水性涂料防雾改性剂及其制备方法   0    0

[0001] 本发明属于水性涂料领域，具体涉及水性涂料防雾改性剂及其制备方法。

[0002] 雾气是日常生活中的常见现象。由于在一些界面材料的两侧存在明显的温度差，如玻璃、塑料等，界面材料的温度通常与低温侧的温度更接近，使得温度较高一侧的空气中的水蒸气在接触到温度较低的基材时，会在其表面凝结形成流动性很差的小液滴，即产生雾气。在一些特定环境中，雾气的存在会产生很多不利影响。例如，汽车的挡风玻璃上产生了雾气，会影响驾驶员的驾驶，增加造成交通事故的风险；又如，塑料大棚的塑料薄膜上产生了雾气，会折射阳光，对大棚内的农作物的生长造成影响。因此，有必要对在这些环境中使用的透明基材进行防雾改性。

[0003] 涂覆透明防雾水性涂料是常用的防雾改性方法。其中，最常用的透明防雾水性涂料是亲水性丙烯酸酯或其共聚物，利用树脂涂层对涂层表面凝结的水分的吸收作用，起到防雾作用。然而，亲水性的丙烯酸酯或其共聚物虽然具有防雾作用，但是，其表面强度、表面耐刮擦性能、表面耐腐蚀性能等通常不够理想，特别是对于应用在透明窗口材料表面的涂覆透明防雾水性涂料，如汽车挡风玻璃表面，塑料大棚的塑料薄膜表面等，要求其不仅具备优良的防雾性能，同时其还需保持良好的表面强度、表面耐刮擦性能、表面耐腐蚀性能等。因此，本发明旨在提供一种性能优异的水性涂料防雾改性剂，不仅可以使得水性涂料具有优良的防雾性能，同时，还具有良好的表面强度、表面耐刮擦性能、表面耐腐蚀性能。

[0004] 本发明要解决的技术问题在于，确保优良的防雾性能的同时，改善现有的透明防雾水性涂料的表面强度、表面耐刮擦性、表面耐腐蚀性。

[0005] 因此，本发明的发明人提供了一种性能优异的水性涂料防雾改性剂，该防雾改性剂是一种星型结构的有机硅氧烷化合物，该星型结构的有机硅氧烷化合物通过式（1）所示的八乙烯基聚倍半硅氧烷与式（2）所示的含有环氧丙烷链和环氧乙烷链的聚醚通过加成反应制备得到。所得到的星型结构的有机硅氧烷化合物的中心为一聚倍半硅氧烷结构，在该中的四面八方均匀分布有八个含有环氧丙烷链和环氧乙烷链的聚醚支链。

[0006] 式（1）为：

[0007] ；

[0008] 式（2）为：

[0009] ；

[0010] 其中，m为3‑15，优选为5‑10，n为3‑20，优选为5‑15；

[0011] 反应式为：

[0012] 。

[0013] 进一步地，上述加成反应在溶剂中，所述溶剂选自苯、甲苯、乙二醇单丁醚、乙酸乙酯、四氢呋喃中的一种或多种。

[0014] 进一步地，所述催化剂选自铂、镍、金等催化剂，优选为氯铂酸。催化剂的用量为式（1）所示的八乙烯基聚倍半硅氧烷的1‑3wt%。

[0015] 进一步地，为了确保获得星型结构的有机硅氧烷化合物，参与反应的式（1）所示的八乙烯基聚倍半硅氧烷与式（2）所示的含有环氧丙烷链和环氧乙烷链的聚醚的摩尔比1:（8‑10），反应温度为60‑100℃，反应时间为3‑6h。

[0016] 本发明的水性涂料防雾改性剂中，以八乙烯基聚倍半硅氧烷作为星型结构的核心，可以充分利用笼型聚倍半硅氧烷特殊的物理性质。笼型聚倍半硅氧烷由大量的Si‑O键交替连接的硅氧骨架而形成的无机内核，三维尺寸在1‑3nm之间，是典型的纳米粒子化合物，是亲水性的，同时又是防水性的，还具有优异的综合性能，在机械强度、耐刮擦（或者摩擦）性、耐腐蚀性等方面尤为突出。应用在水性涂料中，可以明显改善水性涂料的表面强度、表面耐刮擦性能、表面耐腐蚀性能。

[0017] 同时，本发明的发明人考虑到聚倍半硅氧烷类化合物与水性涂料的润湿性较差，亲水、防雾性能不足，对八乙烯基聚倍半硅氧烷的八个乙烯基进行加成反应，将具有低表面能、亲水性和润湿性的聚醚基团接枝到聚倍半硅氧烷上，改善其与水性涂料的浸润性，并增强水性涂料的防雾性能。同时，由于八乙烯基聚倍半硅氧烷的八个乙烯基均匀分布在聚倍半硅氧烷核心结构的四面八方，使得最终的防雾改性剂为星型结构，该星型结构为涂料的亲水、吸水提供微观物理结构空间，增强了水性涂料的防雾性能。

[0018] 本发明的水性涂料防雾改性剂可以赋予水性涂料优异的防雾特性，同时，还可以明显改善水性涂料的表面强度、表面耐刮擦性能、表面耐腐蚀性能。为了更好地对本发明的水性涂料防雾改性剂的作用进行详细的阐述和比较，下面将结合一些本发明较佳的实例进行说明。

