有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料及其制作方法技术

本发明专利技术涉及涂料制造领域，本发明专利技术公开了一种含有磺酸季铵盐的有机硅改性丙烯酸树脂超亲水低温防雾涂料的组成及制备方法。其主要的反应原料重量分数组成为：甲基丙烯酸甲脂6.3～10.7%，丙烯酸丁酯4.5～7.9%，γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷8.8～15.3%,官能单体甲基丙烯酸羟乙酯8.1～13.9%，二乙醇胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯的反应产物3‑（双（2‑羟乙基）氨基）‑2‑羟丙基甲基丙烯酸酯16.0～27.0%，2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸7.4～12.8%，偶氮二异丁腈用量为0.2%～0.4%；反应溶剂为N，N‑二甲基甲酰胺占总量的25.3%～45.6%。该涂料制备温度较低，稳定性好，生产工艺简单，达到了节约能源，投入设备少，涂料透明、流平、附着力强，可实现在‑40℃低温防雾和80℃高温防雾，不起皮，没有裂纹，可以反复使用100次以上。

Silicone Modified Acrylic Resin Super-hydrophilic Antifogging Coating and Its Manufacturing Method

The invention relates to the field of paint manufacturing. The invention discloses the composition and preparation method of a silicone modified acrylic resin super hydrophilic low temperature antifogging coating containing quaternary ammonium sulfonate. The main reactants were methyl methacrylate 6.3-10.7%, butyl acrylate 4.5-7.9%, gamma-methacryloxypropyl trimethoxysilane 8.8-15.3%, functional monomer hydroxyethyl methacrylate 8.1-13.9%, diethanolamine and glycidyl methacrylate reaction products 3 (2 hydroxyethyl)amino)2 hydroxypropyl methacrylate. Esters 16.0-27.0%, 2-acrylamide 2-methylpropionic sulfonic acid 7.4-12.8%, azodiisobutyronitrile 0.2-0.4%, reaction solvent N, N-dimethylformamide 25.3-45.6% of the total. The coating has the advantages of low preparation temperature, good stability, simple production process, energy saving, less equipment input, transparency, leveling and strong adhesion. It can achieve low temperature fog prevention at 40 ~C and high temperature fog prevention at 80 ~C, no peeling, no cracks, and can be reused more than 100 times.

