CN115160884A - 一种基于环硅氧烷的透气性防水涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其包括基于环硅氧烷的乳液，其由八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷、水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW‑450、丙烯酸丁酯为聚合单元制备而成。本发明技术方案中，八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷反应后，会形成网状结构的体型分子，其成膜性好且规整度高，施加于硬表面或外墙上后可以形成致密的薄膜结构，适用于防水性涂料中的应用；而原料乙烯基环四硅氧烷本身具有活泼双键，可以进一步与丙烯酸酯衍生物接枝，形成相对而言不规整的长支链结构，使得分子结构的柔性增加，并且削弱了分子排列的紧密程度，配合掺杂的微孔固体颗粒，使得孔隙率有一定程度的增加，更易形成贯穿结构，便于气体的流通。

Description

一种基于环硅氧烷的透气性防水涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于防水涂料领域，具体涉及一种本基于环硅氧烷的透气性防水涂料及其制备方法。

背景技术

有机聚硅氧烷为一种柔性好，且有着较强憎水性能的材料，常用于防水涂料中。其本身具有柔性，以及与涂料中其他水性成分较好的相容性的特点，可以在墙体或者硬表面形成较为致密的薄膜，从而可以有效阻挡外界水分子对基材的侵蚀。

然而，现今消费者对防水涂料的要求日渐增加，除了防水特性以外，还希望防水涂料兼有透气的特性。这就要求涂料成膜后，除了致密、规整的外观以阻挡水分子的渗入之外，还需要留有与空气分子相当的孔径，形成有利于空气的流通的贯穿结构。而基于有机聚硅氧烷的涂料，通常成膜过于致密，透气性能不太理想。

同时，在现有产品中，如何平衡防水材料中，透气和防水这两个看似矛盾的特性，是一个尚未解决的难题。若透气性能过好，防水性能会随之下降，反之亦然。

因此，提供一种兼有优异透气和防水效果的防水涂料，仍是一个亟需解决的难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其在确保涂料成膜具有优异防水特性的同时，与配方中的微孔固体颗粒共混后，还兼有理想的透气性能，极好地满足了市场需求。

本发明的一个目的，在于提供一种基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其特征在于，所述基于环硅氧烷的透气性防水涂料包括基于环硅氧烷的乳液、微孔固体颗粒、成膜助剂；

其中，所述基于环硅氧烷的乳液由八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷、水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450、丙烯酸丁酯为聚合单元制备而成。

本发明中，八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷经反应后会形成网状结构的体型分子，具有成膜性好、规整度高的特点，易形成致密的薄膜结构；另一方面，其支链部位留有活泼的官能团，可以与配方中的丙烯酸酯类单体进行共聚，从而分子还具有长支链结构，这一方面加大了该体型分子的柔性，使其更容易形成通畅的贯穿结构；另一方面也破坏了该体型分子的规整度，一定程度上削弱了分子之间排列的紧密程度，从而配合微孔固体颗粒，产生更多的孔隙，从而便于气体流通。

进一步地，所述微孔固体颗粒的粒径为10-20μm。

本发明中，微孔固体颗粒的粒径不宜过大，过大的粒径会影响涂料成膜的致密程度，松散的膜结构无法有效阻挡水分子的渗入；并且过大的粒径也容易使得微孔固体颗粒聚集成团而无法均匀分散，从而进一步影响涂料的成膜性。

进一步地，所述成膜助剂为醇酯十二。

进一步地，所述八甲基环四硅氧烷与乙烯基环四硅氧烷的摩尔比为1:1-3:1。

进一步地，所述水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450的官能团数为6。

本发明的另一个目的，在于提供上述基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备方法，其包括如下步骤：

基于环硅氧烷的乳液的制备：

S1.将水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450、丙烯酸丁酯与水共混，并加入相转移催化剂，得到乳化液；

S2.向所述乳化液中加入引发剂反应，得到中间产物；

S3.向所述中间产物中滴加所述八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷和酸的混合物，在90-100℃下反应，得到所述基于环硅氧烷的乳液。

进一步地，步骤S3中，所述酸选自烷基苯磺酸、硫酸、盐酸、醋酸的一种或多种。

进一步地，步骤S2中，所述引发剂选自过硫酸胺、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈的一种或多种。

