超亲水涂料及其制备方法和超亲水涂层及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及涂料领域，具体涉及一种超亲水涂料及其制备方法以及采用该超亲水 涂料制成的超未水涂层。
【背景技术】
[0002] 透明材料的雾化是指湿气或蒸汽冷凝在透明材料制品的表面形成微小水滴，微小 水滴的析出使光线经过时发生漫反射，很明显的降低了透明材料的透光率，出现起雾现象， 从而使得透明材料变得不透明，影响视觉效果。透明材料表面的起雾现象会给日常生产和 生活带来诸多不便，如：建筑物的玻璃窗、浴室镜子、眼镜片，尤其是寒冷环境下车辆的挡风 玻璃起雾，会严重影响行车安全。目前采用的解决透明材料表面的雾化的方法一般有在透 明材料表面镀膜、安装加热装置等。在透明材料表面镀膜通常采用涂料。而目前使用的涂 料一般是纯高分子体系，这种涂料的耐水性较差，耐候性较差，使用寿命较短。
【发明内容】
[0003] 鉴于上述涂料使用寿命较短的不足，本发明的目的是提供一种具有很好的防雾性 能、耐水性好、耐候性好的超亲水涂料及其制备方法。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] -种超亲水涂料，所述超亲水涂料的原料包括0~10重量份的硅溶胶；0. 3~15 重量份的改性硅溶胶、〇. 1~35重量份的高分子单体、0. 01~1重量份的引发剂和55~90 重量份的溶剂；
[0006] 其中所述硅溶胶中SiO2的质量百分含量为5%~35%，粒径为5nm~35nm ;
[0007] 所述改性硅溶胶为接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶；
[0008] 所述高分子单体的的分子式为
[0010] 其中R1为H或甲基，R为羟基、羟烷基、烷酯基、磺酸基、磺酸盐基、对磺酸苯基、对 磺酸盐苯基、磺酸烷基、磺酸盐烷基或吡咯烷酮基；
[0011] 所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过硫 酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或几种的混合物；
[0012] 所述溶剂为去离子水、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯、四氢呋喃、甲苯、 丙二醇单烷基醚、丙二醇烷基醚乙酸酯、环戊酮、乙酸丁酯、甲基异丁基酮、正丁酮、4-甲 基-2-戊酮、环己酮、2-庚酮、γ - 丁内酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙 醚、乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、丁内酯、二甲基甲酰胺以及二甲基乙酰胺中的一 种或几种的混合物。
[0013] 在其中一个实施例中，所述超亲水涂料的原料还包括0~5重量份的带烯键的硅 烷偶联剂和/或O~1重量份的（甲基）丙烯酸。
[0014] 在其中一个实施例中，所述带烯键的硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲 氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基 硅烷和乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷中的至少一种。
[0015] 在其中一个实施例中，所述高分子单体由0.3~15重量份的带羟基的（甲基）丙 烯酸酯类高分子单体、〇. 2~12重量份的（甲基）丙烯酸酯类高分子单体、0. 1~8重量份 的带磺酸基的高分子单体和〇. 1~8重量份带吡咯烷酮的高分子单体组成。
[0016] 在其中一个实施例中，所述带羟基的丙烯酸酯类高分子单体为（甲基）丙烯酸羟 乙酯、（甲基）丙烯酸羟丙酯、4-羟基丁基丙烯酸酯中的一种或几种的混合物；
[0017] 所述（甲基）丙烯酸酯类高分子单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲 酯、2-甲基丙烯酸乙酯，丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁 酯中的一种或几种的混合物；
[0018] 所述带磺酸基的高分子单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙磺酸钾、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸、对 苯乙烯磺酸钠或对苯乙烯磺酸钾的一种或几种的混合物；
[0019] 所述带吡咯烷酮的高分子单体为N-乙烯基吡咯烷酮，3-甲基-1-乙烯基-2-吡咯 烷酮，4-甲基-1-乙烯基-2-吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。
[0020] 在其中一个实施例中，所述超亲水涂料的固含量为5~30%。
[0021] 上述的超亲水涂料的制备方法，包括如下步骤：将0~10重量份的硅溶胶；0. 3~ 15重量份的改性硅溶胶、0. 1~35重量份的高分子单体、0. 01~1重量份的引发剂、55~ 90重量份的溶剂、0~5重量份的带烯键的硅烷偶联剂和0~1重量份的（甲基）丙烯酸 按一定重量份数比混合均匀，然后在保护气氛下反应4小时~6小时后即可得到所述的超 亲水涂料，反应温度为25°C至70°C。
[0022] 在其中一个实施例中，上述反应过程中，首先升温至30°C保温1. 5小时~2. 5小 时，然后升温至45°C保温1. 5小时~2. 5小时，之后再升温至60°C保温0. 3小时~0. 6小 时后反应完成。
[0023] 在其中一个实施例中，所述改性硅溶胶为接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶，所述接 枝有烯键和磺酸基的硅溶胶的制备方法包括如下步骤：
