专利名称：一种用于水性涂料涂层罩面的有机硅乳液组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于水性涂料涂层罩面保护的有机硅乳液组合物。该组合物可被喷涂或刷涂在水性涂料涂层表面形成一层肉眼不易察觉的涂层，该涂层具有明显的疏水性，能大幅度改善水性涂料的抗污性、耐候性、防水保色性，同时防止霉菌对水性涂料涂层的侵蚀作用，提高被保护涂层的使用寿命。
目前使用的水性涂料一般未配套使用保护剂，少数情况下使用甲基硅醇盐或丙烯酸树脂以及丙烯酸共聚树脂作为罩面防护材料。由于水性涂料本身就是以水为介质分散的，存在着大量亲水性的物质，同时又含有许多易滋生细菌和霉菌的有机物，因此单从水性涂料本身的配方及其使用的材料性能上进行改进，存在着大幅度改进涂层的耐候、耐污、防水防霉等性能成本很高，而且并不彻底和可靠。随着时间的流逝，涂层中的防腐剂和防霉剂不断迁移，在户外潮湿多雨的环境中，这个问题就会越发突出了。本发明试图采用复合材料设计的方法，让水性涂料只实现涂料的基本功能即遮盖性、装饰性，保持必要的附着力和需要的色泽，而让水性涂料保护剂解决憎水性和改善耐候性并防止霉菌等外界危害性物质从表面对水性涂料涂层的侵蚀。在达到这些目的同时不影响原有涂层的外观和色泽，用较低的成本较为彻底有效地解决水性涂料涂层的弊病，使其经久耐用，历久常新。
如果使用甲基硅醇盐或以它为主要组份的组合物存在如下几个问题首先，由于甲基硅醇盐是低分子化合物，必须在空气中的二氧化碳作用下逐步缩合，因而在实际使用中要受空气中的二氧化碳浓度和通风状况影响，固化反应速度很慢，通常需要几天甚至几周的时间，在这期间，一旦下雨被淋则完全达不到效果。另外，固化反应程度不高，经雨水多次冲刷后，就会逐步降低效果。其次，由于甲基硅醇盐一般系强碱性物质，对涂层中的成膜物质如丙烯酸酯树脂有催化水解作用，使涂层的稳定性受到影响。
另外，不论使用溶剂型的还是乳剂型的丙烯酸树脂或丙烯酸共聚物树脂都存在一个皮膜透气性差的问题。即使是有机硅—丙烯酸脂共聚物也难于幸免，这主要是因为共聚物中丙烯酸酯一般用量较大，而丙烯酸酯聚合物的透气性差造成的。建筑物或水性涂料涂层都有透气性的要求，如果透气性差，往往会造成由于墙体或涂层中的水份无法自由选出而产生的鼓泡现象。另一方面，这种丙烯酸树脂或丙烯酸共聚物树脂作为罩面材料一般都有增光作用，不能保持原有涂层的光泽。
本发明的目的就是为了克服上述缺陷，从而提供了一种在各种水性涂料涂层表面上罩面使用的有机硅乳液组合物，单组份使用，固化快而彻底，由于纯有机硅材料具有很好的透气性，因此，能使水性涂料涂层保持需要的透气性，不会出现涂层鼓泡问题。
本发明另一个目的就是将本发明的有机硅乳液组合物作为水性涂料保护剂的应用。
本发明还有一个目的就是提供了一种用于水性涂料罩面保护的有机硅乳液组合物的制备方法。本发明的组合物由有机硅乳液100份；多烷氧基硅烷分散液10～30份，优选为15～25份，特别优选为18～23份；至少一种氟硅酸盐，其用量为0～6份，优选为1～3份，特别优选为1～2份；氟硅酸乙脂分散液，其用量为0～5份，优选为1～3份，特别优选为2～3份；至少一种多聚磷酸盐，用量为0～5份，优选为0～3份，特别优选为0～1份；有机锡化合物分散液，其用量为0～3份，优选为0～1.5份，特别优选为0～0.8份；用去离子水调节该组合物固含量为10～40％，优选为10～25％，特别优选为10～15％。以上组份所用份数全部按其固体份重量计算。