【技术实现步骤摘要】
有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料及其制作方法
本专利技术涉及用于透明光学聚碳酸酯等材料表面的防雾涂料，具体为一种有机硅改性丙烯酸树脂防雾涂料及其制备方法。
技术介绍
聚碳酸酯材料（PC）是一种应用广泛的、环保的高透明的无色或微黄色工程塑料；在低温条件下，PC板表面易达到水汽的露点温度，PC板表面会形成一层水雾，严重阻碍视线，影响使用。针对聚碳酸酯（PC）起雾问题，文献报道了大量亲水性的防雾涂料。赵海平等（涂料工业，2017，47（1）：34～40）以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、聚乙二醇（PEG-400）、3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基-2-甲基-2丙烯酸酯（MPS）为主要原料，采用自由基聚合合成一种可热固化聚丙烯酸酯树脂，并以三乙烯四胺（TETA）和正硅酸乙酯（TEOS）的混合物为固化剂，制备了机械性能优、耐水性佳的亲水防雾涂层。李永月等（功能高分子学报，2016，29（2）:227-232）人采用自由基溶液聚合法合成了甲基丙烯酸（MAA）-甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）-烯丙基聚氧乙烯醚（APEG）无规共聚物，以KH560为交联剂，并在60℃温水的表面皿上进行了防雾测试，3min后观察玻璃片未起雾，制备出了防雾性能良好，透过率达95%的防雾涂层。这些防雾涂料用于高温防雾。此外，聚碳酸酯（PC）的低温防雾涂料也有所报道。Yuan等（ProgressinOrganicCoatings2014，77（4）:785-789）以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸（AMPS）为亲水性单体，并以其他丙烯酸类单体为共聚单体，通过自由基共聚反应制备得到一种亲水性聚合物，该聚合物与异氰酸酯共聚物在UV固化下的制备得到的涂层材料具有很好的防雾性能和机械性能，其中IU-PHEMA预聚物中AMPS量及U-PHEMA的组成是影响涂层防雾性能的主要因素。该涂层固化后在-15℃下仍然有防雾效果。H.K.Kim等（ProgressinOrganicCoatings2017，110:122-127）采用乙醇胺与缩水甘油烷基醚反应，然后用硫酸二甲酯使其成季铵盐，再与异佛尔酮二异氰酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯反应，制得防雾涂料。该涂料中有季铵盐作为亲水防雾的功能基团，-20℃下有防雾效果。尽管如此，防雾涂料的制备还存在以下三种问题：（1）制备工艺较复杂，涉及到很多的合成步骤和严格的条件控制；（2）还不能实现超低温防雾，一般防雾温度仅低至-20℃；低于-40℃以下的效果比较差；（3）涂料的稳定性及重复使用次数有限，可能会变黄或失效。防雾涂料的分子稳定性、低温环境的防雾效果、涂层重复次数等方面，不能满足实际的需求。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术所要解决的技术问题是如何使防雾涂料的制备工艺简单、在-40℃低温防雾效果和80℃高温防雾效果优良。本专利技术提供一种制备工艺简单，制备过程环保，附着力优良，在低温-40℃下有良好防雾性能的一种有机硅改性丙烯酸亲水防雾涂料及其制备工艺。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料，其特征在于：包括下列重量百分比的原料组分：甲基丙烯酸甲脂占总量的6.3～10.7%，丙烯酸丁酯占总量的4.5~7.9%，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷占总量的8.8～15.3%,官能单体甲基丙烯酸羟乙酯占总量的8.1～13.9%，二乙醇胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯的反应产物3-（双（2-羟乙基）氨基）-2-羟丙基甲基丙烯酸酯占总量的16.0～27.0%,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸占总量的7.4～12.8%，偶氮二异丁腈用量为0.2%～0.4%；反应溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，占总量的25.3%～45.6%。进一步的特征是，所述D-GMA是3-（双（2-羟乙基）氨基）-2-羟丙基甲基丙烯酸酯，用二乙醇胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯按照1:1摩尔比反应生成。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和D-GMA反应生成分子内盐，起到防雾作用。防雾涂料硬单体为甲基丙烯酸甲脂，防雾涂料软单体为丙烯酸丁酯；防雾涂料的硬单体与软单体的摩尔比为3:1。用于改性的有机硅烷为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）按照重量百分比，准备或制备所述组分：甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸丁酯、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、官能单体HEMA、D-GMA、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、AIBN；准备或制备3-（双（2-羟乙基）氨基）-2-羟丙基甲基丙烯酸酯溶液，为溶液A；如果是制备，则先将二乙醇胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯按照1:1摩尔比，加入到烧瓶中，在50～64℃下反应一段时间，最佳为60℃，如2～4h，得到溶液A。2）在容器中加入作为溶剂的N，N二甲基甲酰胺（DMF），然后将甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸丁酯和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入到容器中，再加入部分AIBN，再50～64℃反应工艺要求的2-4h；再加入甲基丙烯酸羟乙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，最后加入3-（双（2-羟乙基）氨基）-2-羟丙基甲基丙烯酸酯溶液，加入剩下的AIBN；保持温度为50～64℃，按反应工艺要求反应一段时间，如4～6h，制得涂料。进一步的特征在于：将二乙醇胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯，加入到烧瓶中，在50～64℃下反应工艺要求的一段时间，得到3-（双（2-羟乙基）氨基）-2-羟丙基甲基丙烯酸酯溶液。有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料的涂覆方法，其特征在于包括如下步骤：①基材预处理：首先将基材PC板浸没在浓硫酸：双氧水=（8～10）：2的溶液中，处理15～30h，然后将PC板放在无水乙醇中，超声处理1～10min，然后再在去离子水中超声1～10min，然后将上述过程重复，最后用去离子水冲洗，在常温下干燥；②涂料的稀释：按照稀释体积比=涂料：助溶剂1:（1～1.6）进行稀释，助溶剂采用醇：醚=1:1来配比稀释剂；稀释涂料的溶剂为C1-C6脂肪醇中的任一种或两种的混合液，或两种以上直至全部的混合液，分别与醚的混合物；例如异丙醇和乙二醇乙醚的混合液，异丙醇和乙二醇甲醚的混合液，乙醇和甲醇的混合液。③涂料的水解，控制温度为30～50℃，超声辅助水解5～20min。④涂料涂覆：将PC板倾斜放置，再将涂料搅拌均匀，用滴管从PC板的上端缓慢均匀滴加涂料，使涂料均匀流平于整个PC板，再将涂覆涂料的PC板平整放置，室温干燥一段时间，如8—20min，再将其放入干燥箱中，在40℃下低温固化一段时间，如15—40min，；然后缓慢升温到100—120℃，在高温下固化一段时间，如1—3h。在涂料涂覆前，用底漆来对PC板表面预处理；底漆是质量比为0.01～0.1%的聚乙烯醇缩丁醛的无水乙醇溶液，或者质量比为0.01～0.1%的钛酸丁酯的无水乙醇溶液；所述的醇为C1-C6脂肪醇中的一种或多种，比如，异丙醇，甲醇，乙醇，异丁醇等。与现有技术相比，本专利技术得到的有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料，具有如下有益效果：1、本专利技术的涂料的制备方法，其制备温度较低，稳定性好，生产工艺简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料，其特征在于：包括下列重量百分比的原料组分：甲基丙烯酸甲脂6.3～10.7%，丙烯酸丁酯4.5~7.9%，γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷8.8～15.3%,官能单体甲基丙烯酸羟乙酯8.1～13.9%，二乙醇胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯的反应产物3‑（双（2‑羟乙基）氨基）‑2‑羟丙基甲基丙烯酸酯16.0～27.0%,2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸7.4～12.8%，偶氮二异丁腈为0.2%～0.4%；反应溶剂为N，N‑二甲基甲酰胺占总量的25.3%～45.6%。

