超親水涂料及其制備方法和超親水涂層及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及涂料領(lǐng)域，具體涉及一種超親水涂料及其制備方法以及采用該超親水 涂料制成的超未水涂層。
【背景技術(shù)】
[0002] 透明材料的霧化是指濕氣或蒸汽冷凝在透明材料制品的表面形成微小水滴，微小 水滴的析出使光線(xiàn)經(jīng)過(guò)時(shí)發(fā)生漫反射，很明顯的降低了透明材料的透光率，出現(xiàn)起霧現(xiàn)象， 從而使得透明材料變得不透明，影響視覺(jué)效果。透明材料表面的起霧現(xiàn)象會(huì)給日常生產(chǎn)和 生活帶來(lái)諸多不便，如：建筑物的玻璃窗、浴室鏡子、眼鏡片，尤其是寒冷環(huán)境下車(chē)輛的擋風(fēng) 玻璃起霧，會(huì)嚴(yán)重影響行車(chē)安全。目前采用的解決透明材料表面的霧化的方法一般有在透 明材料表面鍍膜、安裝加熱裝置等。在透明材料表面鍍膜通常采用涂料。而目前使用的涂 料一般是純高分子體系，這種涂料的耐水性較差，耐候性較差，使用壽命較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于上述涂料使用壽命較短的不足，本發(fā)明的目的是提供一種具有很好的防霧性 能、耐水性好、耐候性好的超親水涂料及其制備方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種超親水涂料，所述超親水涂料的原料包括0~10重量份的硅溶膠；0. 3~15 重量份的改性硅溶膠、〇. 1~35重量份的高分子單體、0. 01~1重量份的引發(fā)劑和55~90 重量份的溶劑；
[0006] 其中所述硅溶膠中SiO2的質(zhì)量百分含量為5%~35%，粒徑為5nm~35nm ;
[0007] 所述改性硅溶膠為接枝有烯鍵和磺酸基的硅溶膠；
[0008] 所述高分子單體的的分子式為
[0010] 其中R1為H或甲基，R為羥基、羥烷基、烷酯基、磺酸基、磺酸鹽基、對(duì)磺酸苯基、對(duì) 磺酸鹽苯基、磺酸烷基、磺酸鹽烷基或吡咯烷酮基；
[0011] 所述引發(fā)劑為過(guò)氧化苯甲酰、過(guò)氧化月桂酰、偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、過(guò)硫 酸鉀、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨中的一種或幾種的混合物；
[0012] 所述溶劑為去離子水、乙醇、異丙醇、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯、四氫呋喃、甲苯、 丙二醇單烷基醚、丙二醇烷基醚乙酸酯、環(huán)戊酮、乙酸丁酯、甲基異丁基酮、正丁酮、4-甲 基-2-戊酮、環(huán)己酮、2-庚酮、γ - 丁內(nèi)酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙 醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單甲醚乙酸酯、丁內(nèi)酯、二甲基甲酰胺以及二甲基乙酰胺中的一 種或幾種的混合物。
[0013] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述超親水涂料的原料還包括0~5重量份的帶烯鍵的硅 烷偶聯(lián)劑和/或O~1重量份的（甲基）丙烯酸。
[0014] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述帶烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑為γ-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲 氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基 硅烷和乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷中的至少一種。
[0015] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述高分子單體由0.3~15重量份的帶羥基的（甲基）丙 烯酸酯類(lèi)高分子單體、〇. 2~12重量份的（甲基）丙烯酸酯類(lèi)高分子單體、0. 1~8重量份 的帶磺酸基的高分子單體和〇. 1~8重量份帶吡咯烷酮的高分子單體組成。
[0016] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述帶羥基的丙烯酸酯類(lèi)高分子單體為（甲基）丙烯酸羥 乙酯、（甲基）丙烯酸羥丙酯、4-羥基丁基丙烯酸酯中的一種或幾種的混合物；
[0017] 所述（甲基）丙烯酸酯類(lèi)高分子單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲 酯、2-甲基丙烯酸乙酯，丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁 酯中的一種或幾種的混合物；