进一步地，还包括步骤S4.用氨水调节pH至7-8。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明技术方案中，八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷反应后，会形成网状结构的体型分子，其成膜性好且规整度高，施加于硬表面或外墙上后可以形成致密的薄膜结构，适用于防水性涂料中的应用；而原料乙烯基环四硅氧烷本身具有活泼双键，可以进一步与丙烯酸酯衍生物接枝，形成相对而言不规整的长支链结构，使得分子结构的柔性增加，并且削弱了分子排列的紧密程度，配合掺杂的微孔固体颗粒，使得孔隙率有一定程度的增加，更易形成贯穿结构，便于气体的流通。

2.原料水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450的官能团数较大，有利于形成支化度较高的支链，保证长支链的不规整程度，形成“整体规整，局部无序”的分子结构。

3.成膜助剂的加入，有利于一定程度上找平所形成的薄膜外表面，从而使得薄膜的粗糙度降低，孔隙排布均在同一水平面上，有利于气体进一步地流通。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。

本发明的微孔固体颗粒为陶瓷颗粒，粒径约为15μm。

本发明涉及的份数，除非特别提及，否则均为质量份数。

实施例1

一种基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其包括质量份数如下的成分：

基于环硅氧烷的乳液 60份

微孔固体颗粒 5份

醇酯十二 3份。

上述基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备方法如下所述：

基于环硅氧烷的乳液的制备

S1.在具有回流装置的反应釜中，将质量份数15份的水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450和18份的丙烯酸丁酯溶于100份水中共混，加入催化量的乳化剂司盘-80，得到乳化液；

S2.向上述乳化液中加入催化量的引发剂过硫酸铵，升温至95℃反应2h，得到中间产物；

S3.将八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷(计算得到，八甲基环四硅氧烷：乙烯基环四硅氧烷＝1:1，n/n)，以及十二烷基苯磺酸(10wt％的八甲基环四硅氧烷)共混配置成混合溶液，取混合溶液7份，滴入上述中间产物中，在95℃下反应2h，然后降温后，用氨水调节至中性。

基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备

按上述质量份数，将基于环硅氧烷的乳液、微孔固体颗粒和醇酯十二共混于反应釜中，30℃下搅拌30min，釜底出料，得到基于环硅氧烷的透气性防水涂料。

实施例2

一种基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其包括质量份数如下的成分：

基于环硅氧烷的乳液 70份

微孔固体颗粒 7份

醇酯十二 4份。

上述基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备方法如下所述：

基于环硅氧烷的乳液的制备

S1.在具有回流装置的反应釜中，将质量份数20份的水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450和23份的丙烯酸丁酯溶于110份水中共混，加入催化量的乳化剂司盘-80，得到乳化液；

S2.向上述乳化液中加入催化量的引发剂过硫酸铵，升温至95℃反应2h，得到中间产物；

S3.将八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷(计算得到，八甲基环四硅氧烷：乙烯基环四硅氧烷＝1:1，n/n)，以及十二烷基苯磺酸(12wt％的八甲基环四硅氧烷)共混配置成混合溶液，取混合溶液10份，滴入上述中间产物中，在95℃下反应3h，然后降温后，用氨水调节至中性。

基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备

按上述质量份数，将基于环硅氧烷的乳液、微孔固体颗粒和醇酯十二共混于反应釜中，30℃下搅拌30min，釜底出料，得到基于环硅氧烷的透气性防水涂料。

实施例3

一种基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其包括质量份数如下的成分：

基于环硅氧烷的乳液 75份

微孔固体颗粒 8份

醇酯十二 5份。

上述基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备方法如下所述：

基于环硅氧烷的乳液的制备

S1.在具有回流装置的反应釜中，将质量份数24份的水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450和27份的丙烯酸丁酯溶于125份水中共混，加入催化量的乳化剂司盘-80，得到乳化液；

S2.向上述乳化液中加入催化量的引发剂过硫酸铵，升温至95℃反应2h，得到中间产物；

S3.将八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷(计算得到，八甲基环四硅氧烷：乙烯基环四硅氧烷＝1:1，n/n)，以及十二烷基苯磺酸(13wt％的八甲基环四硅氧烷)共混配置成混合溶液，取混合溶液15份，滴入上述中间产物中，在95℃下反应3h，然后降温后，用氨水调节至中性。

