本发明涉及一种水性涂料技术，尤其涉及一种有机硅水性涂料及其制备方法。
背景技术：
随着生活水平不断提高，人们对建筑涂料的使用要求也日益严格。传统的无机装饰材料在建筑墙作饰面时在墙面被涂鸦或弄脏后极难清理。科研人员在防涂鸦抗粘贴涂料的研究和开发上也做了一些工作，研究发现，有机硅助剂具有优异的憎水憎油性及润滑性，将其应用于涂料中，可显著降低涂膜的表面能，取得极佳的低表面能效果。
但是现有的防涂鸦和抗污水性涂料中，其有效成份仅在涂料固化形成的漆膜表面上添加有机硅助剂，但其添加量少，其有机硅链段往往处于主链的位置，在最终涂膜成膜以后，其有机硅链段往往排列在涂膜表面，但是受其结构的限制，往往无法充分伸展开，而局限在一定的范围内，故只能赋予涂膜相应的滑度，无法达到防涂鸦所需的有机硅链段的密度。因此，涂鸦物质和污迹极易渗入漆膜之中而导致不易清洁，而且这种漆膜表面经多次擦洗后此种有效物质很容易磨损，因而会导致其防涂鸦和抗污能力减弱，使用寿命缩短，重新涂装又困难等问题。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种有机硅水性涂料。本申请以改性羟基丙烯酸树脂作为亲水主连段，通过将含氟聚硅氧烷作为反应成份交联于改性羟基丙烯酸树脂亲水主连段的侧链上，涂料固化形成的漆膜后，含氟聚硅氧烷作为有机硅连段，由于较少受到结构上的束缚，可以自由伸展，故可以在涂膜表面形成较高的含氟聚硅氧烷密度的微观分子层，因此涂料固化形成的漆膜表面结构足够致密，从而赋予涂膜表面甚好的防涂鸦效果。
本发明的目的之二在于提供一种有机硅水性涂料的制备方法。制备方法简单，制备条件温和，重复性好，产率高，具有广阔的应用前景。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种有机硅水性涂料，包括如下重量份数的组分：改性羟基丙烯酸树脂50-80份、含氟聚硅氧烷45-60份、引发剂1-2份、有机溶剂20-30份、助剂1-5份。
进一步地，所述改性羟基丙烯酸树脂的是值为80-150mgkoh/g，数均分子量为2000-20000g/mol。
进一步地，所述含氟聚硅氧烷由如下组分制备而成：氟硅油50重量份、硅烷8-15重量份、催化剂10-100ppm、溶剂10-30重量份。
进一步地，所述硅烷为三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基三乙氧基硅烷中的一种；催化剂为speier催化剂、karstedt催化剂中的一种；所述溶剂为thf、甲苯、dmf中的一种。
进一步地，所述含氟聚硅氧烷的制备方法如下：先将反应装置抽真空，保持真空度为1.5×10-1pa；除去氧气和水分，再通入氮气保护；加入氟硅油50重量份、硅烷8-15重量份、催化剂10-100ppm、溶剂10-30重量份，搅拌均匀；在65-75℃下进行反应2-5小时；产物转移至减压旋转蒸发器中，在1.5×10-1pa真空度下，在20-50℃下进行旋蒸30min，即得含氟聚硅氧烷。
进一步地，所述引发剂为偶氮类引发剂、过氧类引发剂中的一种或两种以上；该偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或两种的混合物；该过氧类引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基、过氧化二叔戊基中的一种。
进一步地，所述有机溶剂为丙二醇、乙醚、醋酸酯、正丁醇、二甲苯、醋酸丁酯中的一种或两种以上的混合物。
进一步地，所述助剂为成膜助剂、流平剂、防冻剂、消泡剂、增稠剂、防霉剂中的一种或两种以上的混合物。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：一种有机硅水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在装有搅拌桨、温度计和冷凝管的四口烧瓶中加入有机溶剂，升温到100-160℃；
(2)将改性羟基丙烯酸树脂和引发剂混合，搅拌使混合均匀，形成a部分；
(3)搅拌含氟聚硅氧烷，使混合均匀，形成b部分；
(4)将b部分加入烧瓶内，将a部分装入滴加装置，在2-5小时内以等速滴加；滴加完毕后，将温度升高5-10℃保温2小时；
(5)温度降低至70℃及以下，加入助剂，搅拌10-30分钟后出料。
进一步地，所述氟聚硅氧烷的制备方法如下：先将反应装置抽真空，保持真空度为1.5×10-1pa；除去氧气和水分，再通入氮气保护；加入氟硅油50份、硅烷8-15份、催化剂10-100ppm、溶剂10-30份，搅拌均匀；在65-75℃下进行反应2-5小时；产物转移至减压旋转蒸发器中，在1.5×10-1pa真空度下，在20-50℃下进行旋蒸30min，即得含氟聚硅氧烷。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本申请以改性羟基丙烯酸树脂作为亲水主连段，通过将含氟聚硅氧烷作为反应成份交联于改性羟基丙烯酸树脂亲水主连段的侧链上，涂料固化形成的漆膜后，含氟聚硅氧烷作为有机硅连段，由于较少受到结构上的束缚，可以自由伸展，故可以在涂膜表面形成较高的含氟聚硅氧烷密度的微观分子层，因此涂料固化形成的漆膜表面结构足够致密，从而赋予涂膜表面甚好的防涂鸦效果。
(2)本申请的含氟聚硅氧烷的主链结构为柔顺的有机硅链，侧链上引入性质稳定且表面张力极低的有机氟链使其具有更低的表面能，爽滑性，以及耐油的性能。该含氟聚硅氧烷进一步提高了水性涂料的憎油性。