本发明的有机硅乳液组合物中所用的有机硅乳液可以用阴离子有机硅乳液或阳离子有机硅乳液或非离子有机硅乳液，可以用聚合物合成有机硅乳液或硅油的强制分散乳液。有机硅聚合物侧基可以是C1～C4的烷基或苯基、苄基，但两端基都必须分别带有一个羟基。这样才能和多烷氧基硅烷交联反应。同时有机硅分子的数均分子量应保持在100～3000之间，分子量太低了固化速度会减慢；分子量过高又会影响其交联密度。优选的数均分子量为500～2500，特别优选的数均分子量为800～2000。
另外，对于有机硅乳液树脂优选有机硅阴离子或阳离子合成乳液树脂，这主要是因为合成树脂分子量更接近理想范围，同时稳定性较好；另一方面，在相同乳化剂用量条件下，阴离子或阳离子乳液树脂的稳定性要好于非离子型。特别优选有机硅阳离合成乳液树脂，这主要是阳离子乳液树脂中含有的季胺盐具有非常强的杀菌防霉功能。最优选用非离子型季胺盐作乳化剂，以四烷基氢氧化铵作催化剂合成的有机硅阳离子乳液，这也是从稳定性方面考虑的。
本发明中的有机硅组合物中使用的多烷氧基硅烷具有如下结构 式中R1为C1～C4的烷基、苯基、苄基或OR2基，优选C1～C2的烷基或OR2基，特别优选OR2基。这主要因为苯基、苄基空间位阻较大，而优选OR2基这是从增加交联点数量考虑，如果聚合物或硅油分子量低则无此必要。R2、R3基各为H、C1～C4的烷基或碱金属原素，优选C1～C2的烷基。这是因为C1～C2的烷氧基对这种多烷氧基硅烷来说既有很好的反应活性又有必要的稳定性。
本发明组合物制备中使用至少一种氟硅酸盐，以氟硅酸钾为最好，氟硅酸钠次之，都在优选之列。另外使用的多聚磷酸盐，其聚合度优选为2～4，特别优选为3；以使用1～2价盐最好，例如三聚磷酸钾等。使用的有机锡化合物以二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡效果较佳，特别是二月桂酸二丁基锡效果最佳。
下面通过实施例和比较例来对本发明作进一步说明，但是本发明不仅限于这些例子。
水性涂料保护剂使用方法及效果的评估方法说明如下使用方法将待测试样按10％固含量的浓度用农用喷雾器喷于水性涂料形成的干燥完全的涂层基板表面，须完全喷透。待第一遍喷过未完全干燥前按第一遍喷涂方法喷涂第二遍，在25℃相对湿度45％～70％的环境中放置，待完全干燥后即成。
(2)评估方法①以下测试条件为室温23℃±2℃，湿度45％～70％，基板为107涂料涂层(4％PVA1799250目滑石粉＝1∶1)②人工加速老化实验条件为300W×3UV灯，环境温度为85℃±5℃，连续照射72小时后观察。若完全粉化或严重变色评为差级；轻微粉化或变色评为可级；略有变色而无粉化评为良；无变化评为优级。
③疏水性评价为经表面处理后的材料迎水面在连续喷水10分钟后取出(水压约0.1Mpa)，水分渗入基材并造成涂层溶胀破坏者为差级；水分不能渗入基材，但可在表面铺展为可级；水分在材料表面出有轻微铺展或润湿的为良级；水分在材料表面完全不润湿，仅形成一些大小不一的水珠者为优级。
④可靠性实验，每隔1天做一次疏水性实验，评级标准等级不能发生降低。15次实验均未发生降低者为优级；连续10次未发生降低者为良级；连续5次未发生降低者为可级；不到5次实验即出现降低者为差级。
⑤耐霉性参照GB/T1741-1979漆膜耐霉菌测定法。
