一种有机硅改性水性涂料及其制备方法与流程

本发明涉及水性涂料，具体涉及一种有机硅改性水性涂料及其制备方法。

背景技术：

1、随着科技的飞速发展和生活水平的持续提升，人们的环保意识也日益增强，这使得材料安全问题逐渐引起了人们的关注与重视，同时对涂料的性能要求也越来越高，传统的溶剂型涂料主要是由填料、连结料、有机溶剂和助剂组成，在生产和使用过程中会释放大量的挥发性有机化合物，这些化合物不仅会对环境造成污染，还可能对人体健康产生危害，而水性涂料是用水作溶剂或者作分散介质的涂料，除了具有溶剂型涂料的优异性能外，还具有使用简单、无毒、无环境污染等优点，广泛用于建筑物、工业制品、汽车和包装印刷等行业，但是水性涂料在耐高温、耐腐蚀和阻燃等方面往往难以满足要求。

2、有机硅具有绝缘性好、耐腐蚀、耐高温、阻燃、易加工等优点，是提高水性涂料性能的理想改性材料，通过引入有机硅，可以显著增强水性涂料的综合性能，满足更广泛领域的应用需求，但目前的有机硅改性水性涂料存在附着力和耐磨性能欠佳的缺点，若涂料的附着力不足，涂层容易剥落或开裂，不仅影响涂层的美观性，更可能导致涂层失去对基材的有效保护,此外，涂料在受到摩擦或外力作用时，容易出现磨损、剥落等问题，可能导致涂层变得斑驳、不均匀，失去原有的光泽，增加维护成本，缩短其使用寿命。

3、公开号为cn109504267b的专利公开了一种有机硅改性水性复合木器涂料及其制备方法与应用，使用化学改性的方法在聚丙烯酸酯和水性聚氨酯中引入有机硅，使其结构中的活性硅氧烷基团在一定条件下水解形成硅醇，硅醇可以脱水缩合形成立体网络交联结构，从而使聚合物交联密度增加，该发明制备的涂料具有硬度佳、耐热性好的优点，但是涂料没有进行其他方面性能的改进，无法改善复合木器涂料耐磨性较差的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种有机硅改性水性涂料及其制备方法，解决了以下技术问题：

2、(1)解决了水性涂料附着力较差的问题；

3、(2)解决了水性涂料耐磨性较差的问题。

4、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

5、一种有机硅改性水性涂料，包括以下重量份的原料：30～50份丙烯酸、10～20份甲基丙烯酸甲酯、9～15份丙烯酸羟乙酯、5～10份丙烯酰胺、5～7份复合添加剂、2～5份偶氮二异丁腈、10～15份碳酸钙、4～6份改性无机复合物、30～50份去离子水、1～3份乙二醇丁醚、3～5份聚丙烯酸丁酯、2～4份二甲基硅油。

6、进一步地，所述复合添加剂的制备方法包括以下步骤：

7、s1:将聚丙二醇二缩水甘油醚置于甲苯中，搅拌均匀，再加入甲基丙烯酸羟乙酯和催化剂，通氮气保护，将体系温度升高至60～70℃，反应5～7h，反应结束后，旋转蒸发除去溶剂，得到改性聚丙二醇二缩水甘油醚；

8、s2：在充满氮气的反应器中加入改性聚丙二醇二缩水甘油醚和n,n-二甲基甲酰胺，搅拌混合均匀，然后加入苯基二甲基氯硅烷，在搅拌条件下将温度升高至55～65℃，保温1～2h后，向反应器中加入促进助剂，加完后，继续保温搅拌3～6h，收集产物得到复合添加剂。

9、进一步地，步骤s1中，所述聚丙二醇二缩水甘油醚的数均分子量为500～1000。

10、进一步地，步骤s1中，所述催化剂为三氟化硼乙醚或者四丁基溴化铵中的任一种。

11、进一步地，步骤s2中，所述促进助剂为三乙胺或者吡啶中的任一种。

12、通过上述技术方案，在催化剂的作用下，聚丙二醇二缩水甘油醚结构中的环氧基团与甲基丙烯酸羟乙酯结构中的羟基发生开环反应,得到改性聚丙二醇二缩水甘油醚，同时其结构中因开环反应产生的羟基，可以在促进助剂的作用下，与苯基二甲基氯硅烷结构中的si-c l发生反应，从而将苯基二甲基氯硅烷接枝到改性聚丙二醇二缩水甘油醚结构中，得到复合添加剂。

