一种有机-无机杂化聚合物水凝胶、其制备方法及外墙保温中涂漆技术

本发明专利技术提供一种有机

【技术实现步骤摘要】
一种有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶、其制备方法及外墙保温中涂漆


[0001]本专利技术涉及建筑涂料
，更具体地，涉及一种有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶、其制备方法及外墙保温中涂漆。

技术介绍

[0002]降低建筑能耗是低碳要求下亟待解决的社会问题，建筑外墙使用隔热保温材料是行之有效的方法之一。传统外墙隔热保温材料主要有聚苯颗粒板抹灰体系、岩棉板体系和保温装饰板体系等。但是，这类材料与墙体的附着较差，存在较大的安全风险，近年来各地也陆续出现外墙外保温层脱落事故，带来严重的人生安全隐患和财产损失。基于此，市面上不断涌现轻质隔热保温涂料。目前市面上大多数轻质隔热保温涂料主要通过两种技术路线：路径一是以中空玻璃微珠为主要功能粉体；路径二是以二氧化硅气凝胶为主要功能粉体。
[0003]例如，对于技术路径一，CN 111410880A公布了一种环保性隔热中层漆，包括上层漆和下层漆，其中上层漆以钛白粉(20
‑
40份)为主要功能粉体，提供良好的反射效果；下层漆以空心玻璃微珠(15
‑
30份)为主要功能粉体，达到了较好的隔热效果。但是未做预处理空心玻璃微珠与丙烯酸树脂乳液之间的相互作用较弱，且轻质的玻璃微珠上浮会导致粉料上浮而液体下沉，涂料开罐后表观状态差；此外，该专利技术提供的中层漆是一种薄涂中层漆，在隔热效果上有一定的限制。
[0004]对于技术路径二，CN 113061375A公布了一种保温涂料，该专利技术以气凝胶(15
‑/>20份)和硫酸钙晶须(3
‑
5份)为主要功能粉体。通过硫酸钙晶须降低气凝胶的脆性，提升涂层的韧性和机械强度。但未经过预处理的气凝胶粉体质轻且疏水，与丙烯酸树脂乳液等表面活性剂之间作用也不理想，直接加入到配方中以造成分散效果比较差。
[0005]同样对于技术路径二，中国专利技术专利CN109913007B公布了一种水溶性二氧化硅气凝胶外墙反射隔热涂料，该专利技术通过对二氧化硅改性得到水溶性二氧化硅气凝胶，大大提升其分散效果。但在外墙使用过程中易吸水导致气凝胶产生毛细管力，进而破坏多孔结果，降低中层粘结强度，致使中层破坏或涂层空鼓等。
[0006]因此，如何对现有的二氧化硅气凝胶进行优化改性，增强其疏水性以及与丙烯酸树脂乳液的相容性，从而获得具备优异的耐水性、基材附着力、低导热系数等性能的外墙保温中涂漆，是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]为了解决前述缺陷，本专利技术提供一种有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶。所述有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶呈空间网状结构，具有如下式(I)的结构：
[0008][0009]式(I)中，交联点P为二氧化硅无机纳米颗粒；
[0010]链接所述交联点的桥接聚合物中，重复单元A为烷基，A
m
表示为
‑
(CH2)
m
‑
，1<m<1000；
[0011]链接所述交联点的桥接聚合物中，重复单元B为带硅醇基的甲基丙烯酸丙酯、带硅醇基的丙烯酸丙酯、带硅醇基的烷基中的任何一种，B
n
表示为B的均聚物，聚合度为n，1<n<1000；
[0012]链接所述交联点的桥接聚合物中，重复单元C为二丙烯酸乙烯酯，甲基丙烯酸乙烯酯，丙烯酸烯丙酯中的任何一种，C
k
表示为C的均聚物，聚合度为k，1<k<1000。
[0013]所述有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶的固体分质量分数(250℃下加热1h后残留量)为28
‑
40％，在常温下向所述有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶中加入占所述有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶的质量计1.0
‑
1.5％的醇酯类成膜助剂即可形成连续透明的漆膜，漆膜呈多孔状态，体积固含量>90％，成膜硬度可达H以上，漆膜的拉拔强度>20MPa，标态下(25℃，一个标准大气压)水在漆膜表面的接触角>170
°
，漆膜的导热系数为0.04
‑
0.08W/(m
·
K)。
[0014]本专利技术还提供一种所述有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0015]步骤1)将正硅酸甲酯，单体甲和单体乙，按照1:1:1～1:2:2的摩尔比例共混，得到1号共混液，并存放于混有乙醇的干冰中，直至1号共混液的温度降低至0℃以下，维持此温度，缓慢加入甲醇，低速搅拌10min～1h，得到溶胶化的1号共混液，所述溶胶反应的方程式如下式(II)，正硅酸甲酯和单体甲、乙的三甲氧基之间相互缩聚，生成二氧化硅纳米粒子：
[0016][0017]步骤2)将单体丙、引发剂、去离子水共混，得到2号共混液，2号共混液中各组分的重量分数为：单体丙20％～50％重量份，引发剂1％～5％重量份，对2号共混液低速搅拌，同时使用氢氧化钠或氨水调节体系的pH值至7.5～9.0，得到2号共混液；
