[发明专利]一种改性硅溶胶及其在制备水性涂料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性硅溶胶及其在制备水性涂料中的应用，属于涂料工业领域。

背景技术

水性涂料的制备，首先要解决的就是水性基料，即水性乳液的制备。无机水性基料又多以硅酸盐、磷酸盐、硅溶胶、水泥四类为主，这类涂膜存在刚性强、光泽差、干燥快、易龟裂、流平性差等缺陷，应用受到限制，尤其是在金属表面制备超薄涂层或保护涂层的应用上，多以有机溶剂型为主。

对硅溶胶-有机硅复合物的研究由来已久，以硅溶胶-有机硅复合物为基料的涂料，兼备有机涂料和无机涂料的双重优点，具有很高的应用价值。

申请号为200510024777.2的中国专利中提到一种硅溶胶-有机硅聚合物，但是使用其所述的硅溶胶-有机硅聚合物为基料制备涂料时候需要添加一定比例的高沸点溶剂，即有机溶剂。这样的有机溶剂型涂料并不是我们所追求的环保型涂料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性涂料用改性硅溶胶，并提供该改性硅溶胶作为基料在水性涂料制备中的应用。

本发明所述的改性硅溶胶由下述方法制备而成：以水性硅溶胶为原料，将原料pH值调至3～6；按照与硅溶胶中SiO₂质量比1∶1～5∶1的比例添加有机硅烷，水浴50℃～80℃搅拌，保持0.5～5h，蒸发掉水解生成的副产物得透明溶胶，即本发明所述的改性硅溶胶产品。

其中所述的有机硅烷通式为R_4-xSi(OR′)_x，其中x为数字1，2或3，R′优选甲基或乙基；

有机硅在水溶液中极易水解，生成硅醇，与硅溶胶中二氧化硅粒子周围的羟基发生反应，形成带有有机基团的聚合物。硅烷水解速度与pH值有关，本发明的发明人通过试验确定为3～6。理论上，有机硅中-Si-OR′键均可水解，那么满足R_4-xSi(OR′)_x通式(其中x为数字1，2或3)的有机硅烷理论上都可以对硅溶胶进行改性，本发明中：

所述的R优选烷基、苯基、乙烯基、γ-氯丙基、γ-环氧丙氧基丙基或γ-甲基丙烯酰氧丙基。

最优选地，所述的有机硅烷是：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷。

本发明的目的还在于提供上述改性硅溶胶在制备水性涂料中的应用。本发明所述的改性硅溶胶作为水性涂料中的水性基料。

作为优选地，本发明提供一种所述的改性硅溶胶在制备水性涂料中的应用，所制备的水性涂料中各组分及其配方为：

组分        质量百分比

改性硅溶胶  20～80

填料        0～50

颜料        0～25

助剂        0～2

水          余量

上述水性涂料组分中的填料优选金属氧化物或无机填料。

上述水性涂料组分中的颜料为钛白，云母珠光颜料，钛镍黄，铁红，镉红，铁蓝，钴蓝，铬绿，铁黑，碳黑，钴紫，氧化铁黄，锶黄，铝粉，锌粉或有机颜料。

由上述涂料组合物的组成及配方可以看出，以本发明的改性硅溶胶为基料来制备涂料的过程中，不再引入其它任何有机溶剂，完全水性涂料。

本发明中的改性硅溶胶水溶液根据要求还可以单独配制透明罩面漆，或根据要求，通过调节颜、填料种类制备出防火、抗菌、防锈、防腐、自洁功能的各种涂料，应用于任何经过处理的金属、玻璃、木材、塑料等基材表面及建筑行业，且该改性硅溶胶制备的涂层具有耐高温、耐强酸强碱，耐有机溶剂，其应用范围较广。

以该改性硅溶胶为基料来制备涂料的过程中，可以引入纳米级金属氧化物，制备的涂层具有更好的理化性能，如涂层的致密度、硬度、附着力等。同时，因纳米尺寸效应，涂层具有杀菌作用(引入纳米氧化锌)或光催化作用(纳米二氧化钛)。

本发明所述的改性硅溶胶以无机硅溶胶和有机硅烷聚合而成，原料便宜易得、制法简单。将其用作基料应用于涂料的制备时，完全以水为溶剂、无需添加醇类等有机物质，制备工艺简单、经济、环保，制得的水性无机涂料兼有有机涂料高装饰性、良好的附着力、韧性，又具有无机涂料的高硬度，耐化学品性，可广泛应用于金属、玻璃、木材、塑料等基材表面及建筑行业。

具体实施方式

下面通过具体实施方式及实施例对本发明的内容做进一步的说明，但这部分内容不以任何方式限制本发明的内容。

实施例1：改性硅溶胶的制备