水性涂料及其形成方法

技术领域

本发明属于水性涂料领域，具体涉及一种水性涂料及其形成方法。

背景技术

水性涂料常用于各种基材表面，根据水性涂料所应用的环境的不同，水性涂料可以赋予涂布有水性涂料的基材各种各样优异的表面性能，防雾性能是其中的一种。

日常生活中，雾气常见于各种透明基材表面，例如，玻璃窗表面。由于这些透明基材在使用过程中的消耗和/或杂质的集聚，使得其表面对水滴的接触角逐渐增加至50°以上，使得水蒸气在其表面容易凝结成小水滴，对光的透射产生影响，使得透明基材变得模糊、不透明，进而带来不利影响。特别是车窗玻璃和镜片等透明基材表面的雾气，容易产生重大的安全隐患。

现有的水性涂料中，所使用的防雾改性试剂对于水性涂料的防雾效果虽有一定的改善，但是仍然存在防雾、防水效果不足，机械强度欠缺从而使得防雾效果不持久的缺陷。为此，本发明的发明人希望通过对具有低表面张力、憎水性等优点的聚有机硅氧烷进行亲水改性，并应用到水性涂料中，获得具有持久的防雾效果的水性涂料。

发明内容

为了解决现有的水性涂料在防雾性能方面的不足，本发明以聚有机硅氧烷为出发点，对其进行硅氢接枝改性后，作为防雾改性剂应用到水性涂料中，以获得具有持久、高效的防雾效果的水性涂料。本发明中，充分利用了聚有机硅氧烷本身的低表面张力和憎水性等特性，结合接枝的改性基团，使得改性后的聚有机硅氧烷具有优异的防雾性能。

本发明的水性涂料包括：水性树脂以及亲水改性的聚有机硅氧烷，其特征在于，所述亲水改性的聚有机硅氧烷具有式（1）所示的结构，由式（2）所示的聚有机硅氧烷与式（3）所示的表面活性改性剂在催化剂的作用下通过硅氢加成反应得到的。

其中，在式（1）-（3）中，每个R独立地选自C1-C3的烷基；R

P为1-5的整数，q为20-50的整数，m为10-30的整数。

其中，水性树脂和亲水改性的聚有机硅氧烷的质量比为100：（5-30）。

其中，所述硅氢加成反应所使用的催化剂为氯铂酸，其用量为两种反应原料的总质量的0.1-3wt%。

进一步地，所述磺酸盐选自磺酸钠、磺酸钾或磺酸铵中的一种；所述硫酸盐选自硫酸钠、硫酸钾或硫酸铵中的一种；所述苯磺酸盐选自苯磺酸钠、苯磺酸钾或苯磺酸铵中的一种；所述磷酸盐选自磷酸钾、磷酸钠中的一种。

进一步地，为了确保硅氢加成反应完全，参与硅氢加成反应的（2）所示的聚有机硅氧烷与式（3）所示的表面活性改性剂的用量比按照原料中的C=C键和Si-H键的摩尔比为1~1.2之间的方式配置两种反应原料。

进一步地，所述硅氢加成反应的温度为80-120℃，反应时间为3-8h。

进一步地，在式（1）中，多个R

一种水性涂料的涂布方法，包括将上述水性涂料涂布在基材表面，然后进行烘干固化处理。其中，基材为玻璃、塑料、陶瓷，也可以是金属、木材等。烘干温度为100-150℃，时间为10-60min。

本发明的水性涂料中，添加了亲水改性的有机硅氧烷。通过在聚有机硅氧烷主链的两侧分别接枝表面活性改性剂，得到了类似“长足蜈蚣状”的亲水改性的有机硅氧烷。躯干部分为聚有机硅氧烷主链，具有低表面张力、憎水性等性能，可以确保水性涂料的防雾、防水、防粘附性。长足部分的每只“长足”上均具有两个支链，一个支链是端部为胺基的直链烷基，一个是端部为阴离子表面活性剂基团的直链聚醚基。这两个支链均具有良好的亲水性，与水性树脂的相容性、润湿性、粘附性良好，可以改善水性涂料的硬度和持久防雾性能。