⑥干燥固化时间的测定方法为实施例或比较例试样产生稳定的疏水作用所需时间。具体做法是每隔2小时做一次疏水性评价实验，连续五次疏水性无变化则以其中第一次时间为固化时间。
⑦吸水率的测定参照国家部标和专业标准中漆膜吸水率测定法HG·2-1612-85
以上实施例中所用物质份数均按固体份重量计算。
比较例1甲基酸醇钠水溶液稀释成10％固含量。
比较例2用组成比例为苯乙烯30％(重量)，丙烯酸丁脂40％(重量)，甲基丙烯酸甲酯28％，丙烯酸2％的混和单体合成的聚合物乳液稀释成10％的固含量。
比较例3采用核—壳乳液聚合而成的硅丙乳液。核为占总重量15％的PDMS，壳按比较例2的单体组成，占总重量的85％。具体做法是在作为种子乳液的PDMS阴离子乳液中连续滴加混合单体，控制滴加时间为2小时，反应温度为80℃±1℃，总共经5小时聚合而成。然后再降温至40℃以下用氨水调PH至7.0～7.5之间，得到固含量为50±2％的聚合物乳液。将该乳液用去离子水调固含量为10％待用。
比较结果如下表 由以上实施例和比较例可以看出，本发明的组合物作为水性涂料的罩面保护材料，对水性涂料的疏水性、吸水率、耐粘污性、耐老化性、耐水性有突出的改进作用。尤其是以阳离子硅乳作为有机硅乳液组合物的组份，更具有其它有机硅乳液组份所没有的突出的抗霉菌性。因此，很明显这类组合物具有广阔的市场前景和巨大的商业价值。
尽管对本发明已作了详细的说明并引证了一些具体实例，但对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化和修正是显然的。
权利要求
1.一种用于水性涂料涂层罩面保护的有机硅乳液组合物，它由多种乳液和分散液复配而成，其组成如下(A)有机硅乳液100份(以固体份重量计)，该乳液可以是阴离子型有机硅乳液、阳离子型有机硅乳液或非离子型有机硅乳液，可以是有机硅聚合物合成乳液，也可以是硅油的强制分散乳液；该乳液特征是有机硅乳液中聚合物或使用的硅油分子链两端必须带羟基；数均分子量为100～2000；(B)多烷氧基硅烷分散液15～30份(以固体份重量计)，其中多烷氧基硅烷具有如下结构 式中R1为C1～C4的烷基、苯基、苄基或OR2基，R2、R3各为H、C1～C4的烷基或碱金属原素；(C)至少一种氟硅酸盐，其用量为0～6份(以固体份重量计)；(D)氟硅酸乙脂分散液，其用量为0～5份(以固体份重量计)；(E)至少一种多聚磷酸盐，其用量为0～5份(以固体份重量计)；(F)有机锡化合物分散液，其用量为0～3份(以固体份重量计)。
2.权利要求1限定的有机硅乳液组合物作为水性涂料罩面保护剂的应用。
全文摘要
本文公开了一种用于水性涂料涂层罩面保护的有机硅乳液组合物，该组合物主要用于水性涂料涂层罩面，以达到憎水、防污、提高涂层耐候性，防止微生物对涂层的侵蚀的目的。该组合物由有机硅乳液与交联改性剂按一定比例配成，具体成份如下(A)有机硅乳液100份(以固体份重量计)；(B)多烷氧基硅烷分散液15～30份(以固体份重量计)；(C)氟硅酸乙酯分散液0～5份(以固体份重量计)；(D)氟硅酸盐0～6份(以固体份重量计)；(E)多聚磷酸盐0～5(以固体份重量计)；(F)有机锡化合物分散液0～3份(以固体份重量计)。
文档编号C09D183/04GK1434090SQ0211325
公开日2003年8月6日 申请日期2002年1月22日 优先权日2002年1月22日
发明者唐凯 申请人:唐凯