[发明专利]一种水性聚氨酯-硅溶胶防雾涂料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种水性聚氨酯‑硅溶胶防雾涂料及其制备方法和应用。本发明先用多羟基封端剂对丙酮法合成的预聚物进行封端，得到端羟基聚氨酯预聚物；接着与带有异氰酸酯基的硅烷偶联剂进行化学键合反应得到端羟基有机硅‑聚氨酯预聚物；然后进行中和反应并乳化得到的水性聚氨酯乳液，最后与硅溶胶、固化剂进行搅拌混合，得到水性聚氨酯‑硅溶胶防雾涂料。该水性聚氨酯‑硅溶胶防雾涂料在高温下可形成具有较高透明度和防雾时效较持久的光滑涂层，该涂层具有透明、耐磨和耐水的显著特点。同时，该合成方法简单，合成工艺绿色环保，且VOC含量低。

技术领域

本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种水性聚氨酯-硅溶胶防雾涂料及其制备方法和应用。

背景技术

眼镜、浴室镜子、汽车挡风玻璃、温室大棚的聚合物膜、护目镜以及手术用的内窥视镜等这些透明材料，在日常生活中常常会遇到起雾现象。当基材和所处的环境间出现较大的温差，且基材表面的温度低于环境中水蒸气的露点时，会造成水蒸气在基材表面凝结成水滴；水滴的存在会发生光散射、折射现象，这不仅影响了透明材料的透明性，还会给生活、工作和生产带来极大的不便，甚至会导致危险。因此，解决起雾问题是此背景下的一大热点，对于防雾技术的研究也越来越受关注。

目前，防雾技术主要有两大类，第一类是通过物理方法防雾(如电加热、蚀刻法等)，但因该方法耗能高、造价贵等问题限制了其应用；第二类是通过化学改性基材表面的润湿性来控制其防雾性能，如制备可涂覆至基材表面的亲/疏水性涂料。疏水性防雾涂层是使基材表面上微小液滴融合成大液滴并从基材表面滚落，最终会留下不规则的水痕，从而影响了基材的透光性；相反，亲水性防雾涂层促使微小液滴迅速铺展成均匀且透明的水膜，从而减少了光的散射等问题。因此，开发亲水性防雾涂料是目前防雾技术领域的重点之一。

传统的防雾剂一般由表面活性剂组成。如专利WO 201677698(国际申请，英)中报道了将阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂结合并涂敷于塑料或玻璃基材表面，以提高基材表面亲水性，从而达到提高其防雾性能的目的。有机高分子聚合物因其分子结构中含有大量的亲水基团，使得涂层具有一定的亲水性，从而达到防雾效果。专利公布号为CN109666119A的专利报道了通过带有羟基、羧基和磺酸基等基团的丙烯酸单体之间的聚合，得到具有防雾性能的亲水性聚丙烯酸酯涂料，但是该亲水性防雾涂层还需通过添加表面活性剂提高其防雾性能。同样，申请号为JP 2011140589的专利申请报道了由含有磺酸基的乙烯基单体和烷基丙烯酸酯单体为结构单元，聚合组成耐刷洗的亲水性丙烯酸酯涂料，但后续配制中仍需加入表面活性剂增加其防雾性。

有机高分子聚合物涂层虽有良好的防雾效果，但因表面活性剂的加入只是简单的物理混合，存在不能牢固的附于涂层、稳定性不好及持久性差等问题。再者，防雾涂料所形成的涂层的透明性很少被提及，而在实际应用中，防雾涂层被施加至透明基材上，固化后所得的涂层透明性对基材有直接影响，且不少亲水性防雾涂料的合成是溶剂型，因此开发合成过程绿色环保、挥发性有机物(VOC)含量低的路径也是目前化学工艺的关注点之一。

发明内容

针对防雾涂料的涂层内部结合不牢固、不稳定、持久性差及常含高VOC等问题，本发明的目的在于提供一种水性聚氨酯-硅溶胶防雾涂料及其制备方法和应用。本发明先用多羟基封端剂对丙酮法合成的预聚物进行封端，得到端羟基聚氨酯预聚物；接着，与异氰酸酯基型硅烷偶联剂进行化学键合反应得到末端既有羟基又有硅氧烷的端羟基有机硅-聚氨酯预聚物；然后将其进行中和乳化得到的水性聚氨酯乳液与硅溶胶、固化剂进行搅拌混合，即得到水性聚氨酯-硅溶胶防雾涂料。本发明的水性聚氨酯-硅溶胶防雾涂料不仅具有合成方法简单、绿色环保、涂料稳定性良好及低VOC等优点，而且在高温条件下与固化剂可以形成具有较高透明度和防雾时效较持久的防雾涂层，该涂层在日常生活较温和的环境下具有较好的应用前景。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种水性聚氨酯-硅溶胶防雾涂料及其制备方法，包括如下步骤：