[0018]3)将溶胶化的1号共混液温度调节至45～55℃，同时向其中缓慢加入所述2号共混液，维持此温度低速搅拌并冷凝回流，开始发生自由基聚合反应，同时开始凝胶，持续2～6小时，直至体系的pH值上升到7.0以上，得到完成聚合并凝胶的3号共混液，所述自由基聚合反应的方程式如下式(III)：
[0019][0020]步骤4)将所述3号共混液进行至少3次透析，将多余的游离反应单体从体系中除去，透析完成后加入10％～20％重量份的去离子水，在80～85℃下冷凝回流约0.5
‑
5h，将多余的醇类溶剂除去，最终得到所述的有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶。
[0021]进一步地，所述单体甲为1,6
‑
双三甲氧基硅基己烷(CAS NO.87135
‑
01
‑
1)、1,2
‑
双三甲氧基硅基乙烷(CAS NO.18406
‑
41
‑
2)中的至少一种；
[0022]所述单体乙为3
‑
(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯(CAS NO.2530
‑
85
‑
0)、3
‑
(三甲氧基甲硅基)丙烯酸丙酯(CAS NO.4369
‑
14
‑
6)、乙烯基三甲氧基硅烷(CAS NO.2768
‑
02
‑
7)中的至少一种；
[0023]所述单体丙为二丙烯酸乙烯酯(CAS NO.2274
‑
11
‑
5)、甲基丙烯酸乙烯酯(CAS NO.4245
‑
37...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶，其特征在于，所述有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶呈空间网状结构，具有如下式(I)的结构：式(I)中，交联点P为二氧化硅无机纳米颗粒；链接所述交联点的桥接聚合物中，重复单元A为烷基，A
m
表示为
‑
(CH2)
m
‑
，1<m<1000；链接所述交联点的桥接聚合物中，重复单元B为带硅醇基的甲基丙烯酸丙酯、带硅醇基的丙烯酸丙酯、带硅醇基的烷基中的任何一种，B
n
表示为B的均聚物，聚合度为n，1<n<1000；链接所述交联点的桥接聚合物中，重复单元C为二丙烯酸乙烯酯，甲基丙烯酸乙烯酯，丙烯酸烯丙酯中的任何一种，C
k
表示为C的均聚物，聚合度为k，1<k<1000。2.根据权利要求1所述的有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶，其特征在于，所述有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶的固体分质量分数，在250℃下加热1h后残留量的为28
‑
40％。3.根据权利要求2所述的有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶，其特征在于，在常温下，所述有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶中加入占所述有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶的质量计1.0
‑
1.5％的醇酯类成膜助剂即可形成连续透明的漆膜。4.根据权利要求3所述的有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶，其特征在于，所述漆膜呈多孔状态，体积固含量>90％，成膜硬度可达H以上，漆膜的拉拔强度>20MPa，标态下水在所述漆膜表面的接触角>170
°
，所述漆膜的导热系数为0.04
‑
0.08W/(m
·
K)。5.一种根据权利要求1
‑
4任一项所述的有机
‑
无机杂化聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)将正硅酸甲酯，单体甲和单体乙，按照1:1:1～1:2:2的摩尔比例共混，得到1号共混液，并存放于混有乙醇的干冰中，直至1号共混液的温度降低至0℃以下，维持此温度，缓慢加入甲醇，低速搅拌10min～1h，得到溶胶化的1号共混液，所述溶胶反应的方程式如下式(II)，正硅酸甲酯和单体甲、乙的三甲氧基之间相互缩聚，生成二氧化硅纳米粒子：
步骤2)将单体丙、引发剂、去离子水共混，得到2号共混液，2号共混液中各组分的重量分数为：单体丙20％～50％重量份，引发剂1％～5％重量份，对2号共混液低速搅拌，同时使用氢氧化钠或氨水调节体系的pH值至7.5～9.0，得到2号共混液；3)将溶胶化的1号共混液温度调节至45～55℃，同时向其中缓慢加入所述2号共混液，维持此温度低速搅拌并冷凝回流，开始发生自由基聚合反应，同时开始凝胶，持续2～6小时，直至体系的pH值上升到7.0以上，得到完成聚合并凝胶的3号共混液，所述自由基聚合反应的方程式如下式(III)：步骤4)将所述3号共混液进行至少3次透析，将多余的游离反应单体从体系中除去，透析完成后加入10％～20％重量份的去离子水，在80～85℃下冷凝回流约0.5
‑
5h，将多余的醇类溶剂除去，最终得到所述的有机
‑
无机杂化...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘秀伟，王燕，管洲，邱小军，
申请(专利权)人：德爱威中国有限公司，
类型：发明
国别省市：