CN114072476A - 基于有机硅的屏障组合物 - Google Patents

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Abstract

一种液体施加的基于有机硅的空气和水屏障组合物及其作为基于有机硅的空气和水屏障的用途，其对于建筑行业优选是蒸气可渗透的，该液体施加的基于有机硅的空气和水屏障组合物具有≥9个月的储存期限。该组合物包含：(i)交联聚硅氧烷分散体(c)表面活性剂和(d)水；(ii)流变改性剂的组合，以及以下成分中的至少一种：(iii)一种或多种填料和/或(iv)一种或多种稳定剂。

Description

基于有机硅的屏障组合物
技术领域
本公开内容涉及一种液体施加的基于有机硅的空气和水屏障组合物及其作为基于有机硅的空气和水屏障的用途，其对于建筑行业优选是蒸气可渗透的，该液体施加的基于有机硅的空气和水屏障组合物具有大于或等于(≥)9个月的储存期限。
背景技术
新建筑物和补救建筑应用中都使用了各种各样的水屏障系统。这些水屏障系统被设计成消除不受控制的通过例如外墙和/或立面的水渗漏，从而能够控制例如整个建筑物的温度、湿度水平、水分水平和空气质量，从而最大限度地降低例如潮湿问题的可能性和/或霉菌生长机会以及空气质量不佳。
水屏障旨在最大限度地降低或排除液态水通过墙壁或立面等进入建筑物，例如经由毛细管作用通过裂缝、孔洞或多孔材料进入。此类屏障系统应用于建筑(例如空心墙系统)导致能源成本节省，尤其是如果水屏障也是空气屏障，在这种情况下，它们还可以通过显著减少穿过建筑物的外墙或立面的空气渗漏量而显著减少空中污染物的进入。空气屏障减少了通过建筑物墙组件的气流，从而提高了能源效率。
液体施加的空气和水屏障涂料组合物也可以是(水)蒸气可渗透的。液体施加的、蒸气可渗透的、基于有机硅的空气和水屏障被设计成(水)蒸气可渗透的，即控制(水)蒸气因可变蒸气压力而扩散通过墙壁的量。除非加以预防或控制，否则水蒸气将自然地从高浓度移动到低浓度，直到其平衡。因此，如果蒸气压力在墙壁外较高而在墙壁内较低，则蒸气将被引向内部(反之亦然)。
基于有机硅水性乳液(SWBE)的水基可喷涂有机硅弹性涂料作为建筑物中墙壁和立面等的空气屏障的用途在建筑行业中是高度期望的(与溶剂型体系相反)，因为它们均不含VOC(挥发性有机化合物)并且是非反应性/非固化体系。此外，与许多有机涂料不同，基于有机硅的涂料具有优异的UV稳定性。因此，尽管外部施加的有机涂料不能在施工期间长时间暴露于UV辐射而不需要再施加一个或多个附加涂层，而对于基于有机硅的涂料组合物则不需要这种要求。基于有机硅的涂料组合物的粘度可能比有机物低得多，这使得能够使用更多种类的施加器，包括甚至标准的低成本商业喷漆器，以用作施加器，并且所得涂料与基于有机的涂料相比具有与建筑行业中使用的其他基于有机硅的材料(诸如填缝剂粘合剂和耐候密封剂)相容的显著优点，避免需要在水屏障和所述有机硅填缝剂、粘合剂和耐候密封剂之间的接缝处施加粘合剂、底漆和/或粘合促进剂等相容层。
然而，对于这些应用使用SWBE的液体施加的空气和水屏障涂料组合物仍有待解决的一个问题是储存期限稳定性，特别是当设计为有色或着色时。近年来，出于建筑美学的原因，建筑师越来越喜欢使用干燥或固化成有色涂料的有色涂料组合物。这种有色涂料的使用提供了对建筑物的底层组件的改进的“隐藏”，其中例如灰色系统比白色更优选，因为这些通过最终外表面(覆层/壁板)中的间隙较不可能是可见的。然而，虽然希望在制造厂或使用地点使用颜料的水性分散体作为着色组分而不是粉状颜料，但由于使用的容易性，以前基于SWBE的商业空气屏障要么未着色，要么用粉末着色(导致基于零售的着色困难)。这是因为，不幸的是，已知颜料和着色剂(例如炭黑)的水性分散体对前述液体施加的空气和水屏障涂料组合物具有去稳定的影响，即使在流变改性剂(例如疏水改性的碱性可溶胀乳液(HASE)和其他缔合增稠剂)存在的情况下也会导致储存期限迅速缩短，在室温下仅6个月后趋于发生凝胶化，导致这些组合物由于供应链选择、地理分布、生产调度和最终涂料性能的限制而被认为储存期限受到限制。
传统上使用流变改性剂来控制当喷涂或辊涂/刷涂时涂料组合物如何流动以获得均匀的涂层而没有流挂，并且还在储存期间使组合物增稠以防止组分由于重力驱动的分离而分离。疏水改性的碱性可溶胀乳液(HASE)可称为缔合增稠剂，因为它们是含有几个相对疏水基团的水溶性聚合物。它们通常是含有水不溶性疏水基团的丙烯酸酯聚合物/共聚物。其他缔合增稠剂包括疏水改性的乙氧基化氨基甲酸酯(HEUR)。
HASE的主要缺点是其他成分和涂料添加剂对其增稠能力的强烈影响。已知由于引入缔合增稠剂，当组合物中存在溶剂如二醇、表面活性剂和/或前述分散剂时，它们的增稠效率会大大降低。特别是当组合物通过添加着色剂用颜料着色时。术语着色剂是指含有大量润湿剂和二醇以保持颜料在体系中稳定并保持低粘度的颜料浓缩物。疏水改性的碱性可溶胀乳液(HASE)可用作基于SWBE的液体施加的空气和水屏障涂料组合物以及许多有机体系中的流变改性剂，并以延长储存期限而闻名。事实上，基于HASE的材料在丙烯酸涂料中作为流变改性剂非常成功，丙烯酸涂料的最终储存期限通常为十年或更长时间(在密封良好的容器中以防止水分流失)，并且由其他失效机制确定，诸如细菌滋生或容器密封失效。相比之下，尽管使用HASE作为流变改性剂，但基于SWBE的材料，特别是如果包含颜料的水性分散体作为着色组分时，将在短时间(即约6个月)内胶凝，并且与预期相反，添加大量HASE加速胶凝而不是具有稳定效果。
发明内容
令人惊讶地确定，单组分交联聚硅氧烷分散体组合物可用作施加到内墙组件的液体施加的空气和水屏障涂料组合物并且其储存期限可通过将存在的HASE材料的含量限制在组合物的0.05重量％–0.36重量％之间而延长至大于或等于(≥)9个月。
本文提供了一种液体施加的空气和水屏障涂料组合物，所述组合物包含：
(i)交联聚硅氧烷分散体：其为以下项的反应产物：(a)每分子具有至少两个-OH基团的硅氧烷聚合物，或每分子具有至少两个-OH基团的聚合物混合物，处于21℃的粘度为5000mPa.s至500,000mPa.s，和(b)至少一种与(a)反应的自催化交联剂，并且另外包含(c)表面活性剂和(d)水；
(ii)量为所述组合物的0.25重量％至5重量％的流变改性剂的组合，所述组合包含一种或多种量为所述组合物的0.05重量％–0.36重量％的疏水改性的碱性可溶胀乳液和一种或多种其他流变改性剂或由它们组成；以及以下成分中的至少一种：
(iii)一种或多种选自以下项的组的填料：胶态二氧化硅、热解法二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅藻土、石英粉、高岭土、煅烧高岭土、硅灰石、羟基磷灰石、碳酸钙、水合氧化铝、氢氧化镁、炭黑、二氧化钛、氧化铝、蛭石、氧化锌、云母、滑石、氧化铁、硫酸钡和熟石灰或它们的混合物；和/或
(iv)一种或多种稳定剂。液体施加的空气和水屏障涂料组合物在基材上的干燥涂层时优选是(水)蒸气可渗透的，并另选地在基材上的干燥涂层时是(水)蒸气可渗透的。
本文还提供了一种具有内侧和外侧的墙组件，其中所述内侧和所述外侧中的任一者或两者涂覆有上文所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物的干燥涂层。干燥涂层优选是(水)蒸气可渗透的，另选地干燥涂层是(水)蒸气可渗透的。
本文还提供了一种用于增加液体施加的空气和水屏障涂料组合物的储存稳定性的方法，所述方法通过将(ii)量为所述组合物的0.25重量％至5重量％的流变改性剂的组合引入到所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物中来实现，所述组合包含一种或多种量为所述组合物的0.05重量％–0.36重量％的疏水改性的碱性可溶胀乳液和一种或多种其他流变改性剂或由它们组成，所述组合物另外包含(i)交联聚硅氧烷分散体：其为以下项的反应产物：(a)每分子具有至少两个-OH基团的硅氧烷聚合物，或每分子具有至少两个-OH基团的聚合物混合物，处于21℃的粘度为5000mPa.s至500,000mPa.s，和(b)至少一种与(a)反应的自催化交联剂，并且另外包含(c)表面活性剂和(d)水；
以及以下成分中的至少一种：
(iii)一种或多种选自以下项的组的填料：胶态二氧化硅、热解法二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅藻土、石英粉、高岭土、煅烧高岭土、硅灰石、羟基磷灰石、碳酸钙、水合氧化铝、氢氧化镁、炭黑、二氧化钛、氧化铝、蛭石、氧化锌、云母、滑石、氧化铁、硫酸钡和熟石灰或它们的混合物；和/或