[0018] 所述帶磺酸基的高分子單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙磺酸鉀、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鈉、對(duì)苯乙烯磺酸、對(duì) 苯乙烯磺酸鈉或?qū)Ρ揭蚁┗撬徕浀囊环N或幾種的混合物；
[0019] 所述帶吡咯烷酮的高分子單體為N-乙烯基吡咯烷酮，3-甲基-1-乙烯基-2-吡咯 烷酮，4-甲基-1-乙烯基-2-吡咯烷酮中的一種或幾種的混合物。
[0020] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述超親水涂料的固含量為5~30%。
[0021] 上述的超親水涂料的制備方法，包括如下步驟：將0~10重量份的硅溶膠；0. 3~ 15重量份的改性硅溶膠、0. 1~35重量份的高分子單體、0. 01~1重量份的引發(fā)劑、55~ 90重量份的溶劑、0~5重量份的帶烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑和0~1重量份的（甲基）丙烯酸 按一定重量份數(shù)比混合均勻，然后在保護(hù)氣氛下反應(yīng)4小時(shí)~6小時(shí)后即可得到所述的超 親水涂料，反應(yīng)溫度為25°C至70°C。
[0022] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，上述反應(yīng)過(guò)程中，首先升溫至30°C保溫1. 5小時(shí)~2. 5小 時(shí)，然后升溫至45°C保溫1. 5小時(shí)~2. 5小時(shí)，之后再升溫至60°C保溫0. 3小時(shí)~0. 6小 時(shí)后反應(yīng)完成。
[0023] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述改性硅溶膠為接枝有烯鍵和磺酸基的硅溶膠，所述接 枝有烯鍵和磺酸基的硅溶膠的制備方法包括如下步驟：
[0024] 制備接枝有稀鍵的娃溶月父；
[0025]制備接枝有磺酸基的硅溶膠；
[0026] 將所述接枝有烯鍵的硅溶膠與所述接枝有磺酸基的硅溶膠混合、攪拌并陳化，得 到同時(shí)接枝有烯鍵和磺酸基的硅溶膠，其中，所述接枝有烯鍵的硅溶膠與所述接枝有磺酸 基的硅溶膠的質(zhì)量份數(shù)比為〇. 2~1:1。
[0027] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述制備接枝有烯鍵的硅溶膠包括以下步驟：
[0028] 取一定量的硅溶膠，調(diào)節(jié)其PH值至2~5并進(jìn)行攪拌，邊攪拌邊滴加含有烯鍵的 硅烷偶聯(lián)劑，滴加完畢后繼續(xù)攪拌Ih~5h，然后陳化12h~48h，得到接枝有烯鍵的硅溶 膠；其中，所述含有烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑與所述硅溶膠的固含量的質(zhì)量份數(shù)比為〇. 5~2:1。
[0029] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述含有烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑與所述硅溶膠的固含量的質(zhì)量 份數(shù)比為0.8~1:1。
[0030] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，向所述硅溶膠中滴加所述含有烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑時(shí)，所述 含有烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑的滴加時(shí)間為30min~120min。
[0031] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述含有烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑為γ_(甲基丙烯酰氧）丙基三 甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧 基硅烷和乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷中的至少一種。
[0032] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述制備接枝有磺酸基的硅溶膠包括以下步驟：
[0033] 取一定量的硅溶膠，調(diào)節(jié)其PH值至2~5并進(jìn)行攪拌，邊攪拌邊滴加含有巰基的 硅烷偶聯(lián)劑，滴加完畢后繼續(xù)攪拌Ih~5h，然后陳化12h~48h，得到接枝有巰基的硅溶 膠；其中，所述含有巰基的硅烷偶聯(lián)劑與所述硅溶膠的固含量的質(zhì)量份數(shù)比為〇. 5~2:1 ; [0034] 在所述接枝有巰基的硅溶膠中加入過(guò)氧化物，所述過(guò)氧化物將所述巰基氧化為磺 酸基，得到接枝有磺酸基的硅溶膠；其中，所述過(guò)氧化物與所述接枝有巰基的硅溶膠的摩爾 比為1~3:1。