基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备

按上述质量份数，将基于环硅氧烷的乳液、微孔固体颗粒和醇酯十二共混于反应釜中，30℃下搅拌40min，釜底出料，得到基于环硅氧烷的透气性防水涂料。

对比例1

对比例1中，所用原料和制备方法均与实施例1相同，唯一不同在于，对比例1的步骤S1中，用等质量份数的丙烯酸丁酯代替水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450。

对比例2

对比例2中，所用原料和制备方法均与实施例1相同，唯一不同在于，对比例2的步骤S3中，八甲基环四硅氧烷与乙烯基环四硅氧烷的摩尔比为5:1。

对比例2

对比例3中，所用原料和制备方法均与实施例1相同，唯一不同在于，对比例3的基于环硅氧烷的透气性防水涂料中，不含有醇酯十二。

测试例

为了评估上述实施例1-3、对比例1-3所得防水涂料的各项性能，作出以下测试。

根据GB/T19250-2013对防水涂料的力学性能、防水性进行测试；

根据JG/T 309，对水蒸气透过率进行测试。

所得结果如表1所示。

表1实施例1-3、对比例1-2所得防水涂料的各项性能指标

从表1可以看出，实施例1-3、对比例1-2所得防水涂料，均体现出良好的力学性能和防水性能，力学性能方面，在拉伸强度和断裂伸长率两个指标中，所有样品均为合格状态；而防水性能方面，所有样品也都表现出完全不透水的行为。

然而对比例3中显示出透水的原因，是由于对比例3中未添加成膜助剂醇酯十二，使得涂料表面无法完全成膜和找平，再加上涂料本身含有大量的固体颗粒，更是加大了涂料本身的褶皱程度，导致成膜性较差，因此无法完全防水。

而从最关键的指标，水蒸气透过率而言，不同样品体现出的数据是截然不同的：实施例1-3的水蒸气透过率数值较为理想，均在80g/m².d之上，说明在完全不透水的同时，还可以兼顾透气性，这是与实施例1-3所得样品的特殊的膜结构有关：一方面，八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷反应后，会形成网状结构的体型分子，其成膜性好且规整度高；另一方面，丙烯酸酯衍生物接枝，形成相对而言不规整的长支链结构，使得分子结构的柔性增加，并且削弱了分子排列的紧密程度，配合掺杂的微孔固体颗粒，使得孔隙率有一定程度的增加；再一方面，实施例1-3所得样品的原料水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450的官能团数较大，有利于形成支化度较高的支链，保证长支链的不规整程度，形成“整体规整，局部无序”的分子结构。因此，实施例1-3所得样品更易形成贯穿结构，便于气体的流通。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其特征在于，所述基于环硅氧烷的透气性防水涂料包括基于环硅氧烷的乳液、微孔固体颗粒、成膜助剂；

其中，所述基于环硅氧烷的乳液由八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷、水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450、丙烯酸丁酯为聚合单元制备而成。

2.根据权利要求1所述基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其特征在于，所述微孔固体颗粒的粒径为10-20μm。

3.根据权利要求1所述基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其特征在于，所述成膜助剂为醇酯十二。

4.根据权利要求1所述基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其特征在于，所述八甲基环四硅氧烷与乙烯基环四硅氧烷的摩尔比为1:1-3:1。

5.根据权利要求1所述基于环硅氧烷的透气性防水涂料，其特征在于，所述水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450的官能团数为6。

6.权利要求1-5任一项所述基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

基于环硅氧烷的乳液的制备：

S1.将水性脂肪族丙烯酸改性聚氨酯DRW-450、丙烯酸丁酯与水共混，并加入相转移催化剂，得到乳化液；

S2.向所述乳化液中加入引发剂反应，得到中间产物；

S3.向所述中间产物中滴加所述八甲基环四硅氧烷、乙烯基环四硅氧烷和酸的混合物，在90-100℃下反应，得到所述基于环硅氧烷的乳液。

7.根据权利要求6所述基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述酸选自烷基苯磺酸、硫酸、盐酸、醋酸的一种或多种。

8.根据权利要求6所述基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述引发剂选自过硫酸胺、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈的一种或多种。

9.权利要求6所述基于环硅氧烷的透气性防水涂料的制备方法，其特征在于，还包括步骤S4.用氨水调节pH至7-8。