(iv)一种或多种稳定剂。
本文还提供了流变改性剂的组合用于增加液体施加的空气和水屏障涂料组合物的储存稳定性的用途，所述组合的量为所述组合物的0.25重量％至5重量％，，所述组合包含一种或多种量为所述组合物的0.05重量％–0.36重量％的疏水改性的碱性可溶胀乳液和一种或多种其他流变改性剂或由它们组成；，所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物另外包含
(i)交联聚硅氧烷分散体：其为以下项的反应产物：(a)每分子具有至少两个-OH基团的硅氧烷聚合物，或每分子具有至少两个-OH基团的聚合物混合物，处于21℃的粘度为5000mPa.s至500,000mPa.s，和(b)至少一种与(a)反应的自催化交联剂，并且另外包含(c)表面活性剂和(d)水；以及以下成分中的至少一种：
(iii)一种或多种选自以下项的组的填料：胶态二氧化硅、热解法二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅藻土、石英粉、高岭土、煅烧高岭土、硅灰石、羟基磷灰石、碳酸钙、水合氧化铝、氢氧化镁、炭黑、二氧化钛、氧化铝、蛭石、氧化锌、云母、滑石、氧化铁、硫酸钡和熟石灰或它们的混合物；和/或
(iv)一种或多种稳定剂。
具体实施方式
本公开涉及具有大于或等于(≥)9个月的储存期限的基于有机硅水性乳液(下文称为“SWBE”)的液体施加的空气和水屏障涂料组合物。使用流变改性成分的特定组合实现延长的储存期限。出乎意料地发现，当疏水改性的碱性可溶胀乳液(HASE)在特定范围内与其他流变改性剂组合用于基于SWBE的液体施加的空气和水屏障涂料组合物中时，所述基于SWBE的液体施加的空气和水屏障涂料组合物具有≥9个月的储存期限，这是之前至多约6个月的典型储存期限的显著延长。令人惊讶地发现，虽然优选在基于SWBE的液体施加的、蒸气可渗透的、空气和水屏障涂料组合物中存在一种或多种HASE以实现作为涂料施加所需的流变特性，但在SWBE中引入大量HASE似乎对其储存期限具有负面影响，这与在其他乳液制剂中使用时不同。
鉴于先前讨论的工业上希望使用着色(有时称为“着色”)涂料来改善建筑美学，增加的储存期限具有潜在的商业意义，因为它提供了一种将基于SWBE的液体施加的、蒸气可渗透的空气和水屏障涂层组合物的储存期限甚至在着色时增加至大于先前有限的大约6个月的持续时间的手段，从而消除了对供应链选择、地理分布、生产调度和最终涂料性能的至少一些约束和限制，并通过限制存在的HASE的水平提供了一个看似违反直觉的解决方案。
使用有限HASE存在的基于SWBE的液体施加的、蒸气可渗透的、空气和水屏障涂料组合物具有在室温下对应于大于或等于(≥)9个月，另外地≥12个月的储存期限稳定性，并从而提供：
1)制剂的有效稳定≥9个月，另选地≥12个月，
2)用水性分散体着色的销售点的机会，
3)用水性分散体着色的制造点的机会；同时保持其空气和水屏障特性。
液体施加的、蒸气可渗透的、空气和水屏障涂料组合物包含
(i)交联聚硅氧烷分散体：其为以下项的反应产物：(a)每分子具有至少两个-OH基团的硅氧烷聚合物，或每分子具有至少两个-OH基团的聚合物混合物，处于21℃的粘度为5000mPa.s至500,000mPa.s，和(b)至少一种与(a)反应的自催化交联剂，并且另外包含(c)表面活性剂和(d)水。
用作上述反应产物(i)的起始材料的硅氧烷聚合物或聚合物混合物(a)根据ASTMD4287-00(2010)使用具有3号心轴的记录型布氏粘度计在2rpm下处于21℃具有5,000mPa.s至500,000mPa.s的粘度。硅氧烷聚合物由以下分子式(1)描述
X3-nRn-YO-(R1 2SiO)z-Y-RnX3-n(1)
其中n为0、1、2或3，z为500至5000(包括端值)的整数，X为氢原子、羟基基团和任何可缩合或任何可水解基团，Y为Si原子或Si-(CH2)m-SiR1 2基团，R分别选自由脂肪族、烷基、氨基烷基、聚氨基烷基、环氧烷基、烯基或芳香族芳基基团组成的组，并且R1分别选自由X、脂肪族、烷基、烯基和芳香族基团组成的组；并且m为1至12(包括端值)的整数，或者1至10(包括端值)的整数，或者1至6(包括端值)的整数。
硅氧烷聚合物(a)可以是由式(1)表示的单一硅氧烷，或者它可以是由上述式表示的硅氧烷的混合物或溶剂/聚合物混合物。术语“聚合物混合物”意指包括任何这些类型的聚合物或聚合物的混合物。如本文所用，术语“有机硅含量”意指分散体的分散相中来自任何来源的有机硅的总量，所述来源包括但不限于有机硅聚合物、聚合物混合物、自催化交联剂以及(当存在时)原位树脂增强剂和稳定剂。
每个X基团可以相同或不同，并且可以是氢原子、羟基基团和任何可缩合或可水解基团。术语“可水解基团”意指连接到硅上的在室温下被水水解的任何基团。可水解基团X包括氢原子、卤素原子，诸如F、Cl、Br或I；式-OT的基团，其中T是任何烃或卤代烃基团，诸如甲基、乙基、异丙基、十八烷基、烯丙基、己烯基、环己基、苯基、苄基、β-苯乙基；任何烃醚基团，诸如2-甲氧基乙基、2-乙氧基异丙基、2-丁氧基异丁基、对甲氧基苯基或-(CH2CH2O)2CH3；或任何N,N-氨基基团，诸如二甲基氨基、二乙基氨基、乙基甲基氨基、二苯基氨基或二环己基氨基。X还可以是任何氨基，诸如NH2、二甲基氨基、二乙基氨基、甲基苯基氨基或二环己基氨基；式-ON＝CM2或-ON＝CM'的任何酮肟基，其中M是任何一价烃基或卤代烃基，诸如上文针对T所示的那些，并且M'是任何二价烃基，它们的两个化合价连接到碳，诸如亚己基、亚戊基或亚辛基；式-N(M)CONM"2的脲基，其中M如上定义且M"为氢原子或任何上述M基团；式-OOCMM"的羧基基团，其中M和M"如上定义，或式-NMC＝O(M")的羧酰胺基，其中M和M"如上定义。X还可以是式-OSO2(OM)的硫酸酯基团或多个硫酸酯基团，其中M如上所定义；氰基；异氰酸酯基团；和式-OPO(OM)2的磷酸酯基团或多个磷酸酯基团，其中M如上定义。
最优选的X基团是羟基基团或烷氧基基团。说明性的烷氧基基团是甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、异丁氧基、戊氧基、己氧基和2-乙基己氧基；二烷氧基，诸如甲氧基甲氧基或乙氧基甲氧基和烷氧基芳氧基，诸如乙氧基苯氧基。最优选的烷氧基基团是甲氧基或乙氧基。
R分别选自由脂肪族、烷基、氨基烷基、聚氨基烷基、环氧烷基、烯基有机基团和芳香族芳基基团组成的组。最优选的是甲基、乙基、辛基、乙烯基、烯丙基和苯基基团。
R1分别选自由X、脂肪族、烷基、烯基和芳香族芳基基团组成的组。最优选的是甲基、乙基、辛基、三氟丙基、乙烯基和苯基。
当式(1)的硅氧烷聚合物每分子具有平均多于两个自催化(或可另选地，也许被称为自活化)的可缩合或可水解基团时，没有必要使自催化交联剂单独存在以形成交联聚合物。不同硅氧烷分子上的可缩合或可水解基团可彼此反应以形成所需的交联。
硅氧烷聚合物(a)可以是不同种类分子的混合物，例如长链线性分子和短链线性或支化分子。这些分子可彼此反应以形成交联网络。可代替更常规的交联剂的此类硅氧烷由以下项示出：低分子量有机硅氢化物，诸如聚甲基氢硅氧烷；含有以下项的低分子量共聚物：甲基氢甲硅烷氧基和二甲基甲硅烷氧基、-(OSi(OEt)2)-、(聚硅酸乙酯)、(OSiMeC2H4Si(OMe)3)4和(OSi-MeON＝CR'2)4，其中Me为甲基且Et为乙基。
有利地，硅氧烷聚合物(a)还包含式(1)的硅氧烷聚合物的混合物，例如但不限于α,ω-羟基甲硅烷氧基封端的硅氧烷和α,ω-双(三有机甲硅烷氧基)封端的硅氧烷的混合物；α,ω-羟基甲硅烷氧基封端的硅氧烷和α-羟基、ω-三有机甲硅烷氧基封端的硅氧烷的混合物；α,ω-二烷氧基甲硅烷氧基封端的硅氧烷和α,ω-双(三有机甲硅烷氧基)封端的硅氧烷的混合物；α,ω-二烷氧基甲硅烷氧基封端的硅氧烷和α,ω-羟基甲硅烷氧基封端的硅氧烷的混合物；α,ω-羟基甲硅烷氧基封端的硅氧烷和α,ω-双(三有机甲硅烷氧基)封端的聚(二有机)(氢有机)硅氧烷共聚物的混合物。上文所述的硅氧烷聚合物还可包含上述式(1)的硅氧烷聚合物与液体支化甲基聚硅氧烷聚合物(“MDT流体”)的混合物，所述液体支化甲基聚硅氧烷聚合物包含下式的重复单元的组合：
(CH3)3SiO1/2("M")