[0019] 实施例1

[0020] 取式（1）所示的八乙烯基聚倍半硅氧烷1mol，式（2）所示的含有环氧丙烷链和环氧乙烷链的聚醚8mol，分别溶解在溶剂甲苯中配制成1mol/L的八乙烯基聚倍半硅氧烷的溶液和8mol/L的聚醚溶液，在1L的八乙烯基聚倍半硅氧烷的溶液中加入12g氯铂酸，然后将其与1L的上述聚醚溶液混合，搅拌，并在90℃下加成反应4h，得到样品A。

[0021] 式（1）为：

[0022] ；

[0023] 式（2）为：

[0024] ；

[0025] 其中，m为5，n为10。

[0026] 对比例1

[0027] 与实施例1类似，对比的区别在于式（2）所示的含有环氧丙烷链和环氧乙烷链的聚醚的用量为4mol。所使用的式（1）和式（2）两种物质完全相同，催化剂及其用量、反应的温度和时间也完全相同，得到样品A1。

[0028] 实施例2

[0029] 取式（1）所示的八乙烯基聚倍半硅氧烷1mol，式（2）所示的含有环氧丙烷链和环氧乙烷链的聚醚9mol，分别溶解在溶剂甲苯中配制成1mol/L的八乙烯基聚倍半硅氧烷的溶液和9mol/L的聚醚溶液，在1L的八乙烯基聚倍半硅氧烷的溶液中加入8g氯铂酸，然后将其与1L的上述聚醚溶液混合，搅拌，并在80℃下加成反应5h，得到样品B。

[0030] 式（2）为：

[0031] ；

[0032] 其中，m为8，n为8。

[0033] 对比例2

[0034] 与实施例2类似，对比的区别在于用式（3）SH3‑O‑[Si(CH3)2‑O]p‑[SiHCH3‑O]q‑SH3所示的聚硅氧烷替换了式（1）所示的八乙烯基聚倍半硅氧烷，其中p为6，q为8。用式（4）所示的含有环氧丙烷链和环氧乙烷链的聚醚替换了式（2）所示的聚醚。

[0035] 式（4）为：

[0036] ，其中，m也为8，n也为8；

[0037] 催化剂及其用量、反应的温度和时间也完全相同，得到样品B1。

[0038] 实施例3

[0039] 取式（1）所示的八乙烯基聚倍半硅氧烷1mol，式（2）所示的含有环氧丙烷链和环氧乙烷链的聚醚10mol，分别溶解在溶剂甲苯中配制成1mol/L的八乙烯基聚倍半硅氧烷的溶液和9mol/L的聚醚溶液，在1L的八乙烯基聚倍半硅氧烷的溶液中加入16g氯铂酸，然后将其与1L的上述聚醚溶液混合，搅拌，并在100℃下加成反应3h，得到样品C。

[0040] 式（2）为：

[0041] ；

[0042] 其中，m为6，n为12。

[0043] 对比例3

[0044] 直接以式（2）所示的含有环氧丙烷链和环氧乙烷链的聚醚作为对比，记为样品C1。

[0045] 为了比较各个实施例和对比例中的样品对于水性涂料的防雾性能、表面强度、表面耐刮擦性能、表面耐腐蚀性能等，分别将样品A、A1、B、B1、C、C1应用到水性聚氨酯涂料中，然后分别涂覆于玻璃表面，干燥固化，得到相应的防雾涂料膜层，并对其进行性能测试。

[0046] 其中，防雾性能通过观察涂料膜层在80℃的水面上方的起雾时间进行判断；硬度参照GB/T 6739‑2006，使用QHQ‑A型铅笔硬度计测定涂料膜层的铅笔硬度；耐刮擦性通过观察涂料膜层经过针织物3000次刮擦后的防雾性能进行判断，结果如下表。

[0047]   成分 防雾效果 硬度 耐刮擦性实施例1 20g样品A+100g水性聚氨酯乳液+20g交联剂 20分钟内不起雾 3H 20分钟内不起雾对比例1 20g样品A1+100g水性聚氨酯乳液+20g交联剂 10分钟内不起雾 3H 10分钟内不起雾实施例2 20g样品B+100g水性聚氨酯乳液+20g交联剂 20分钟内不起雾 3H 20分钟内不起雾对比例2 20g样品B1+100g水性聚氨酯乳液+20g交联剂 15分钟内不起雾 2H 10分钟内不起雾实施例3 20g样品C+100g水性聚氨酯乳液+20g交联剂 20分钟内不起雾 3H 20分钟内不起雾对比例3 20g样品C1+100g水性聚氨酯乳液+20g交联剂 15分钟内不起雾 1H 1分钟内不起雾[0048] 通过实施例1和对比例1的对比可以发现，需要在聚倍半硅氧烷类化合物表面接枝足够多的聚醚基团，才能够得到完全的星型结构的有机硅氧烷化合物，才能够确保足够优异的防雾性能。通过实施例2和对比例2的对比可以发现，笼型聚倍半硅氧烷类化合物作为核心，能够充分利用其作为纳米粒子化合物的物理特性，具有优异的机械强度、耐刮擦性，可以确保水性涂料具有持久的防雾性能。通过实施例3和对比例3的对比进一步证实了笼型聚倍半硅氧烷类化合物作为核心的优势。

[0049] 以上实施例仅仅是本发明的一部分内容，在不脱离本发明的基本构思的前提下，所作出的简单变形或改进均属于本发明的保护范围。