[0024] 制备接枝有稀键的娃溶月父；
[0025]制备接枝有磺酸基的硅溶胶；
[0026] 将所述接枝有烯键的硅溶胶与所述接枝有磺酸基的硅溶胶混合、搅拌并陈化，得 到同时接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶，其中，所述接枝有烯键的硅溶胶与所述接枝有磺酸 基的硅溶胶的质量份数比为〇. 2~1:1。
[0027] 在其中一个实施例中，所述制备接枝有烯键的硅溶胶包括以下步骤：
[0028] 取一定量的硅溶胶，调节其PH值至2~5并进行搅拌，边搅拌边滴加含有烯键的 硅烷偶联剂，滴加完毕后继续搅拌Ih~5h，然后陈化12h~48h，得到接枝有烯键的硅溶 胶；其中，所述含有烯键的硅烷偶联剂与所述硅溶胶的固含量的质量份数比为〇. 5~2:1。
[0029] 在其中一个实施例中，所述含有烯键的硅烷偶联剂与所述硅溶胶的固含量的质量 份数比为0.8~1:1。
[0030] 在其中一个实施例中，向所述硅溶胶中滴加所述含有烯键的硅烷偶联剂时，所述 含有烯键的硅烷偶联剂的滴加时间为30min~120min。
[0031] 在其中一个实施例中，所述含有烯键的硅烷偶联剂为γ_(甲基丙烯酰氧）丙基三 甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧 基硅烷和乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷中的至少一种。
[0032] 在其中一个实施例中，所述制备接枝有磺酸基的硅溶胶包括以下步骤：
[0033] 取一定量的硅溶胶，调节其PH值至2~5并进行搅拌，边搅拌边滴加含有巯基的 硅烷偶联剂，滴加完毕后继续搅拌Ih~5h，然后陈化12h~48h，得到接枝有巯基的硅溶 胶；其中，所述含有巯基的硅烷偶联剂与所述硅溶胶的固含量的质量份数比为〇. 5~2:1 ; [0034] 在所述接枝有巯基的硅溶胶中加入过氧化物，所述过氧化物将所述巯基氧化为磺 酸基，得到接枝有磺酸基的硅溶胶；其中，所述过氧化物与所述接枝有巯基的硅溶胶的摩尔 比为1~3:1。
[0035] 在其中一个实施例中，所述含有巯基的硅烷偶联剂与所述硅溶胶的固含量的质量 份数比为1~1.5:1 ;
[0036] 所述过氧化物与所述接枝有巯基的硅溶胶的摩尔比为1~1. 5:1。
[0037] 在其中一个实施例中，向所述硅溶胶中滴加含有巯基的硅烷偶联剂时，所述含有 巯基的硅烷偶联剂的滴加时间为30min~120min。
[0038] 在其中一个实施例中，所述含疏基的硅烷偶联剂的分子结构式为： SH(CH2)3Si (OR)3，其中，R为甲基、乙基或甲氧基乙基。
[0039] 在其中一个实施例中，所述过氧化物为过氧化氢和过氧乙酸中的至少一种。
[0040] 在其中一个实施例中，所述接枝有烯键的硅溶胶与所述接枝有磺酸基的硅溶胶的 质量份数比为0. 4~0. 6:1。
[0041] 在其中一个实施例中，将所述接枝有烯键的硅溶胶与所述接枝有磺酸基的硅溶胶 混合、搅拌并陈化包括以下步骤：
[0042] 将所述接枝有磺酸基的硅溶胶进行搅拌，边搅拌边滴加所述接枝有烯键的硅溶 胶，滴加完毕后继续搅拌Ih~5h，然后陈化12h~48h。
[0043] 在其中一个实施例中，向所述接枝有磺酸基的硅溶胶中滴加所述接枝有烯键的硅 溶胶时，所述接枝有烯键的硅溶胶的滴加时间为30min~120min。
[0044] 在其中一个实施例中，在制备接枝有烯键的硅溶胶和制备接枝有巯基的硅溶胶之 前，还包括以下步骤：
[0045] 将硅溶胶在超声波中活化IOmin~60min。
[0046] 在其中一个实施例中，所述娃溶胶的固含量为5wt %~35wt %，粒径为5nm至 100nm〇
[0047] 本发明还提供一种超亲水涂层，所述超亲水涂层是通过将上述的超亲水涂料涂覆 在基材上制成的，其中所述超亲水涂层的厚度为5微米至35微米。
[0048] 上述的超亲水涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0049] 将上述超亲水涂料涂覆在基材表面；
[0050] 对涂覆有涂层的基材进行烘烤处理，烘烤处理的温度为40°C至150°C，时间为0. 5 小时至8小时。基材可以是玻璃、塑料、薄膜等。当然，在涂覆前也可以对基材进行预处理。
[0051] 在其中一个实施例中，所述烘烤处理的温度控制具体包括如下过程：首先在 40°C~80°C的温度下处理0. 5小时~5小时，然后升温至80°C _150°C处理0. 5小时~3小 时。
[0052] 本发明的有益效果是：
[0053] (1)本发明的超亲水涂料中的主链上含有硅溶胶的含硅高分子与硅溶胶复合反应 来形成超亲水涂料，在成膜过程中主链上含有硅溶胶的高分子与硅溶胶发生凝胶化交联反 应，生成交联网络，从而使得本发明的超亲水涂料制备的涂层具有优良的防雾性能，而且耐 水性好，耐候性好，同时其耐磨、耐刮擦和耐污性能也非常好。
[0054] (2)本发明的超亲水涂料在汽车倒车镜、挡风玻璃、浴室镜、游泳镜以及光学上具 有很好的应用前景。
【具体实施方式】
[0055] 为了使本发明的超亲水涂料及其制备方法和超亲水涂层及制备方法的目的、技术 方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0056] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0057] 硅溶胶亦称硅酸溶胶，硅溶胶是纳米级二氧化硅颗粒在水或其他溶剂（其他溶剂 可以是乙醇、异丙醇、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸正丁酯、防白水中的一种或几种）中 的分散液，硅溶胶中的二氧化硅含有大量的水及羟基，具有较大的比表面积，具