一种共聚物、其制备方法以及气凝胶组合物和界面涂料与流程

1.本发明属于高分子材料领域，涉及一种共聚物、其制备方法以及气凝胶组合物和界面涂料。


背景技术：

2.气凝胶是指通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料。气凝胶在作为隔热材料方面、储能器件方面、涂料方面均有良好的应用。
3.cn104788925a公开了一种用于聚酯型复合材料的复合增粘剂及制备和应用，复合增粘剂由3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、硅烷副产物及含有以硅烷副产物制成的二次加工品组成，该产品能有效提高聚酯型复合材料的机械强度；当其用于聚酯型人造石材生产时，使用400目石英粉92质量份，不饱和树脂8质量份，复合增粘剂0.46质量份，100℃下固化1小时，成型的人造石材比使用类似的配方同样比例的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷制成的产品的弯曲强度提高5.5％，达到44.71mpa；弹性模量提高2.5％，达到29.23gpa，并且具有无毒、安全、环保而且价格低廉的优点。该产品无法添加到气凝胶和涂料产品中，无法提升基材间的附着力。
4.现有的气凝胶产品通常选用疏水型气凝胶粉，具有良好的输水效果、耐水效果和隔热效果，但通常附着力较差，与常规亲水型的底材和面层的层间结合力较弱，因此，如何在疏水型气凝胶的基础上，进一步开发具有良好的层间结合力的产品，对于提升气凝胶产品的性能具有重要的意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种共聚物、其制备方法以及气凝胶组合物和界面涂料。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供了一种共聚物，所述共聚物是以疏水性低聚物为主链，以亲水性分子为支链形成的共聚物，所述疏水性低聚物由丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧基硅烷与氨基硅烷缩合而成。
8.在本发明中，通过以丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧基硅烷与氨基硅烷三种物质缩合而成的聚合物作为疏水主链骨架，达到了与疏水的气凝胶形成良好的结合力的效果。
9.本发明提供的共聚物，可以添加到气凝胶和涂料产品中，增加体系的亲水性和亲油性，从而提高疏水的气凝胶与普通亲水基材间的附着力。
10.丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的cas号为4369-14-6；环氧基硅烷即3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，cas号为2530-83-8。
11.优选地，所述亲水性分子为具有不饱和度的亲水性分子。
12.优选地，所述具有不饱和度的亲水性分子中，不饱和度由以下任意一种或至少两种的化学结构提供：碳碳双键、碳碳三键、碳氮双键、碳氮三键、碳氧双键、碳硫双键或环烷烃。
13.在本发明中，具有不饱和度的亲水性分子，通常具有未反应的化学键，这些化学键能够与疏水性低聚物中的键进行反应，从而连接起来。
14.优选地，所述具有不饱和度的亲水性分子包括具有烯丙基结构的亲水性分子或具有丙烯基结构的亲水性分子；
15.优选地，所述具有不饱和度的亲水性分子包括烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸、羟甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
16.优选地，所述共聚物具有式i所示的结构：
[0017][0018]
其中，r1、r2、r3独立地选自丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧基硅烷或氨基硅烷中的任意一种，x、y、z的取值独立地为1～10，例如可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9或10等，p、q、m、n的取值独立地为10～1000，例如可以是10、100、300、600、800或1000等。
[0019]
本发明提供的共聚物，以疏水主链为骨架，支链可以与界面涂料中的丙烯酸乳液形成良好结合，使得共聚物在涂料中分散均匀且稳定。
