[发明专利]有机无机复合水性涂料

说明书

技术领域

本发明涉及水性涂料，尤其是一种有机无机复合水性涂料及其制备方法。

背景技术

现已公认通过溶胶-凝胶反应制作的二氧化硅膜具有较高的硬度，但是存在容易产生裂纹的缺点，解决办法主要是加入具有韧性的有机聚合物，业界对于此种方法的研究十分广泛。例如在醇溶剂中溶解含酰胺基的非反应性聚合物和特定的硅烷等水解性金属氧化物得到的均匀溶液，通过该溶液使水解性金属氧化物发生水解缩聚反应而使其凝胶化时，在该均匀溶液凝胶化前或者凝胶化后进行赋形，通过除去溶剂可得到膜状的有机无机复合透明均质体，但是由于使用醇溶剂作为溶剂，对于环境并不友好，如能转换为水系溶剂则较为理想。

CN 1977012B公开了一种水性涂料组合物，其通过混合具有氨基的阳离子性亲水性聚合物（A）、非离子性多元醇（B）、三价以上的硅烷化合物（C）和水（D）而成，可以在比较温和的条件下通过简单的方法制作具有高硬度和优异耐磨损性的有机无机杂化涂膜。

CN 1257948C公开了一种有机-无机杂化涂料及其制备方法，原料为2，4，6，8-四甲基环四硅氧烷，乙烯基烷氧基硅烷（VTMO），正硅酸乙酯（TEOS），异丙醇，0.1mol/L的对甲苯磺酸溶液和作为催化剂的氯铂酸溶液。制备涂料的前驱体仅需一步加成反应，不需要醇解或水解，反应物沸点均在100℃以上，而最高反应温度在60℃左右，反应条件温和，反应装置简单，成本低，纯度高。涂料施工方便，漆膜性能优良，尤其是光泽、附着力和耐溶剂性能优异，表现出与现有结构类似涂料相似的综合性能。但其仍是使用有机溶剂，亦存在污染环境的缺点。

CN 101117477A公开了一种有机-无机复合防水涂料制备方法，是将离子水和阴离子乳化剂及非离子乳化剂投入反应釜中，开动搅拌器，升温，加入混合单体、过硫酸胺及碳酸氢钠水溶液，升温，滴加剩余混合单体和过硫酸胺水溶液，维持反应温度，升温至95℃，保持温度30分钟，降至室温，中和，加入交联剂、柔软剂水溶液、有机硅改型树脂、丙烯酸醋共聚物，过滤后即成；将石英砂、粉末消泡剂、分散剂、防水剂混匀，用球磨机将混匀的物料磨细，与水泥混匀，过筛即得粉料，液料：粉料：水=10：15：2。优点是弹性大，吸水率低，高耐水，泡水不肿胀，抗老化，耐候性好，粘接力强，无接缝，透气不透水、不空鼓，抗冻融、耐高温、耐腐蚀。缺点是参与反应原料众多，成分含量不易控制，工艺步骤相对复杂。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种以水作为溶剂的既含具有韧性的有机聚合物、又含具有较高硬度二氧化硅的有机无机复合水性涂料，其硬度高，耐磨性能优异，并且安全环保。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种有机无机复合水性涂料，通过混合用饱和/不饱和和/或用烯属不饱和化合物接枝的离子和/或非离子稳定化的聚氨酯、烷氧基化的一元醇R-[AO]n-H、四甲氧基硅烷和水而成，其中残基R是具有8-20个碳原子的烷基，指数n是1-5的整数，残基[AO]表示氧化烯烃残基。

所述的饱和/不饱和或/和用烯属不饱和化合物接枝的离子和/或非离子稳定化的聚氨酯作为水性涂料的常用成分是已知的，可以被物理、热或者热和用光化辐射固化。优选基于脂族、脂环族、脂族-脂环族、芳族、脂族-芳族和/或脂族-芳族多异氰酸酯。所述聚氨酯作为接枝聚合物存在，这种接枝聚合物是本领域技术人员所熟知的。优选用丙烯酸酯基团接枝，相应地，丙烯酸酯基团在制备聚氨酯初级分散体之后被引入聚合物中。出于稳定的目的，该聚氨酯可以选择性地含有：a、能够用中和剂和/或季铵化剂转化成阳离子的官能团，和/或阳离子基团；b、能够用中和剂转化成阴离子的官能团，和/或阴离子基团；c、非离子亲水性基团。

所述的饱和/不饱和或/和用烯属不饱和化合物接枝的离子和/或非离子稳定化的聚氨酯，其大分子结构中存在大量氨基，在本发明的防水涂料中，能够催化另一重要物质四甲氧基硅烷的缩合反应，与通常所用的酸催化剂相比，能够使四甲氧基硅烷的缩合反应以更高的交联密度进行。又因为是亲水性的，可以在水中稳定硅溶胶。另一方面，在四甲氧基硅烷进行水解反应的过程中，该聚氨酯中的羟基还可以与硅醇基形成强的氢键，形成牢固的网络结构。由此，本发明的有机无机复合水性涂料在应用时可以得到高交联密度的涂膜，既具有高硬度，又具有优异的耐磨损性能。