[0035] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述含有巰基的硅烷偶聯(lián)劑與所述硅溶膠的固含量的質(zhì)量 份數(shù)比為1~1.5:1 ;
[0036] 所述過(guò)氧化物與所述接枝有巰基的硅溶膠的摩爾比為1~1. 5:1。
[0037] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，向所述硅溶膠中滴加含有巰基的硅烷偶聯(lián)劑時(shí)，所述含有 巰基的硅烷偶聯(lián)劑的滴加時(shí)間為30min~120min。
[0038] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述含疏基的硅烷偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)式為： SH(CH2)3Si (OR)3，其中，R為甲基、乙基或甲氧基乙基。
[0039] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述過(guò)氧化物為過(guò)氧化氫和過(guò)氧乙酸中的至少一種。
[0040] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述接枝有烯鍵的硅溶膠與所述接枝有磺酸基的硅溶膠的 質(zhì)量份數(shù)比為0. 4~0. 6:1。
[0041] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，將所述接枝有烯鍵的硅溶膠與所述接枝有磺酸基的硅溶膠 混合、攪拌并陳化包括以下步驟：
[0042] 將所述接枝有磺酸基的硅溶膠進(jìn)行攪拌，邊攪拌邊滴加所述接枝有烯鍵的硅溶 膠，滴加完畢后繼續(xù)攪拌Ih~5h，然后陳化12h~48h。
[0043] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，向所述接枝有磺酸基的硅溶膠中滴加所述接枝有烯鍵的硅 溶膠時(shí)，所述接枝有烯鍵的硅溶膠的滴加時(shí)間為30min~120min。
[0044] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，在制備接枝有烯鍵的硅溶膠和制備接枝有巰基的硅溶膠之 前，還包括以下步驟：
[0045] 將硅溶膠在超聲波中活化IOmin~60min。
[0046] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述娃溶膠的固含量為5wt %~35wt %，粒徑為5nm至 100nm〇
[0047] 本發(fā)明還提供一種超親水涂層，所述超親水涂層是通過(guò)將上述的超親水涂料涂覆 在基材上制成的，其中所述超親水涂層的厚度為5微米至35微米。
[0048] 上述的超親水涂層的制備方法，包括如下步驟：
[0049] 將上述超親水涂料涂覆在基材表面；
[0050] 對(duì)涂覆有涂層的基材進(jìn)行烘烤處理，烘烤處理的溫度為40°C至150°C，時(shí)間為0. 5 小時(shí)至8小時(shí)?；目梢允遣Ａ?、塑料、薄膜等。當(dāng)然，在涂覆前也可以對(duì)基材進(jìn)行預(yù)處理。
[0051] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述烘烤處理的溫度控制具體包括如下過(guò)程：首先在 40°C~80°C的溫度下處理0. 5小時(shí)~5小時(shí)，然后升溫至80°C _150°C處理0. 5小時(shí)~3小 時(shí)。
[0052] 本發(fā)明的有益效果是：
[0053] (1)本發(fā)明的超親水涂料中的主鏈上含有硅溶膠的含硅高分子與硅溶膠復(fù)合反應(yīng) 來(lái)形成超親水涂料，在成膜過(guò)程中主鏈上含有硅溶膠的高分子與硅溶膠發(fā)生凝膠化交聯(lián)反 應(yīng)，生成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而使得本發(fā)明的超親水涂料制備的涂層具有優(yōu)良的防霧性能，而且耐 水性好，耐候性好，同時(shí)其耐磨、耐刮擦和耐污性能也非常好。
[0054] (2)本發(fā)明的超親水涂料在汽車(chē)倒車(chē)鏡、擋風(fēng)玻璃、浴室鏡、游泳鏡以及光學(xué)上具 有很好的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 為了使本發(fā)明的超親水涂料及其制備方法和超親水涂層及制備方法的目的、技術(shù) 方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0056] 需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。
[0057] 硅溶膠亦稱(chēng)硅酸溶膠，硅溶膠是納米級(jí)二氧化硅顆粒在水或其他溶劑（其他溶劑 可以是乙醇、異丙醇、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸正丁酯、防白水中的一種或幾種）中 的分散液，硅溶膠中的二氧化硅含有大量的水及羥基，具有較大的比表面積，具