度的湿润刮涂涂料。紧接在之后，如上文所描述使用
Figure BDA0002992760150000153
Rheolaser涂布设备(Formulaction)测量成膜动力学。
现在参考图1A-1H，可以看到对于相同丙烯酸粘合剂组合物，与具有丁基CELLOSOLVETM溶剂的水性涂料组合物相比，用DowsilTMIE-6692形成的水性涂料组合物尽管干燥进展较慢，但展现类似的散斑速率动力学性能。DowsilTMIE-6692与类似于丙烯酸乳胶的成膜过程中的参考聚结剂(丁基CELLOSOLVETM溶剂)的机制作用。对于用DowsilTMIE-6692形成的水性涂料组合物实例，较慢干燥进展的一个优点为成膜的额外时间可允许更多硅烷基迁移到膜的表面。
水吸收测试
使用RILEM(Reunion Internationale des Laboratoires d'Essais et deRecherchessur les Materiaux et les Constructions)测试11.4(水平版)评估使用不同水性涂料组合物在纤维水泥板上形成的膜的防水性能，所述试验被设计成测量砌体材料表面(5cm2外暴露表面)在规定时间段内吸收的水的量。在此测试中，测量水移动通过纤维水泥材料的速率，且可用于评估由拒水性处理提供的保护程度。在各种时间之后，以毫升或立方厘米(cm3)为单位的每一纤维水泥板样品的水吸收见于图2A和2B中。将未被处理的纤维水泥板用作参考。图2A和2B中的值为以cm3为单位的吸收的水。
使用90:10到95:5的丙烯酸聚合物与聚结剂的比率(以水性涂料组合物的总重量计的重量:重量)制备水性涂料组合物。使用95:05的丙烯酸比丁基CELLOSOLVETM溶剂比作为参考聚结剂。将200g/m2的水性涂料组合物涂布在未被涂布的纤维水泥嵌板的表面上作为衬底并且保持在室温(23℃)下干燥。此后，将RILEM试管固定在干燥的被涂布的衬底的顶部上并且通过试管的上部开口端添加去离子水直到零(0)刻度标记。将样品保持在室温(23℃)下，并且以特定间隔记录由纤维水泥板样品吸收的水的量。将未被涂布的纤维水泥板用作参考。
图2A和2B展示甚至在延长(长期)时间段内使用根据本公开烷氧基硅烷聚结剂获得极佳水排斥性。可以清楚地看到，与在每一时间间隔测试之后使用对于相同丙烯酸粘合剂的丁基CELLOSOLVETM溶剂的样品相比，使用DowsilTMIE-6692用配制物掺合物处理的所有板上的水吸收的体积更低。这些结果表明，与使用标准聚结剂相比，水性涂料组合物中DowsilTMIE-6692的存在促成纤维水泥表面防水的更好的性能。

Claims (15)

1.一种用于多孔建筑材料的水性涂料组合物，其包含：
3.5到100重量百分比(重量％)的所述粘合剂，所述粘合剂包含，以干重计，以粘合剂的总干重计：
85重量％到97重量％的在丙烯酸聚合物水性分散体中的丙烯酸聚合物，
其中所述丙烯酸聚合物具有
1℃到60℃的玻璃转变温度(Tg)；和
15重量％到3重量％的在水性硅烷聚结乳液中的烷氧基硅烷聚结剂；以及
96.5到0重量％的选自由以下组成的群组的添加剂：颜料、填充剂和其组合，所述粘合剂和所述添加剂的重量％是以所述水性涂料组合物的总干重计。
2.根据权利要求1所述的水性涂料组合物，其中所述烷氧基硅烷聚结剂为所述水性涂料组合物中的所述丙烯酸聚合物水性分散体提供唯一聚结剂。
3.根据权利要求1所述的水性涂料组合物，其中100重量％的所述粘合剂形成所述水性涂料组合物，其中所述重量百分比以所述水性涂料组合物的总干重计。
4.根据权利要求1所述的水性涂料组合物，其中所述丙烯酸聚合物水性分散体中的所述丙烯酸聚合物的Tg为25℃到55℃。
5.根据权利要求1所述的水性涂料组合物，其中所述烷氧基硅烷聚结剂选自由以下组成的群组：R1Si(OR)3、(R1)2Si(OR)2以及其组合，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个碳原子的被取代的烷基、具有6至20个碳原子的芳基或具有6至20个碳原子的被取代的芳基，并且其中每个R独立地选自具有1至6个碳原子的烷基。
6.根据权利要求5所述的水性涂料组合物，其中所述烷氧基硅烷聚结剂为R1Si(OR)3。
7.根据权利要求6所述的水性涂料组合物，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；或
其中R1具有6个碳原子并且R具有2个碳原子以提供三乙氧基(己基)硅烷。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的水性涂料组合物，其中以所述丙烯酸聚合物的干重计，所述丙烯酸聚合物水性分散体具有至多2重量％的酸单体的酸含量。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的水性涂料组合物，其中所述丙烯酸聚合物水性分散体的所述丙烯酸聚合物由选自由以下组成的群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。
10.根据权利要求9所述的水性涂料组合物，其中所述丙烯酸聚合物水性分散体的所述丙烯酸聚合物由选自由以下组成的群组的非离子单体形成：甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯。
11.根据权利要求9所述的水性涂料组合物，其中所述丙烯酸聚合物水性分散体的所述丙烯酸聚合物由选自由以下组成的群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。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的水性涂料组合物，其具有以所述水性涂料组合物的总重量计，足以提供固体含量为2到70重量％的所述水性涂料组合物的量的水。
13.一种多孔建筑材料，其至少部分涂布有用根据权利要求1到12中任一项所述的水性涂料组合物形成的膜。
14.根据权利要求13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。
15.根据权利要求13所述的多孔建筑材料，其中所述多孔建筑材料为有机多孔建筑材料。
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