(CH3)2SiO("D")
CH3SiO3/2("T")
并含有0.1至8％的羟基基团。流体可以通过相应的氯-硅烷或烷氧基-硅烷的共水解来制备，如例如美国专利3,382,205中所述。添加的MDT流体的比例不应超过每100重量份式(1)聚合物的50重量份，优选1重量份至20重量份，以实现所得聚合物的改善的物理特性和粘合性。如上文所述的组合物中的硅氧烷聚合物还可包含式(1)的硅氧烷聚合物与液体或固体支化甲基硅氧烷聚合物树脂的混合物，所述树脂包含下式的重复单元的组合：
(CH3)3SiO1/2("M")
(CH3)2SiO("D")
CH3SiO3/2("T")
SiO4/2("Q")
并含有0.1至8％的羟基基团，流体可以通过相应的氯-硅烷或烷氧基-硅烷的共水解来制备，如例如美国专利2,676,182中所述。MDTQ流体/树脂可以不超过每100重量份式(1)聚合物的50重量份，优选1重量份至10重量份的比例添加，以改善所得聚合物的物理特性和粘合性。MDTQ流体/树脂还可与MDT流体和式(1)聚合物混合。
至少一种与(a)反应以形成反应产物(i)的自催化交联剂(b)以每100份硅氧烷聚合物1重量份至5重量份的量存在。术语“自催化交联剂”是众所周知的，并且意指具有至少一个用作催化物质(或活化物质)的基团的分子。因此，如果优选，此类交联剂的替代名称可以是“自活化交联剂”。例如，具有至少一个官能团的分子降低了例如硅氧烷聚合物上的羟基官能团缩合形成交联聚合物所需的能量活化水平。
虽然在某些情况下可能仅需要一种自催化交联剂来生产具有所需物理特性的弹性体，但本领域技术人员将认识到，可以将两种或更多种自催化交联剂添加到反应混合物中以实现优异的结果。此外，自催化交联剂或交联剂可以与常规催化剂一起添加。然而，不需要将自催化交联剂与常规催化剂一起添加，并且本文考虑的组合物实际上可以不含所述常规催化剂。
典型的自催化交联剂(或另选地自活化交联剂)包括三官能化合物或四官能化合物，诸如R-Si-(Q)3或Si-(Q)4，其中Q是羧基，OC(O)R4，例如乙酰氧基，并且R4是具有1至8个碳原子(包括端值)的烷基基团，优选甲基、乙基或乙烯基。其他优选的Q基团是羟基胺ON(R4)2，其中每个R4是相同或不同的具有1至8个碳原子(包括端值)的烷基基团，例如ON(CH2CH3)2。Q还可以是肟基团，诸如O-N＝C(R4)2，其中每个R4是相同或不同的具有1至8个碳原子(包括端值)的烷基基团，例如O-N＝C(CH3)(CH2CH3)。此外，Q可以是胺基基团，诸如N(R5)2，其中R5是相同或不同的具有1至8个碳原子(包括端值)的烷基基团或环状烷基基团，例如N(CH3)2或NH(环己基)。最后，Q可以是乙酰胺基基团，NRC(O)R4，其中R4是具有1至8个碳原子(包括端值)的烷基基团，例如N(CH3)C(O)CH3。
此外，上述化合物的部分水解产物还可用作自催化交联剂。这将包括二聚体、三聚体、四聚体等，例如下式化合物：
Figure BDA0003448054130000111
其中Q和R4在前述段落中定义。
还适用作自催化交联剂的是在聚二有机硅氧烷分子的主链上位于侧链或末端位置或两者处的含有3个或更多个(Q)位点的那些聚合或共聚物质。
侧链基团的示例包括下式的组合物：
Figure BDA0003448054130000112
其中R4如上所定义且a为0或正整数且b为大于2的整数。通常，可以使用具有侧链基团或末端Q基团的聚合物组合物，特别是下式的化合物：
Q3-nR6 nSiO(R6 2SiO)zSiR6 nQ3-n
其中n为0、1、2或3，z为正整数，R6为Q或如果分子上存在至少三个Q基团，则独立地为相同或不同的具有1至8个碳原子(包括端值)的烷基链。Q如上所述。
有效的自催化交联剂(其替代名称可以是自活化交联剂)是当在不存在其他催化剂(诸如羧酸锡或胺)的情况下与功能性有机硅聚合物混合时形成无粘性弹性体的那些化合物。在自催化交联剂中，乙酰氧基、肟、羟基胺(氨氧基)、乙酰胺和酰胺基团在预期的反应中催化Si-O-Si键的形成。
本领域技术人员会认识到，起始聚合物本身可以用自催化交联部分预先封端。任选地，可以将另外的自催化交联剂添加到此类组合物中。
表面活性剂(c)可选自非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂或它们的混合物。表面活性剂(c)以硅氧烷聚合物(a)的0.5重量份至10重量份的量存在于我们的组合物中，并且优选地以2份至10份的量存在。
最优选的是本领域已知的可用于聚硅氧烷乳化的非离子表面活性剂。有用的非离子表面活性剂是聚氧化烯烷基醚、聚氧化烯脱水山梨糖醇酯、聚氧化烯酯、聚氧化烯烷基苯基醚、乙氧基化酰胺等。可用于本文的表面活性剂可进一步举例为由密歇根州米德兰的陶氏化学公司(The Dow Chemical Company of Midland,Michigan)生产的
Figure BDA0003448054130000121
TMN-6、
Figure BDA0003448054130000122
15S40、
Figure BDA0003448054130000123
15S9、
Figure BDA0003448054130000124
15S 12、
Figure BDA0003448054130000125
15S15和
Figure BDA0003448054130000126
15S20、和
Figure BDA0003448054130000127
X405；由禾大(英国)(Croda(UK))生产的
Figure BDA0003448054130000128
30和
Figure BDA0003448054130000129
35；由斯特潘公司(伊利诺伊州芝加哥)(STEPANCOMPANY,(Chicago,IL))生产的
Figure BDA00034480541300001210
10；和由阿克苏诺贝尔表面活性剂公司(伊利诺伊州芝加哥)(Akzo Nobel Surfactants(Chicago,IL))生产的
Figure BDA00034480541300001211
O/17。具体的非离子表面活性剂包括乙氧基化醇、乙氧基化酯、聚山梨醇酯、乙氧基化酰胺；聚氧丙烯化合物，诸如丙氧基化醇、乙氧基化/丙氧基化嵌段聚合物和丙氧基化酯；烷醇酰胺；氧化胺；多元醇的脂肪酸酯，诸如乙二醇酯、二乙二醇酯、丙二醇酯、甘油酯、聚甘油脂肪酸酯、脱水山梨糖醇酯、蔗糖酯和葡萄糖酯。
本领域已知的可用于聚硅氧烷乳化的阳离子和阴离子表面活性剂还可用作本文的表面活性剂。合适的阳离子表面活性剂是脂肪族脂肪胺及其衍生物，诸如乙酸十二烷胺酯、乙酸十八烷胺酯和牛脂肪酸胺的乙酸酯；具有脂肪链的芳香族胺的同系物，诸如十二烷基苯胺；衍生自脂肪族二胺的脂肪酰胺，诸如十一烷基咪唑啉；衍生自二取代胺的脂肪酰胺，诸如油氨基二乙胺；乙二胺衍生物；季铵化合物，诸如牛油基三甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵和双十六烷基二甲基氯化铵；氨基醇的酰胺衍生物，诸如β-羟乙基硬脂酰胺；长链脂肪酸的胺盐；衍生自二取代二胺的脂肪酰胺的季铵碱，诸如盐酸油酰基苄基氨基亚乙基二乙胺；苯并咪唑啉的季铵碱，诸如氢溴酸甲基十七烷基苯并咪唑；吡啶鎓及其衍生物的碱性化合物，诸如氯化十六烷基吡啶鎓；锍化合物，诸如硫酸甲酯十八烷基锍；甜菜碱的季铵化合物，诸如二乙氨基乙酸和十八烷基氯甲基醚的甜菜碱化合物；乙二胺的氨基甲酸酯，诸如硬脂酸与二亚乙基三胺的缩合产物；聚乙二胺和聚丙醇聚乙醇胺。
可商购获得并可用于本文的阳离子表面活性剂包括均由阿克苏诺贝尔表面活性剂公司(伊利诺伊州芝加哥)制造的
Figure BDA0003448054130000131
T27W、
Figure BDA0003448054130000132
16-29、
Figure BDA0003448054130000133
C-33、
Figure BDA0003448054130000134
T50、
Figure BDA0003448054130000135
T/13ACETATE。
合适的阴离子表面活性剂是羧酸、磷酸和磺酸以及它们的盐衍生物。阴离子表面活性剂可包括羧酸烷基酯；乳酸酰基酯；烷基醚羧酸盐；n-酰基肌氨酸盐；n-酰基谷氨酸盐；脂肪酸-多肽缩合物；碱金属磺基蓖麻酸盐；脂肪酸的磺化甘油酯，诸如椰子油酸的磺化单甘油酯；磺化一价醇酯的盐，诸如油基羟乙基磺酸钠；氨基磺酸的酰胺，诸如油酰基甲基牛磺酸的钠盐；脂肪酸腈的磺化产物，诸如棕榈腈磺酸盐；磺化芳烃，诸如α-萘单磺酸钠；萘磺酸与甲醛的缩合产物；八氢蒽磺酸钠；碱金属烷基硫酸盐、具有8个或更多个碳原子的烷基基团的醚硫酸盐和具有1个或多个具有8个或更多个碳原子的烷基基团的烷基芳基磺酸盐。