【技术特征摘要】
1.有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料，其特征在于：包括下列重量百分比的原料组分：甲基丙烯酸甲脂6.3～10.7%，丙烯酸丁酯4.5~7.9%，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷8.8～15.3%,官能单体甲基丙烯酸羟乙酯8.1～13.9%，二乙醇胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯的反应产物3-（双（2-羟乙基）氨基）-2-羟丙基甲基丙烯酸酯16.0～27.0%,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸7.4～12.8%，偶氮二异丁腈为0.2%～0.4%；反应溶剂为N，N-二甲基甲酰胺占总量的25.3%～45.6%。2.根据权利要求1所述的有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料，其特征在于，所述3-（双（2-羟乙基）氨基）-2-羟丙基甲基丙烯酸酯是采用二乙醇胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯按照1:1摩尔比反应生成。3.根据权利要求1或2所述的有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料，其特征在于，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和3-（双（2-羟乙基）氨基）-2-羟丙基甲基丙烯酸酯反应生成分子内盐，即磺酸季铵盐，起到防雾作用。4.根据权利要求1或2所述的有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料，其特征在于，防雾涂料硬单体为甲基丙烯酸甲脂，防雾涂料软单体为丙烯酸丁酯；防雾涂料的硬单体与软单体的摩尔比为3:1。5.根据权利要求1或2所述的有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料，其特征在于，用于改性的有机硅烷为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。6.有机硅改性丙烯酸树脂超亲水防雾涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）按照重量百分比，准备或制备所述组分：甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸丁酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、官能单体HEMA、D-GMA、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、AIBN；准备或制备3-（双（2-羟乙基）氨基）-2-羟丙基甲基丙烯酸酯溶液，为溶液A；如果是制备，采用1:1摩尔比的二乙醇胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯，在50～64℃下反应2～4h，得到溶液A，即3-（双（2-羟乙基）氨基）-2-羟丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘渝萍，郑紫阳，王力，陈昌国，周燕，岑远，余丹梅，李莎，李伟，胡佳宏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50