[0020]
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的共聚物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在双引发剂的存在下，将丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧基硅烷、氨基硅烷，与亲水性分子进行反应得到所述共聚物，其中，按重量份计，所述丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的重量份为50～80份(例如可以是50份、55份、60份、65份、70份、75份或80份等)，所述环氧基硅烷的重量份为10～20份(例如可以是10份、12份、15份、18份或20份等)，所述氨基硅烷的重量份为20～30份(例如可以是20份、22份、24份、25份、28份或30份等)，所述亲水性分子的重量份为1～10份(例如可以是1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份等)。
[0021]
优选地，所述双引发剂包括组分a和组分b，所述组分a为过氧化氢与叔丁基过氧化氢的组合，所述组分b为吊白块和抗坏血酸的组合。
[0022]
优选地，所述反应的温度为40～60℃。优选地，反应温度一般低于50℃。
[0023]
第三方面，本发明提供了一种气凝胶组合物，所述气凝胶组合物包含第一方面所述的共聚物。
[0024]
优选地，所述气凝胶组合物还包括如下组分：气凝胶粉、乳液、成膜助剂、润湿剂、消泡剂、杀菌剂、增稠剂或水中的任意一种或至少两种的组合。
[0025]
优选地，所述气凝胶组合物按重量份计，包括如下组分：
[0026][0027]
其中，乳液可以是丙烯酸乳液；成膜助剂可以是醇酯十二；润湿剂可以是loongrun ns2125，消泡剂tego foamex 825，杀菌剂氯甲基异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮、辛基异噻唑啉酮、苯并异噻唑酮等；增稠剂可以是聚氨酯增稠剂rm-2020npr、聚氨酯增稠剂rm-8w等增稠剂。这些物质均可通过市售渠道购买得到。
[0028]
本发明提供的气凝胶组合物，通过共聚物的添加，不仅可以提供给疏水性强的气凝胶涂料与底材及面涂层之间优异的附着力，还可以大大提高疏水型气凝胶粉在整个水性体系的气凝胶组合物中的相容性，增加其在配方中的添加量，提高组合物的保温隔热性能。
[0029]
第四方面，本发明提供了一种界面涂料，所述涂料包括如第一方面所述的共聚物。
[0030]
优选地，所述界面涂料还包括如下组分：丙烯酸乳液、成膜助剂、增稠剂、防冻剂、杀菌剂、ph调节剂或水中的任意一种或至少两种的组合。
[0031]
优选地，所述界面涂料按重量份计，包括如下组分：
[0032][0033]
本发明提供的界面涂料，通过共聚物的添加，既能够通过其疏水主链与疏水的气凝胶表面形成牢固的结合，又能够利用其亲水的共聚支链与具有亲水性的面层涂料完美的结合，形成优异的层间结合力。
[0034]
共聚物的重量份可以是10份、11份、12份、13份、14份或15份等。在本发明中，共聚物的含量是特定的，如果共聚物的重量份过高，其亲水部分过多使得耐水性、耐碱性下降，而疏水部分过多使得界面涂料与其上层具有亲水性的面层涂料的附着力下降；而如果共聚
物的含量过低，则界面涂料的整体附着力下降，性能下降。优选的重量含量控制在上述范围内。
[0035]
共聚物的亲水共聚支链也与界面涂料中的丙烯酸乳液形成良好结合，使得共聚物在涂料中分散均匀且稳定。
[0036]
丙烯酸乳液的重量份可以是40份、45份、50份、55份或60份等。丙烯酸乳液同样起到了附着力的调节作用，如果丙烯酸乳液的含量过少，界面涂料的附着力下降；如果丙烯酸乳液的含量过高，则界面涂料的成本过高，不利于实际应用。
[0037]
成膜助剂的重量份可以是3份、4份或5份等，具体的成分可以是成膜助剂醇酯十二等物质。本发明中，成膜助剂根据丙烯酸乳液的玻璃化温度，适量调整即可。
[0038]
增稠剂的重量份可以是2份、3份等。具体的成分可以是聚氨酯增稠剂rm-2020npr、聚氨酯增稠剂rm-8w等增稠剂。本发明中增稠剂主要起到调节粘度的作用，一般来说适量即可。
[0039]