可商购获得并可用于本文的阴离子表面活性剂包括均由伊利诺伊州芝加哥斯特潘公司(STEPAN CO.,Chicago,IL)生产的
Figure BDA0003448054130000136
A4、A7、A11、A15、A15-30K、A16、A16-22、A18、A13、A17、B1、B3、B5、B11、B12、B19、B20、B22、B23、B24、B25、B27、B29、C-OP3S；
Figure BDA0003448054130000137
ML40、MC48；STEPANOL(TM)MG；由赫司特赛拉尼斯公司(HOECHSTCELANESE)生产的
Figure BDA0003448054130000138
SAS；由马萨诸塞州列克星敦的格雷斯公司(W.R.GRACE&CO.,Lexington,MA)生产的
Figure BDA0003448054130000139
C30和L30。
合适的两性表面活性剂是甘氨酸盐、甜菜碱、磺基甜菜碱和烷基氨基丙酸盐。这些包括椰油基两性甘氨酸盐、椰油基两性羧基-甘氨酸盐、椰油基酰胺丙基甜菜碱、月桂基甜菜碱、椰油基酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、月桂基磺基甜菜碱和椰油基两性二丙酸盐。
可商购获得并可用于本文的两性表面活性剂是由俄亥俄州都柏林的SHEREX化学公司(SHEREX CHEMICAL CO.,Dublin,OH)生产的
Figure BDA0003448054130000141
AM TEG、AM DLM-35、AMB14LS、AM CAS和AM LP。
改善高温稳定性的特定有机硅表面活性剂包括支链或直链聚氧化烯。具体的含氟表面活性剂包括选自阴离子表面活性剂(诸如羧酸盐和磺酸盐)、非离子表面活性剂和两性表面活性剂的那些。
表面活性剂的选择还影响由于水从分散体中蒸发而产生的弹性体膜的透明度。为了从有机硅晶格中获得透明弹性体，最终膜中的折射率必须在交联硅氧烷相和表面活性剂/残留水相之间匹配。术语“交联硅氧烷相”是指在水已经蒸发以形成弹性体膜之后剩余的多个交联硅氧烷颗粒。术语“表面活性剂/残留水相”是指在基本上所有的水从分散体中蒸发之后，残留在弹性体膜中的残留表面活性剂和水的量。
除了将表面活性剂添加到硅氧烷聚合物中之外，混合物还包括预定量的水。水以硅氧烷聚合物的0.5重量份至30重量份的量存在于混合物中，并且优选地以2份至10份的量存在。还可以在混合后添加任意量的水以稀释凝胶相。
反应产物(i)可另外包含一种或多种添加剂，诸如原位树脂增强剂，诸如甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、原硅酸四乙酯(TEOS)、原硅酸正丙酯(NPOS)可与自催化交联剂甲基一起添加。据信，将原位树脂增强剂添加到聚二有机硅氧烷/自催化交联剂混合物中会形成具有高度支化和交联结构的原位树脂，从而改善弹性体的物理特性，尤其是拉伸、伸长率和硬度特性。它还提高了所得弹性体的透明度。
反应产物(i)通过在足够高的剪切下混合上述组分以将混合物转化成凝胶相，然后用水将凝胶稀释至所需的硅氧烷含量来制备。
以下项的反应产物：(a)每分子具有至少两个-OH基团的硅氧烷聚合物，或每分子具有至少两个-OH基团的聚合物混合物，处于21℃的粘度为5,000mPa.s至500,000mPa.s，(b)至少一种与(a)反应的自催化交联剂，另外包含(c)表面活性剂和(d)水；除添加剂(即基于((a)+(b)的产物)+(c)+(d)为100重量％)外，通常包括70重量％至90重量％的(a)+(b)的反应产物、3重量％至10重量％的(c)和7重量％至20重量％的组分(d)。另选地，除添加剂(即基于((a)+(b)的产物)+(c)+(d)为100重量％)外，80重量％至90重量％的(a)+(b)的反应产物、3重量％至8重量％的(c)和7重量％至15重量％的组分(d)。交联聚硅氧烷分散体组合物将通常包含30重量％至80重量％，或者30重量％至60重量％，或者35重量％至50重量％的如上文所述的反应产物(i)。
本文的基于SWBE的液体施加的空气和水屏障涂料组合物还包含组分(ii)量为组合物的0.25重量％至5重量％的流变改性剂的组合，所述组合包含一种或多种量为组合物的0.05重量％–0.36重量％或者量为组合物的0.1重量％至0.36重量％的疏水改性的碱性可溶胀乳液(HASE)和一种或多种其他流变改性剂或由它们组成。
HASE聚合物作为水性油漆和涂料中的缔合增稠剂型流变改性剂在商业上是重要的。它们是水不溶性丙烯酸聚合物在水中的分散体，其可通过中和聚合物链上的酸基团而赋予水溶性，并且还含有长链疏水基团，有时称为“疏水物”。通常，它们是以下项的共聚物的水性分散体
(i)丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体，诸如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸乙基己酯)；
(ii)甲基丙烯酸、丙烯酸或衣康酸；和
(iii)含有长链疏水基团的单体，诸如烯属不饱和聚环氧乙烷(polyEO)大分子单体，例如烷基化乙氧基化物单体，优选烷基化乙氧基化物丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
烷基化链可以在C10至C25，或者C12至C20的范围内。
例如，来自陶氏化学公司的以下可商购获得的HASE含有连接有疏水物的丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸单体的聚合单元，ACRYSOLTMDR-6600、ACRYSOLTMDR-5500、ACRYSOLTMRM-7、ACRYSOLTMTT-615、ACRYSOLTMDR-72和ACRYSOLTMTT-935。其他可商购获得的HASE包括来自陶氏化学公司的ACRYSOLTMPrimal HT-400、ACULYNTM88、ACULYNTM28、ACULYNLTM88和Romax7011，来自高泰(Coatex)的RHEOTECHTM 4800。
流变改性剂的组合的其余部分可包括除HASE材料之外的任何缔合增稠剂，例如疏水改性的乙氧基化氨基甲酸酯(HEUR)。疏水改性的乙氧基化氨基甲酸酯(HEUR)缔合增稠剂型流变改性剂因其理想的流变和应用特性而广泛用于水性涂料中。疏水改性的环氧烷氨基甲酸酯聚合物是聚环氧乙烷、聚环氧丙烷或聚环氧丁烷氨基甲酸酯聚合物，优选用合适的疏水物改性的聚环氧乙烷氨基甲酸酯聚合物并且可通过例如使二异氰酸酯反应来制备；水溶性聚亚烷基二醇；和包含疏水物的封端剂。然后通过用例如疏水性醇或胺封端该异氰酸酯封端的预聚物来引入疏水物。
可以使用的其他流变改性剂包括例如羟乙基纤维素(HEC)、碱性可溶胀乳液(ASE)、同样合适的苯乙烯-马来酸酐三元共聚物(SMAT)，例如天然和改性天然材料，例如淀粉、改性淀粉、蛋白质和改性蛋白质、二聚和三聚脂肪酸和/或咪唑啉。
ASE增稠剂在聚合物结构上与HASE增稠剂类似，但不包含疏水基团，即它们是不溶性丙烯酸聚合物在水中的分散体，其具有分布在其聚合物链中的高百分比的酸基团。当酸基团被中和时，所形成的盐被“水合”，该盐在水溶液中溶胀或变得完全溶于水。随着水性制剂中中和聚合物的浓度增加，溶胀的聚合物链开始重叠，直到它们‘缠结在一起’。这种重叠和缠结导致粘度增加。同样，酸基团的浓度、聚合物的分子量和交联度在确定流变学和增稠效率方面是重要的。示例包括来自陶氏的ACRYSOLTMASE-75。
羟乙基纤维素聚合物(HEC)是可增稠、悬浮、粘合、乳化、形成膜、稳定、分散、保留水并提供保护性胶体作用的非离子水溶性聚合物。它们易溶于热水或冷水，并可用于制备具有宽范围粘度的溶液。示例包括
Figure BDA0003448054130000161
250HBR。
它们可以组合物的0.2重量％至4.95重量％的量存在，条件是HASE和其他流变改性剂的组合以组合物的0.25重量％至5重量％的累积总量存在，或者以组合物的0.5重量％至3重量％的量存在，或者以组合物的0.5重量％至2.0重量％的量存在。
除了交联聚硅氧烷分散体(i)和流变改性剂(ii)的组合之外，组合物还包含以下成分中的至少一种：