13、进一步地，所述改性无机复合物的制备方法包括以下步骤：

14、ⅰ：将沸石加入到去离子水中，超声分散至形成均匀的悬浮液，将2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与四丁基溴化铵加入至悬浮液中，搅拌混合均匀，升温至65～75℃，反应3～5h，然后进行过滤，收集固体料，即可制得改性沸石；

15、ⅱ：将改性沸石置于二甲基亚砜中，超声分散30～50min，再加入丝胶蛋白，搅拌混合均匀，然后开始滴加氢氧化钠溶液，调节体系的ph值为7～7.5，搅拌混合3～5h，静置1～2h后过滤、洗涤、真空干燥，收集产物，得到改性无机复合物。

16、进一步地，步骤ⅰ中，所述沸石的粒径为0.05～10μm。

17、进一步地，步骤ⅱ中，所述丝胶蛋白的数均分子量为5000～10000。

18、进一步地，步骤ⅱ中，所述氢氧化钠溶液的质量分数为10％～40％。

19、通过上述技术方案，在四丁基溴化铵的作用下，沸石表面的羟基可以与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵结构中的环氧基团发生开环反应,得到改性沸石，然后利用其表面修饰的季铵盐离子带的正电荷与带负电荷的丝胶蛋白发生静电吸附作用，将丝胶蛋白与沸石结合，得到改性无机复合物。

20、一种有机硅改性水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

21、(1)在氮气的保护下,向反应器中加入丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺、复合添加剂和偶氮二异丁腈，搅拌混合均匀，升温至80～90℃反应5～7h，再加入碳酸钙、改性无机复合物、去离子水，继续搅拌2～4h，制得混合浆料；

22、(2)将步骤(1)得到的混合浆料加入到搅拌机中，再加入乙二醇丁醚、聚丙烯酸丁酯、二甲基硅油，设置搅拌机的搅拌速率为500～700r/min，搅拌混合30～50min，静置消泡后得到水性涂料。

23、本发明的有益效果：

24、(1)本发明通过制备复合添加剂，其结构中的不饱和烯基可以与丙烯酸等聚合单体进行交联聚合,形成具有高交联度的水性涂料，使界面结合更加紧密，从而提高涂料的附着力，经交联后，可将刚性苯环引入丙烯酸聚合物主链中，可以使丙烯酰胺聚合物的耐高温性能得到有效改善，进而增强了水性涂料的耐高温性能，同时，复合添加剂中含有大量高键能的硅氧键，需要吸收更多热量才能发生断裂，因此可进一步增强水性涂料的耐高温性能，此外，复合添加剂结构中含有大量的醚健，可增强涂料的粘附力，进一步提高涂料与被涂物基体的附着力，避免涂料发生脱落或剥离的问题。

25、(2)本发明在水性涂料基料中添加改性无机复合物，该改性无机复合物以沸石作为基体，具有很好的耐磨功能，提高了水性涂料的耐磨性能，与此同时，通过使用丝胶蛋白对沸石进行改性，可以提高其与丙烯酸聚合物的相容性，有效改善沸石的团聚问题，此外，丝胶蛋白对紫外光的吸收能力较强，可有效提高水性涂料的抗紫外性能,且具有环保安全、持久性等优点，避免水性涂料在长期的阳光直射下，出现颜色褪色、龟裂、粉化等问题，同时，丝胶蛋白结构中的羟基、氨基等基团可与丙烯酸聚合物结构中的活性羟基、醚健等产生氢键缔合，进而形成稳定的界面层，有效提高了水性涂料的附着力和耐磨性能，使得涂料在被涂物基体上具有更好的附着效果和耐久性。

26、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。