防冻助剂的重量份可以是2份、2.5份或3份等，具体成分可以是防冻助剂ft-100、丙二醇等物质。本发明中防冻助剂不仅能够起到抗冻融的性能，而且还可以调节界面涂料的整体附着力。如果防冻助剂的含量过低，虽然不会影响界面涂料的附着力，但是界面涂料的抗冻融性较差；而如果防冻助剂的含量过高，界面涂料的附着力、耐水性均有所下降，而且挥发性有机物含量高，环保效果差。
[0040]
杀菌剂的重量份可以是0.5份、0.7份、0.8份或1份等，具体的成分可以是氯甲基异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮、辛基异噻唑啉酮、苯并异噻唑酮等。
[0041]
ph值调节剂的重量份可以是0.5份、0.7份、0.8份或1份等，具体的成分可以是2-氨基-2-甲基-1-丙醇、氢氧化钠、氨水等。
[0042]
水的重量份可以是25份、28份、30份、35份或40份等。
[0043]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0044]
本发明提供的共聚物，通过以丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧基硅烷与氨基硅烷三种物质缩合而成的聚合物作为疏水主链骨架，达到了与疏水的气凝胶形成良好的结合力的效果。其可以添加到气凝胶和涂料产品中，增加体系的亲水性和亲油性，从而提高疏水的气凝胶与普通亲水基材间的附着力。
[0045]
本发明提供的气凝胶组合物，通过共聚物的添加，不仅可以提供给疏水性强的气凝胶涂料与底材及面涂层之间优异的附着力，还可以大大提高疏水型气凝胶粉在整个水性体系的气凝胶组合物中的相容性，增加其在配方中的添加量，提高组合物的保温隔热性能。
[0046]
本发明提供的界面涂料，通过共聚物的添加，既能够通过其疏水主链与疏水的气凝胶表面形成牢固的结合，又能够利用其亲水的共聚支链与具有亲水性的面层涂料完美的结合，形成优异的层间结合力。
具体实施方式
[0047]
为更好地说明本发明，便于理解技术方案，下面对本发明进一步详细说明。
[0048]
本发明以下实施例中，引发剂的用量达到能使反应体系发生反应即可，本领域技术人员可根据实际需要控制引发剂的用量，在此不做特别限定。
[0049]
实施例1
[0050]
本实施例提供一种共聚物，该共聚物通过以下方法制备得到：
[0051]
以过氧化氢与叔丁基过氧化氢的组合、吊白块和抗坏血酸的组合，为双引发剂的条件下，将60份丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、15份环氧基硅烷、25份氨基硅烷，在40℃的温度下，与5份烯丙基磺酸钠进行反应得到共聚物，重均分子量为15000。
[0052]
实施例2
[0053]
本实施例提供一种共聚物，该共聚物通过以下方法制备得到：
[0054]
以过氧化氢与叔丁基过氧化氢的组合、吊白块和抗坏血酸的组合，为双引发剂的条件下，将50份丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、10份环氧基硅烷、30份氨基硅烷，在60℃的温度下，与8份羟甲基丙烯酰胺进行反应得到共聚物，重均分子量为20000。
[0055]
实施例3
[0056]
本实施例提供一种共聚物，该共聚物通过以下方法制备得到：
[0057]
以过氧化氢与叔丁基过氧化氢的组合、吊白块和抗坏血酸的组合，为双引发剂的条件下，将80份丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、20份环氧基硅烷、20份氨基硅烷，在50℃的温度下，与10份丙烯酰胺进行反应得到共聚物，重均分子量为5000。
[0058]
实施例4
[0059]
本实施例提供一种气凝胶组合物，按重量份计包括如下组分：
[0060][0061][0062]
实施例5
[0063]
本实施例提供一种气凝胶组合物，按重量份计包括如下组分：
[0064][0065]
实施例6
[0066]
本实施例提供一种气凝胶组合物，按重量份计包括如下组分：
[0067][0068]
将实施例4-6提供的气凝胶组合物进行性能测试
[0069]
在普通气凝胶表面施涂常规涂料如普通的水性丙烯酸乳胶漆时，因其表面疏水性极强，普通乳胶漆在其表面难以附着，施工时上料困难、易打滑，使用实施例4-6气凝胶组合物时，乳胶漆能与气凝胶组合物表面很好的结合，施工容易，上料均匀，涂刷和附着均无异常。
[0070]
测试：按gb/t9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》测试外墙乳胶漆与实施例4-6的气凝胶组合物附着力均为0级。