(iii)一种或多种选自以下项的组的填料：胶态二氧化硅、热解法二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅藻土、石英粉、高岭土、煅烧高岭土、硅灰石、羟基磷灰石、碳酸钙、水合氧化铝、氢氧化镁、炭黑、二氧化钛、氧化铝、蛭石、氧化锌、云母、滑石、氧化铁、硫酸钡和熟石灰或它们的混合物；和
(iv)一种或多种稳定剂。
液体施加的空气和水屏障涂料组合物还可包含一种或多种填料。合适的填料包括例如胶态二氧化硅、通过燃烧(热解法二氧化硅)和沉淀(沉淀二氧化硅)制成的二氧化硅粉末、半增强剂(诸如硅藻土或石英粉)。还可以添加非硅质填料，诸如碳酸钙、水合氧化铝、氢氧化镁、炭黑、二氧化钛、氧化铝、蛭石、氧化锌、云母、滑石、氧化铁、硫酸钡、熟石灰、高岭土、煅烧高岭土、硅灰石和羟基磷灰石。
可单独使用的或除上述之外还使用的其他填料包括矾石、硫酸钙(无水石膏)、石膏、硫酸钙、碳酸镁、粘土(诸如氢氧化铝)、石墨、碳酸铜(例如孔雀石)、碳酸镍(例如翠镍矿(zarachite))、碳酸钡(例如毒重石)和/或碳酸锶(例如菱锶矿)；氧化铝，来自由橄榄石族、石榴石族组成的组的硅酸盐；铝硅酸盐；环状硅酸盐；链状硅酸盐；和片状硅酸盐。橄榄石族包括硅酸盐矿物，如但不限于镁橄榄石和Mg2SiO4。石榴石族包括磨碎的硅酸盐矿物，如但不限于镁铝榴石；Mg3Al2Si3O12；钙铝榴石；和Ca2Al2Si3O12。铝硅酸盐包括磨碎的硅酸盐矿物，如但不限于硅线石；Al2SiO5；莫来石；3Al2O3.2SiO2；蓝晶石；和Al2SiO5。环状硅酸盐族包括硅酸盐矿物，如但不限于堇青石和Al3(Mg,Fe)2[Si4AlO18]。必要时，还可将可溶于硅氧烷聚合物(a)的液体烷氧基硅烷与填料一起添加以使填料与硅氧烷聚合物相容。
选择我们的组合物并向其中添加特定填料，诸如某些类型的二氧化硅，可以改善所得弹性体的物理特性，尤其是拉伸特性、伸长特性、硬度和热稳定性。
通常，填料当存在时以每100重量硅氧烷聚合物(a)10至200重量份填料的量存在，或者以每100重量份硅氧烷聚合物(a)15至100重量份填料的量存在。可提供疏水剂来处理上述填料以使它们为疏水的并因此更容易与反应产物(i)混合，疏水剂可以是例如硅烷(例如烷氧基硅烷)、硅氮烷和/或短链(2-20)有机聚硅氧烷或另选地硬脂酸酯等。
含有铵稳定的二氧化硅的弹性体是热稳定的，而钠稳定的二氧化硅则不是。酸性二氧化硅(含有H+作为稳定剂的那些)也产生热稳定弹性体。通常，未通过元素周期表的IA族或IIA族元素稳定的胶态或分散二氧化硅也将产生热稳定弹性体。挥发性有机胺和挥发性无机碱可用作产生热稳定弹性体的二氧化硅的稳定剂，例如(R7)3-xN(H)x，其中x＝0、1、2或3，R7是烷基或芳基基团，诸如(CH3)2NH或R7是醇基团，诸如N(CH2CH2OH)3或NH(CH2CH2OH)2。挥发性有机胺包括环己胺、三乙胺、二甲基氨基甲基丙醇、二乙基氨基乙醇、氨基甲基丙醇、氨基丁醇、单乙醇胺、单异丙醇胺、二甲基乙醇胺、二乙醇胺、氨基乙基丙二醇、氨基甲基丙醇、二异丙醇胺、吗啉、三(羟甲基)氨基甲烷、三异丙醇胺、三乙醇胺、苯胺和脲。除了挥发性有机胺外，挥发性无机碱(诸如氨和碳酸铵)也产生热稳定弹性体。
稳定剂也可添加到组合物中。这些可包含任何合适的稳定剂，例如pH稳定剂或任何含有氨基硅烷的聚合或纯氨基硅烷将用作稳定剂。纯氨基硅烷包括下式的化合物
(R4O)3-nR4 nnSiQ1NR4 yH2-y
其中n和y独立地为0、1或2；R4为相同或不同的具有1至8个碳原子(包括端值)的烷基链，Q1为(CH2)z或{(CH2)zN(R4)}w，其中z为1至10的整数且w为0至3(包括端值)。
本文也可以使用聚合氨基硅烷，诸如硅烷醇官能硅氧烷流体与氨基硅烷或硅烷醇官能硅氧烷流体与烷氧基硅烷和氨基硅烷的反应产物。例如，特别有用的一种可用聚合氨基硅氧烷具有下式：
Figure BDA0003448054130000191
其中z为3至40。
根据本公开的液体施加的空气和水屏障涂料组合物还可包括以下添加剂中的一种或多种：溶剂；颜料/着色剂、消泡剂；防腐剂，诸如杀生物剂、防霉剂、杀真菌剂、杀藻剂以及它们的组合；缓冲剂、阻燃剂、聚结剂、消毒剂、抗蚀剂、抗氧化剂、消泡剂和杀生物剂流动剂；流平剂；防冻材料，诸如聚丙二醇和其他中和剂，诸如氢氧化物、胺、氨和碳酸盐。
设想有机会提供有色液体施加的空气和水屏障涂料组合物，出于建筑美学的原因，所述组合物干燥或固化成有色涂料，使得此类有色涂料提供对建筑物的底层部件的改进的“隐藏”。通过使用本文所述的流变改性剂组合引起的储存期限增加规避了先前在供应链选择、地理分布、生产调度和最终涂层性能方面的限制。
因此如本文所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物还可包括含有为组合物提供色调的有色颜料的着色剂。制剂中含有的颜料颗粒是白色和非白色颜料。着色剂颗粒为本文的组合物提供任何颜色，包括白色。着色剂颗粒包括有色颜料、白色颜料、黑色颜料、金属效果颜料和发光颜料诸如荧光颜料和磷光颜料。如本文所用，术语“着色剂颗粒”包括白色颜料颗粒，诸如二氧化钛、氧化锌、氧化铅、硫化锌、锌钡白、氧化锆和氧化锑。着色聚合物组合物的颜色的示例包括黑色、品红色、黄色和青色，以及这些颜色的组合，诸如橙色、蓝色、红色、粉红色、绿色和棕色。着色聚合物组合物的其他合适的颜色包括荧光色；金属色，诸如银色、金色、青铜色和铜色；和珠光颜料。通过使用一种或多种不同类型的着色剂颗粒来获得这些颜色。
着色剂颗粒包括无机着色剂颗粒和有机着色剂颗粒。通常，着色剂颗粒的平均粒径在10nm至50μm的范围内，优选在40nm至2μm的范围内。合适的无机着色剂颗粒包括但不限于二氧化钛颜料、氧化铁颜料诸如针铁矿、纤铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿和磁铁矿；氧化铬颜料；镉颜料，诸如镉黄、镉红和镉朱砂；铋颜料，诸如钒酸铋和钼酸钒酸铋；混合金属氧化物颜料，诸如钛酸钴绿；铬酸盐和钼酸盐颜料，诸如铬黄、钼红和钼橙；群青颜料；氧化钴颜料；钛酸镍锑；铅铬；蓝铁颜料；炭黑；和金属效果颜料，诸如铝、铜、氧化铜、青铜、不锈钢、镍、锌和黄铜。
合适的有机着色剂颗粒包括但不限于偶氮颜料、单偶氮颜料、重氮颜料、偶氮颜料色淀、β-萘酚颜料、萘酚AS颜料、苯并咪唑酮颜料、重氮缩合颜料、金属络合物颜料、异吲哚啉酮和异吲哚啉颜料、多环颜料、酞菁颜料、喹吖啶酮颜料、苝和芘酮颜料、硫靛颜料、蒽嘧啶酮颜料、黄烷士酮颜料、蒽酮颜料、二噁嗪颜料、三芳基碳鎓颜料、喹酞酮颜料和二酮吡咯并吡咯颜料。
如前所述，鉴于工业上越来越希望使用基于液体的颜料组合物对此类液体施加的空气和水屏障涂料组合物进行着色，改进是显著的。液体施加的空气和水屏障涂料组合物还可包含一种或多种颜料，诸如炭黑或二氧化钛，并且还可作为填料添加。由于这些填料仅旨在影响固化的有机硅胶乳弹性体的颜色，因此它们通常以每100重量份硅氧烷聚合物0.1重量份至20重量份，优选0.5重量份至10重量份添加。已经发现二氧化钛作为紫外光屏蔽剂特别有用。
因此，如上文所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物可包含例如30重量％-80重量％的SWBE(i)0.25重量％至5重量％的流变改性剂，其包含0.05重量％至0.36重量％的一种或多种HASE的组合物，其余部分为一种或多种其他流变改性剂，诸如HEUR、ASE、HEC、SMAT、天然和改性天然材料，诸如淀粉、改性淀粉、蛋白质和改性蛋白质、二聚和三聚脂肪酸和/或咪唑啉。
利用有限HASE存在的基于SWBE的液体施加的、蒸气可渗透的、空气和水屏障涂料组合物具有储存期限稳定性，如通过在大于或等于(≥)5周的50℃热老化测试之后，或者在≥7周的50℃热老化测试之后保持小于(<)100,000mPa.s的粘度所定义，这相当于在室温下>12个月，并从而提供：-
1)制剂的有效稳定≥9个月，另选地≥12个月，
2)用水性分散体着色的销售点的机会，
3)用水性分散体着色的制造点的机会，同时保持空气和水屏障特性。
如上所述的组合物如下制备：通过首先制备反应产物(i)，通过首先将硅氧烷聚合物(a)和自催化交联剂(b)混合，然后将水(d)和表面活性剂(c)引入到预制混合物中，并将(a)至(d)混合在一起直到形成高固体凝胶相。可以使用任何类型的混合设备，包括低剪切混合设备，诸如TerrellTM、NeulanderTM或RossTM混合器。组合物的其他成分可以在制备预固化分散体期间引入，或者可以在使用前和混合后以任何合适的顺序添加到组合物中，所得组合物可以用水稀释至所需的有机硅含量。