而且，两个支链的设置，以及端部的胺基和阴离子表面活性剂基团的设置，可以进一步增强聚有机硅氧与水性涂树脂的润湿性和分散均匀性，改善涂料膜层的硬度和亲水性接触角，使得水性涂料获得持久、高效的防雾性能。

具体实施方式

本发明的水性涂料中，添加了亲水改性的聚有机硅氧烷，充分利用了聚有机硅氧烷本身的低表面张力和憎水性等特性，并结合接枝的表面活性改性基团的亲水性、润湿性、粘附性等特性，使得水性涂料获得持久、高效的防雾性能。为了更好地对本发明的技术方案进行详细的阐述和比较，下面以具体的实施例进行说明。

实施例1

一种水性涂料，包括：水性丙烯酸树脂100质量份，亲水改性的聚有机硅氧烷20质量份。

所述亲水改性的聚有机硅氧烷具有式（1）所示的结构，由式（2）所示的聚有机硅氧烷与式（3）所示的表面活性改性剂在催化剂的作用下通过硅氢加成反应得到的。

其中，在式（1）-（3）中，每个R均为甲基；R

所述硅氢加成反应所使用的催化剂为氯铂酸，其用量为两种反应原料的总质量的1wt%。

参与硅氢加成反应的（2）所示的聚有机硅氧烷与式（3）所示的表面活性改性剂的用量比按照原料中的C=C键和Si-H键的摩尔比为1.1的方式配置两种反应原料。

所述硅氢加成反应的温度为100℃，反应时间为5h。

实施例2

一种水性涂料，包括：水性聚氨酯100质量份，亲水改性的聚有机硅氧烷30质量份。

所述亲水改性的聚有机硅氧烷具有式（1）所示的结构，由式（2）所示的聚有机硅氧烷与式（3）所示的表面活性改性剂在催化剂的作用下通过硅氢加成反应得到的。

其中，在式（1）-（3）中，每个R均为乙基；R

所述硅氢加成反应所使用的催化剂为氯铂酸，其用量为两种反应原料的总质量的1.5wt%。

参与硅氢加成反应的（2）所示的聚有机硅氧烷与式（3）所示的表面活性改性剂的用量比按照原料中的C=C键和Si-H键的摩尔比为1.05的方式配置两种反应原料。

所述硅氢加成反应的温度为80℃，反应时间为8h。

实施例3

一种水性涂料，包括：水性环氧树脂100质量份，亲水改性的聚有机硅氧烷10质量份。

所述亲水改性的聚有机硅氧烷具有式（1）所示的结构，由式（2）所示的聚有机硅氧烷与式（3）所示的表面活性改性剂在催化剂的作用下通过硅氢加成反应得到的。

其中，在式（1）-（3）中，每个R均为甲基；R

所述硅氢加成反应所使用的催化剂为氯铂酸，其用量为两种反应原料的总质量的3wt%。

参与硅氢加成反应的（2）所示的聚有机硅氧烷与式（3）所示的表面活性改性剂的用量比按照原料中的C=C键和Si-H键的摩尔比为1的方式配置两种反应原料。

所述硅氢加成反应的温度为120℃，反应时间为4h。

实施例4

将实施例1-3的三种水性涂料涂布在玻璃基板上，经120℃干燥、固化得到相应的涂膜，然后进行铅笔硬度和接触角的测试。

另外，为了进行对比，设置了不添加亲水改性的聚有机硅氧烷的水性丙烯酸树脂涂料作为对比例1，设置了只添加实施例1中所用的式（2）所示的聚有机硅氧烷的水性丙烯酸树脂涂料作为对比例2。

其中，铅笔硬度的测试中，参照GB/T 6739-2006，使用QHQ-A型铅笔硬度计对涂膜进行的铅笔硬度测试。接触角的测试中，使用接触角计测试涂膜表面的静置1分钟后的水滴的接触角，以及涂膜水中在经汽车雨刮器刮擦3000次后的接触角。所有的测试结果如下表所示。

由上表可知，实施例1-3的水性涂料经涂布后得到的涂膜在铅笔硬度、接触角以及刮擦使用后的接触角三个方面的性能均优于对比例1-2中的水性涂料经涂布后得到的涂膜的相应性能。

在对比例1中，虽然在水性涂料中添加了聚有机硅氧烷对于改善涂膜的硬度具有明显的作用，但是其防雾效果明显不足。