(3)本发明制备方法简单，制备条件温和，重复性好，产率高，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
一种有机硅水性涂料，包括如下重量份数的组分：改性羟基丙烯酸树脂50-80份、含氟聚硅氧烷45-60份、引发剂1-2份、有机溶剂20-30份、助剂1-5份。
进一步地，所述改性羟基丙烯酸树脂的是值为80-150mgkoh/g，数均分子量为2000-20000g/mol。
进一步地，所述含氟聚硅氧烷由如下组分制备而成：氟硅油50重量份、硅烷8-15重量份、催化剂10-100ppm、溶剂10-30重量份。
进一步地，所述硅烷为三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基三乙氧基硅烷中的一种；催化剂为speier催化剂、karstedt催化剂中的一种；所述溶剂为thf、甲苯、dmf中的一种。
进一步地，所述含氟聚硅氧烷的制备方法如下：先将反应装置抽真空，保持真空度为1.5×10-1pa；除去氧气和水分，再通入氮气保护；加入氟硅油50重量份、硅烷8-15重量份、催化剂10-100ppm、溶剂10-30重量份，搅拌均匀；在65-75℃下进行反应2-5小时；产物转移至减压旋转蒸发器中，在1.5×10-1pa真空度下，在20-50℃下进行旋蒸30min，即得含氟聚硅氧烷。
进一步地，所述引发剂为偶氮类引发剂、过氧类引发剂中的一种或两种以上；该偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或两种的混合物；该过氧类引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基、过氧化二叔戊基中的一种。
进一步地，所述有机溶剂为丙二醇、乙醚、醋酸酯、正丁醇、二甲苯、醋酸丁酯中的一种或两种以上的混合物。
进一步地，所述助剂为成膜助剂、流平剂、防冻剂、消泡剂、增稠剂、防霉剂中的一种或两种以上的混合物。所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇-异丁酸单酯；述流平剂为丙烯酸酯类流平剂、有机硅聚醚丙烯酸酯类流平剂或聚醚硅氧皖类流平剂；所述防冻剂为乙二醇；所述消泡剂为矿物油类消泡剂，用英国布莱克本化学公司生产的型号为cf245的消泡剂；所述增稠剂为碱溶胀型增稠剂，用陶氏化学公司生产的型号为tt935的增稠剂；所述防霉剂为oit类防霉剂，用罗门哈斯中国投资有限公司生产的型号为lxe防腐剂。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：一种有机硅水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在装有搅拌桨、温度计和冷凝管的四口烧瓶中加入有机溶剂，升温到100-160℃；
(2)将改性羟基丙烯酸树脂和引发剂混合，搅拌使混合均匀，形成a部分；
(3)搅拌含氟聚硅氧烷，使混合均匀，形成b部分；
(4)将b部分加入烧瓶内，将a部分装入滴加装置，在2-5小时内以等速滴加；滴加完毕后，将温度升高5-10℃保温2小时；
(5)温度降低至70℃及以下，加入助剂，搅拌10-30分钟后出料。
进一步地，所述氟聚硅氧烷的制备方法如下：先将反应装置抽真空，保持真空度为1.5×10-1pa；除去氧气和水分，再通入氮气保护；加入氟硅油50份、硅烷8-15份、催化剂10-100ppm、溶剂10-30份，搅拌均匀；在65-75℃下进行反应2-5小时；产物转移至减压旋转蒸发器中，在1.5×10-1pa真空度下，在20-50℃下进行旋蒸30min，即得含氟聚硅氧烷。
实施例1-5
分别按下表1中的配比秤取原料，按照下述步骤进行制备，不同之处在于所添加的原料配比不同，制备产品，具体详见表1：
表1：实施例1-5原料配比表
其中，所述改性羟基丙烯酸树脂的是值为80-150mgkoh/g，数均分子量为2000-20000g/mol。
含氟聚硅氧烷的制备方法如下：先将反应装置抽真空，保持真空度为1.5×10-1pa；除去氧气和水分，再通入氮气保护；加入氟硅油50重量份、三甲氧基硅烷10重量份、speier催化剂50ppm、甲苯20重量份，搅拌均匀；在70℃下进行反应3小时；产物转移至减压旋转蒸发器中，在1.5×10-1pa真空度下，在35℃下进行旋蒸30min，即得含氟聚硅氧烷。
引发剂为偶氮二异丁腈。有机溶剂为以丙二醇。助剂为cf245的消泡剂。
实施例1-5的有机硅水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在装有搅拌桨、温度计和冷凝管的四口烧瓶中加入有机溶剂，升温到120℃；
(2)将改性羟基丙烯酸树脂和引发剂混合，搅拌使混合均匀，形成a部分；
(3)搅拌含氟聚硅氧烷，使混合均匀，形成b部分；
(4)将b部分加入烧瓶内，将a部分装入滴加装置，在3小时内以等速滴加；滴加完毕后，将温度升高8℃保温2小时；
(5)温度降低至70℃及以下，加入助剂，搅拌20分钟后出料。
将上述实施例的涂料喷涂在规定的各种基材上，当漆膜在基材上完全固化后，根据技术性能结果的要求进行各项性能测试，包括：外观、耐磨性、耐盐雾性、耐人工老化、防涂鸦性，具体测试性能结果见下表2：
表2实施例1-5的性能结果
本发明的水性涂料不仅具有优异的防涂鸦性，此外，耐磨性、耐盐雾、耐人工老化性能突出。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。