本领域技术人员将认识到这些交联的水包油分散体可以其他方式制备。例如，可将硅氧烷聚合物和自催化交联剂混合物添加到表面活性剂和水溶液中，然后使用美国专利5,037,878和5,034,455中描述的胶体磨、均化器、声谱仪或其他高剪切装置进行乳化。分散体可通过如上所述的间歇方法或连续方法形成。如果使用连续工艺，则优选低剪切动态混合器或静态混合器。
如上文所述的组合物可以通过任何合适的方法施加到合适的基材上。例如，液体涂料可以喷涂、刷涂、辊涂、抹涂或以其他方式涂覆到基材上，尽管喷涂技术是优选的。一旦作为涂料施加在基材上，组合物将在水蒸发时形成弹性体膜，但应注意在施加至基材时不会发生固化反应，涂料通常通过水蒸发而仅在基材表面上干燥。在施加交联聚硅氧烷分散体组合物之后从交联聚硅氧烷分散体组合物中蒸发水导致在基材上形成有机硅胶乳弹性体。当施加交联聚硅氧烷分散体组合物时，水的蒸发步骤可以在环境或大气条件下在基材的位置处进行。另选地，水的蒸发步骤可以在由一个或多个加热器产生的人工加热条件下进行。
本文的组合物可作为优选为蒸气可渗透的，或者为蒸气可渗透的空气和水屏障用于任何合适的基材，例如砖石基材，诸如混凝土砌块、槽块、砖、灰泥、合成灰泥、灌浇混凝土、预制混凝土、绝缘饰面体系(EIFS)、喷浆混凝土、石膏以及石膏板、木材、胶合板和任何其他需要所述屏障涂料的内表面。基材可位于墙组件的承重支撑件的内部或外部。实际上，基材可以是前述承载支撑件，例如混凝土砌体单元(CMU)。在将上述液体施加的空气和水屏障涂料组合物干燥之前，墙组件包括如上所述设置在基材上的液体施加的空气和水屏障涂料组合物。然而，在液体施加的空气和水屏障涂料组合物已经干燥之后，墙组件包括优选通过干燥或蒸发上述组合物而形成的蒸气可渗透的空气和水屏障涂料。
如上文所述的液体施加的、蒸气可渗透的、空气和水屏障涂料组合物可以20密耳(0.508mm)至50密耳(1.27mm)或20密耳至60密耳(1.524mm)的湿厚度施加并在施加后干燥至10密耳(0.254mm)至25密耳(0.635mm)或10密耳至30密耳(0.762mm)的干厚度。取决于温度、湿度和风条件，组合物的平均干燥时间为约4至12小时，并且仅几天后将存在完全的粘合性和物理特性。
如上文所述的液体施加的、蒸气可渗透的、空气和水屏障涂料组合物一旦在基材上干燥，就满足建筑材料透气性标准测试方法ASTM E2178-11的ASHRAE 90.1-2010的要求，在75Pa的压差下在10密耳(0.254mm)和15密耳(0.381mm)的厚度下具有小于0.006的透气性(L/s/m2)。
液体施加的空气和水屏障涂料组合物一旦干燥并且当(水)蒸气可渗透时，根据材料水蒸气透过率标准测试方法ASTM E96/E96M-10的干杯干燥剂方法，对于10密耳(0.254mm)和15密耳(0.381mm)厚度两者，具有大于7US Perm(400.49ng.s-1m-2Pa-1)、大于10US Perm(572.135ng.s-1m-2Pa-1)或大于15US Perm(858.2035ng.s-1m-2Pa-1)的水蒸气透过率，以及根据材料水蒸气透过率标准测试方法ASTM E96/E96M-10的水蒸气透过湿杯水法，对于10密耳(0.254mm)厚的涂层和15密耳(0.381mm)厚的涂层大于20US Perm(1144.27ng.s-1m-2Pa-1)、大于24US Perm(1373.12ng.s-1m-2Pa-1)、大于25US Perm(1430.3375ng.s-1m-2Pa-1)或大于30US Perm(1716.41ng.s-1m-2Pa-1)。
此外，如上文所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物一旦干燥就通过ASTMD1970-09第8.9节中描述的自密封性(水头)测试。
还考虑到硅氧烷是预固化的，据信此类组合物将无法成功通过测试，诸如ASTMD1970–09第8.9节中描述的自密封性(水头)测试，因为不期望膜将能够自我修复以保持其完整性并防止进水等。在两种情况下，上文所述的组合物已出人意料地被证明满足这两种情况的必要要求。此外，本文所述的涂料与许多目前可用的空气和水屏障涂料相比具有额外的优势，因为其与其他基于有机硅的产品诸如粘合剂、填缝剂和密封剂相容。
因此，本发明的组合物可作为优选是蒸气可渗透或另选地蒸气可渗透的空气和水屏障涂料用于需要其的任何建筑物中，例如，气候区中的腔壁系统，其中提供对(水)蒸气可透过的空气和水屏障层是有益的，并且腔壁的结构是适当设计的。如技术人员所理解的，腔壁系统在结构上变化以适应当地气候，即腔壁系统中的隔热材料和空气和水屏障的相对位置，因为提供涂层以使水蒸气能够扩散通过涂层，并旨在应用于基材上，以防止水分滞留在壁腔中的风险。本文的组合物特别适合于其中高水平的(水)蒸气渗透性由于周围气候而有利的环境。
已知有机硅具有优异的整体耐久性，包括暴露于建筑物上的紫外线辐射。空气屏障在安装后和安装外部建筑物立面之前需要承受一定量的紫外线辐射。在制造商建议用建筑立面覆盖空气屏障之前，一些空气屏障具有有限的暴露时间。由于本文的组合物是基于有机硅的材料，因此紫外线耐久性允许空气屏障无限期地暴露在大气中或至少长时间地暴露，这可以在施工期间或在工地延误的情况下实现更大的灵活性。
虽然大多数可商购获得的涂料固化至最小40密耳(1.016mm)厚度并且通常需要甚至更厚的涂层，但本发明组合物可以10密耳(0.254mm)至30密耳(0.762mm)的厚度涂覆在基材上并且仍然满足所有必要的测试，如将在以下示例中所述，避免了许多商业替代品遇到的问题，这些替代品需要显著更厚的涂层(例如，>50密耳(1.27mm))，特别是由于认识到空气和水屏障的非常厚的涂层可能干扰扩散。应注意，本发明组合物在施加之前含有预固化的聚硅氧烷网络，并因此涂层被施加并仅在基材上干燥而不具有额外的固化需要。上文所述的组合物适用于在基材的整个表面上提供均匀分布的涂层，即使当所述基材具有不平坦的表面和/或是多孔的时。
本文所述的涂料组合物，当施加到基材上时，为基材提供长期保护，防止空气和水渗透，由季节性热膨胀和/或收缩、紫外线和天气引起的正常移动。其即使在暴露在阳光、雨雪或极端温度下时也能保持防水特性。事实上，当根据ASTM 1970-09第8.6节使用具有15密耳(0.381mm)涂层厚度的样品进行低温柔韧性测试时，组合物通过了测试，证明该组合物一旦施加，就在低温下保持柔韧性。
如本文所述的也优选是蒸气可渗透的空气和水屏障涂料可通过将液体施加的空气和水屏障涂料组合物施加到合适的内部建筑结构表面上而形成。液体施加的水和空气屏障组合物可通过任何合适的方法施加，例如辊涂、涂漆、喷涂或抹涂到基材上，并且所得涂层成为结构墙的一部分(通常在从建筑物内部施加之后)，其中液体施加的空气和水屏障涂料组合物干燥或固化为建筑围护结构之上、之中或周围的整体膜。
虽然历史上这些类型的组合物通常与不需要紧固件孔以避免水渗透透过的墙壁系统一起使用，但这对于上文所述的组合物来说是不必要的，因为它们出乎意料地被发现重新密封。因此，上文所述的组合物还可用于在安装过程中基板可能发生错搭或撕裂的情况。
与其他产品相比的一个特殊优势是，当施加到基材上时，如本文所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物由于它们的UV稳定性可在施加外墙覆层之前暴露延长或甚至无限期的时间段。
在本文公开的一个实施方案中，提供了一种墙组件。本文所述的墙组件可包括使用液体施加的空气和水屏障涂料组合物作为粘合剂以将弹性体材料粘合至建筑覆板基材、金属基材诸如涂漆或未涂漆的铝基材、镀锌金属基材、木框架基材等。例如，其他合适的基材包括混凝土、定向刨花板(OSB)、外覆板、预制板、胶合板和木材或钢立柱墙。
实施例
现在将通过以下实施例详细描述本公开，其中在室温(大约21℃)下使用Brookfield DV-III Ultra，04号心轴以2rpm进行所有粘度测量。
组合物的制备
交联聚硅氧烷分散体是通过将约2重量份的
Figure BDA0003448054130000251