[0071]
实施例7
[0072]
本实施例提供一种界面涂料
[0073][0074]
实施例8
[0075]
本实施例提供一种界面涂料
[0076][0077]
实施例9
[0078]
本实施例提供一种界面涂料
[0079][0080][0081]
将实施例7-9提供界面涂料，进行性能测试，测试条件如下：
[0082]
在气凝胶表面施涂常规涂料如普通的水性丙烯酸乳胶漆时，因表面疏水性极强，普通水性涂料在其表面难以附着，施工时上料困难、易打滑，使用界面涂料时能与气凝胶表面很好的结合，施工容易，上料均匀，干燥后形成连续均匀的界面层，在界面层之上可以按
正常要求再施工常规涂料，涂刷和附着均无异常。
[0083]
测试：按gb/t9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》测试实施例7-9的界面涂料与气凝胶附着力为0级，外墙乳胶漆与界面涂料的附着力为0级。
[0084]
对比例1
[0085]
本对比例与实施例4的区别仅在于，本对比例中不包含实施例1制备的共聚物，制备得到气凝胶组合物。按gb/t9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》测试气凝胶组合物与外墙乳胶漆附着力为2级，且气凝胶粉在组合物中分散不良，整个组合物状态不佳，稳定性差。
[0086]
对比例2
[0087]
本对比例与实施例4的区别仅在于，本对比例中不包含丙烯酸乳液，制备得到气凝胶组合物。因缺少主要粘结成份，气凝胶组合物无强度，无附着力，无法成膜。
[0088]
对比例3
[0089]
本对比例与实施例7的区别在于，本对比例提供的界面涂料不含有实施例1制备的共聚物，制备得到界面涂料。
[0090]
这样制备的亲水的界面涂料与气凝胶表面的附着力很差，施工时会出现因无法有效润湿和铺展而产生的类似荷叶效应的流挂、滴落，无法均匀地涂布在气凝胶表面，更无法与下一道涂层良好结合。
[0091]
对比例4
[0092]
本对比例与实施例7的区别在于，本对比例提供的界面涂料不含有实施例1制备的共聚物，将其替换为等量的疏水的烷基酚聚氧乙烯醚。
[0093]
这样制备的疏水型界面涂料与疏水的气凝胶表面的附着力虽然还具有一定效果，但是因其自身的强疏水性，使得再进行下一道施工时会出现因无法有效润湿和铺展而产生的类似荷叶效应的流挂、滴落，无法均匀地涂布、附着在界面涂料表面，从而失去了界面涂料的作用。
[0094]
对比例5
[0095]
本对比例与实施例7的区别仅在于，本对比例中共聚物的重量份为7份，水的重量份为35份，制备得到界面涂料。按gb/t9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》测试界面涂料与气凝胶附着力为1级，外墙乳胶漆与界面涂料的附着力为1级。这是由于共聚物的含量过少，疏水主链骨架与气凝胶难以形成良好的结合力。
[0096]
对比例6
[0097]
本对比例与实施例7的区别仅在于，本对比例中共聚物的重量份为19份，水的重量份为37份，制备得到界面涂料。按gb/t9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》测试界面涂料与气凝胶附着力为1级，外墙乳胶漆与界面涂料的附着力为1级。由于共聚物的含量过多，共聚物的疏水作用过强，整体附着力下降。
[0098]
对比例7
[0099]
本对比例与实施例7的区别仅在于，本对比例中丙烯酸乳液的重量份为32份，其余均与实施例7相同制备得到界面涂料。由于丙烯酸乳液添加量不足，界面涂料粘结力不足，整体附着力下降，按gb/t9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》测试界面涂料与气凝胶附着力为1级，外墙乳胶漆与界面涂料的附着力为1级。
[0100]
对比例8
[0101]
本对比例与实施例7的区别仅在于，本对比例中防冻助剂的重量份为7份，其余均与实施例7相同制备得到界面涂料。因防冻助剂用量过高，界面涂料的附着力下降，按gb/t9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》测试界面涂料与气凝胶附着力为2级，外墙乳胶漆与界面涂料的附着力为2级。
[0102]
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。