(其中各R4基团为甲基基团)引入到100重量份的在21℃下粘度为50,000mPa.s的羟基二甲基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷中根据ASTM D4287-00(2010)在Turrello混合器中以2rpm使用具有3号心轴的记录型布氏粘度计来制备的。然后添加4份水和表面活性剂(TERGITOLTMTMN-10)的1:1溶液并将所得混合物混合直到形成高固体乳液凝胶。然后所得预制交联聚硅氧烷分散体(有时称为有机硅胶乳乳液)适合与组合物的其他成分混合。
实施例和反例中使用的液体施加的空气和水屏障涂料组合物的基本成分以设定的量提供，除非另有说明，唯一的变量是HASE和根据存在的HASE的量而变化的水的重量％使得组合物的总重量％始终为100％。
以下实施例和反例中使用的所有组合物均含有以下组分：
42.6重量％的先前制备的预制交联聚硅氧烷分散体(有机硅乳胶乳液)
HASE(表1中所示的市售产品和重量％)
1.01重量％非HASE流变改性剂(0.77重量％ACRYSOLTMASE-75和HEC 0.24重量％NATROSOLTM 250HBR)与
24.1重量％胶态二氧化硅，
12.7重量％超细碳酸钙
2.5重量％Dupont
Figure BDA0003448054130000261
R-706二氧化钛颜料
0.8重量％非离子表面活性剂，陶氏TERGITOLTM TMN-10
1.0重量％消泡剂，
0.8重量％丙二醇
1.5重量％Chromaflo Lamp Black 808-9907水性炭黑浓缩物组合，100重量％的余量由水组成。
使用以下方法制备组合物：
使用具有分散式叶轮的CaframoTM顶置式混合器将交联聚硅氧烷分散体、水、非离子表面活性剂和消泡剂在800rpm下混合在一起10分钟，然后在1200rpm下混合5分钟。然后在2分钟内缓慢添加HEC，同时在1200rpm下混合，然后将所得混合物在1600rpm下进一步混合5分钟。然后添加胶态二氧化硅并在1600rpm下再继续混合5分钟。然后引入碳酸钙和二氧化钛，并将所得混合物在1600rpm下进一步混合15分钟，之后在5分钟时段内缓慢添加HASE和ACRYSOLTMASE-75的预混物，同时在1200rpm下混合，然后添加丙二醇，随后在1200rpm下再混合5分钟；当存在时然后添加水性灯黑浓缩液，随后在1200rpm下再混合5分钟，并最后使用FlackTek SpeedMixerTM在2000rpm下将所得混合物在真空下脱气2分钟，然后在使用前过滤。
测定了实施例和比较例制备的每种组合物的样品的各种物理特性。
水蒸气透过率为在每个表面处的特定温度和湿度条件下垂直于特定平行表面的单位时间内通过主体单位面积的稳定水蒸气流量，并根据标准测试方法ASTM E96/E96M-10进行测试。
使用ASTM D1970–09第8.9节中描述的自密封性(水头)测试确定钉密封性。它评估了沥青屋面系统的钉密封性要求，但它是空气屏障材料的常用标准。这是一项重要的测试，因为弹性体材料本身并不具有自密封特性。制备的所有实施例和反例均满足或超过下表1中所示的可接受值。
表1
Figure BDA0003448054130000271
历史上，交联聚硅氧烷分散体具有如先前所讨论的储存期限问题。一旦在室温(大约21℃)下粘度超过100,000mPa.s，则认为样品已超过其储存期限。为了确定以上制备的每个实施例和比较例的样品的储存期限，组合物进行以下内部加速储存期限老化测试：
1.将根据以上程序制备的样品添加到密封容器中，并放置在50℃的烘箱中。
2.每7天从烘箱中取出样品，冷却至室温(21℃)，并测量粘度。
3.重新密封容器盖并返回烘箱进行额外老化。
4.重复步骤2和3，直到样品在室温下达到>100,000mPa.s
5.记录样品在室温下处于或低于100,000mPa.s的每周粘度值。
6.已经确定，根据Arrhenius行为使用2.1的保守Q10因子，6周或更大的A值定义了12个月或更长的储存期限。
使用
Figure BDA0003448054130000281
DV-III Ultra，04号心轴，在2rpm和室温(21℃)下进行在加速储存期限老化测试期间进行的粘度测量，
1.使样品冷却至室温(如果在升高的温度下)。取下盖子。
2.测量前用压舌板手动混合样品
3.降低心轴直到它接触到容器底部，然后升高1/4英寸(0.635cm)。
4.启动仪器并等待，直到获得稳态测量值。
表2中描述了每个实施例的HASE类型和HASE浓度以及在室温下达到100,000mPa.s的粘度的时间。
表2：
Figure BDA0003448054130000291
制备了一系列比较物。上述实施例的组合物的唯一区别是HASE含量超出了以上描述中指出的范围(以上)以及水含量以补偿达到100重量％。
表3中描述了每个比较例的HASE类型和HASE浓度以及在室温下达到100,000mPa.s的粘度的时间。
表3：在50℃下达到100,000mPa.s的时间(以周为单位)
Figure BDA0003448054130000292
比较例7：
C.E.7证明了不含炭黑但HASE含量>0.36重量％的样品的延长的储存期限。表4中描述了比较例8的HASE类型和HASE浓度以及在室温下达到100,000mPa.s的粘度的时间。表4：
Figure BDA0003448054130000301
可以看出，表2中的所有实施例都具有延长的储存期限，而表3和4中的所有反例都没有。

Claims (25)

1.一种液体施加的空气和水屏障涂料组合物，包含：
(i)交联聚硅氧烷分散体：其为以下项的反应产物：(a)每分子具有至少两个-OH基团的硅氧烷聚合物，或每分子具有至少两个-OH基团的聚合物混合物，处于21℃的粘度为5000mPa.s至500,000mPa.s，和(b)至少一种与(a)反应的自催化交联剂，并且另外包含(c)表面活性剂和(d)水；
(ii)量为所述组合物的0.25重量％至5重量％的流变改性剂的组合，所述组合包含一种或多种量为所述组合物的0.05重量％–0.36重量％的疏水改性的碱性可溶胀乳液和一种或多种其他流变改性剂或由它们组成；以及以下成分中的至少一种：
(iii)一种或多种选自以下项的组的填料：胶态二氧化硅、热解法二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅藻土、石英粉、高岭土、煅烧高岭土、硅灰石、羟基磷灰石、碳酸钙、水合氧化铝、氢氧化镁、炭黑、二氧化钛、氧化铝、蛭石、氧化锌、云母、滑石、氧化铁、硫酸钡和熟石灰或它们的混合物；和/或
(iv)一种或多种稳定剂。
2.根据权利要求1所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物，其中所述流变改性剂的组合(ii)包含一种或多种量为所述组合物的0.05重量％-0.36重量％的疏水改性的碱性可溶胀乳液，和量为所述组合物的0.5重量％至3重量％的其他流变改性剂。
3.根据任一前述权利要求所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物，其中所述流变改性剂的组合(ii)包含一种或多种疏水改性的碱性可溶胀乳液以及一种或多种碱性可溶胀乳液、一种或多种疏水改性的乙氧基化氨基甲酸酯、羟乙基纤维素和/或苯乙烯-马来酸酐三元共聚物。
4.根据任一前述权利要求所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物，其中所述流变改性剂的组合(ii)
由一种或多种疏水改性的碱性可溶胀乳液与一种或多种碱性可溶胀乳液和/或一种或多种羟乙基纤维素的混合物组成。
5.根据任一前述权利要求所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物，其中所述组合物还包含以下添加剂中的一种或多种：流变改性剂，其不是缔合增稠剂；溶剂；颜料/着色剂、消泡剂；防腐剂、缓冲剂、阻燃剂、聚结剂、消毒剂、抗蚀剂、抗氧化剂、消泡剂和杀生物剂流动剂；流平剂；防冻材料和/或中和剂。
6.根据任一前述权利要求所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物，其中所述组合物还包含颜料/着色剂的水性分散体。
7.根据任一前述权利要求所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物，其中所述组合物具有大于或等于9个月的储存期限。
8.一种具有内侧和外侧的墙组件，其中所述内侧和所述外侧中的任一者或两者涂覆有根据任一前述权利要求所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物的干燥涂层。
9.根据权利要求8所述的墙组件，其特征在于将根据权利要求1至7中任一项所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物以20密耳(0.508mm)至60密耳(1.524mm)的湿厚度施加到基材上，并在施加后干燥至10密耳(0.254mm)至30密耳(0.762mm)的干厚度。
10.根据权利要求8或9所述的墙组件，其特征在于所述交联聚硅氧烷分散体组合物一旦在基材上干燥，就符合建筑材料透气性标准测试方法ASTM E2178-11的要求，在75Pa的压差下在10密耳(0.254mm)和15密耳(0.381mm)的厚度下具有小于0.006的透气性(L/s/m2)。
11.根据权利要求8、9或10所述的墙组件，其特征在于所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物一旦在基材上干燥，就符合根据材料水蒸气透过率标准测试方法ASTM E96/E96M-10的水蒸气透过干杯干燥剂方法，对于10密耳(0.254mm)和15密耳(0.381mm)厚度大于7USPerm(572.135ng.s-1m-2Pa-1)，以及根据材料水蒸气透过率标准测试方法ASTM E96/E96M-10的水蒸气透过湿杯水方法，对于10密耳(0.254mm)厚度的涂层为30US Perm(1716.41ng.s-1m-2Pa-1)以及对于15密耳(0.381mm)厚度的涂层大于24USPerm(1373.12ng.s-1m-2Pa-1)。
12.根据权利要求8、9、10或11所述的墙组件，其特征在于所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物一旦在基材上干燥，就通过ASTM D1970–09第8.9节中描述的自密封性(水头)测试。
13.根据权利要求8、9、10、11或12所述的墙组件，其特征在于将所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物涂覆到选自以下项的基材上：建筑覆板基材、金属基材诸如涂漆或未涂漆的铝基材、镀锌金属基材和木框架基材、混凝土砌体、泡沫塑料绝缘板、外部绝缘物、预制混凝土、现浇混凝土、木框架、定向刨花板(OSB)、外部覆板、预制板、胶合板和木材或钢立柱墙、屋顶薄膜的屋顶毡和非渗透墙组件。
14.根据权利要求8、9、10、11、12或13所述的墙组件，其中所述干燥涂层是蒸气可渗透的。
15.一种增加液体施加的空气和水屏障涂料组合物的储存稳定性的方法，所述方法通过将(ii)量为所述组合物的0.25重量％至5重量％的流变改性剂的组合引入到所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物中来实现，所述组合包含一种或多种量为所述组合物的0.05重量％–0.36重量％的疏水改性的碱性可溶胀乳液以及一种或多种其他流变改性剂或由它们组成，所述组合物另外包含(i)交联聚硅氧烷分散体：其为以下项的反应产物：(a)每分子具有至少两个-OH基团的硅氧烷聚合物，或每分子具有至少两个-OH基团的聚合物混合物，处于21℃的粘度为5000mPa.s至500,000mPa.s，和(b)至少一种与(a)反应的自催化交联剂，并且另外包含(c)表面活性剂和(d)水；
以及以下成分中的至少一种：
(iii)一种或多种选自以下项的组的填料：胶态二氧化硅、热解法二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅藻土、石英粉、高岭土、煅烧高岭土、硅灰石、羟基磷灰石、碳酸钙、水合氧化铝、氢氧化镁、炭黑、二氧化钛、氧化铝、蛭石、氧化锌、云母、滑石、氧化铁、硫酸钡和熟石灰或它们的混合物；和/或
(iv)一种或多种稳定剂。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述组合物的储存稳定性大于或等于9个月。
17.根据权利要求115或16所述的方法，其中所述组合物还包含颜料/着色剂的水性分散体。
18.一种处理具有内侧和外侧的墙组件的方法，所述方法包括在所述内侧和/或所述外侧中的任一者或两者上喷涂、刷涂或滚涂根据权利要求1至7中任一项所述的液体施加的空气和水屏障涂料组合物。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括在将所述交联聚硅氧烷分散体施加到所述基材上之后，从所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物中蒸发水。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于将所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物以20密耳(0.508mm)至60密耳(1.524mm)的湿厚度施加到基材上，并在施加后干燥至10密耳(0.254mm)至30密耳(0.762mm)的干厚度。
21.根据权利要求18、19或20所述的方法，其特征在于所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物一旦在基材上干燥，就符合建筑材料透气性标准测试方法ASTM E2178-11的要求，在75Pa的压差下在10密耳(0.254mm)和15密耳(0.381mm)的厚度下具有小于0.006的透气性(L/s/m2)。
22.根据权利要求18、19、20或21所述的方法，其特征在于所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物一旦在基材上干燥，就符合根据材料水蒸气透过率标准测试方法ASTM E96/E96M-10的水蒸气透过干杯干燥剂方法，对于10密耳(0.254mm)和15密耳(0.381mm)大于7USPerm，以及根据材料水蒸气透过率标准测试方法ASTM E96/E96M-10的水蒸气透过湿杯水方法，对于10密耳(0.254mm)厚度的涂层为30US Perm(1716.41ng.s-1m-2Pa-1)以及对于15密耳(0.381mm)厚度的涂层大于24US Perm(1373.12ng.s-1m-2Pa-1)。
23.根据权利要求18、19、20、21或22所述的方法，其特征在于所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物一旦在基材上干燥，就通过ASTM D1970-09第8.9节中描述的自密封性(水头)测试。
24.根据权利要求18、19、20、21、22或23所述的方法，其特征在于将所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物施加到选自以下项的基材上：建筑覆板基材、金属基材诸如涂漆或未涂漆的铝基材、镀锌金属基材、木框架基材、砖石基材或石膏板、木材、或胶合板以及它们的任何组合。
25.流变改性剂的组合用于增加液体施加的空气和水屏障涂料组合物的储存稳定性的用途，所述组合的量为所述组合物的0.25重量％至5重量％，所述组合包含一种或多种量为所述组合物的0.05重量％–0.36重量％的疏水改性的碱性可溶胀乳液以及一种或多种其他流变改性剂或由它们组成；，所述液体施加的空气和水屏障涂料组合物另外包含
(ii)交联聚硅氧烷分散体：其为以下项的反应产物：(a)每分子具有至少两个-OH基团的硅氧烷聚合物，或每分子具有至少两个-OH基团的聚合物混合物，处于21℃的粘度为5000mPa.s至500,000mPa.s，和(b)至少一种与(a)反应的自催化交联剂，并且另外包含(c)表面活性剂和(d)水；以及以下成分中的至少一种：
(iii)一种或多种选自以下项的组的填料：胶态二氧化硅、热解法二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅藻土、石英粉、高岭土、煅烧高岭土、硅灰石、羟基磷灰石、碳酸钙、水合氧化铝、氢氧化镁、炭黑、二氧化钛、氧化铝、蛭石、氧化锌、云母、滑石、氧化铁、硫酸钡和熟石灰或它们的混合物；和/或
(iv)一种或多种稳定剂。
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