含介孔二氧化硅纳米材料的多功能环保涂料组合物制造技术

本发明专利技术公开了一种展示出优异涂膜特性的新一代环保水基涂料组合物。所述水基涂料组合物包含在有机硅中的介孔二氧化硅纳米颗粒，水和成膜催化剂，以及任选地具有少量的乙醇。还公开了所述水基涂料组合物的制备方法和用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新一代的环保水基涂料组合物，其具有例如用于功能化修饰的高度化学可调性、缩短的干燥时间、高粘附强度和耐划性能的吸引人的特性。本专利技术还涉及制备该环保水基涂料组合物的方法以及由该涂料组合物涂覆的物品。
技术介绍
各种的货物和产品，例如家具、汽车、建筑材料都容易被氧、光、水等所损坏。这些各种的货物和产品通常涂覆了涂料组合物用于保护和功能化。溶剂型涂料由于其良好的涂层特性而长久以来被用于表面精加工。但是，这些溶剂型涂料组合物与有害的挥发性有机化学物质、重金属和引发严重的健康和环境关注的其他环境不利的物质密切相关。因此，涂料组合物工业现将其关注点转向发展水基涂料组合物涂层。目前水性的环保涂料组合物主要基于高分子量树脂、改性聚氨酯和丙烯酸类物质以减少有机溶剂的含量。关西涂料有限公司(Kansai Paint C0.Ltd)开发了一种基于水分散性丙烯酸聚合物颗粒(美国专利号5，322，865和美国专利申请公开号2009/0099298)和聚氨酯(美国专利号6，787，190)的产品。美国专利号5，747，558和5，972，425公开了用于涂层的水分散性树脂。不过，传统的水基涂料组合物具有差的涂膜性能，长干燥时间，以及有限的功能和化学可调性。已开展了针对具有更好涂膜性能，如机械性能和耐水性的水基组合物的研究。Iribarre n等(材料与腐蚀(Materials and Corrosion),第57卷,第9期，第683-688页，2006)教导了以导电聚合物改性聚氨酯树脂基的涂料组合物提高了耐腐蚀性。Sun 等(涂层技术与研究杂志(Journal of Coatings Technology and Research) 2012)教导了一种以丙烯酸类为基础的快干耐水的涂料组合物，其由与丙烯酸酯聚合的可交联的单体、掺有纳米二氧化硅的乳胶，多官能团胺，颜料和填料组成。最近，应用二氧化硅和其他无机纳米溶胶被发现在木头表面的功能化中有益的(Mahltig等,应用纳米溶胶以功能化木头(Fuctionalising Wood by nanosol application),材料化学杂志(Journal ofMaterial Chemistry), 2008,第18卷,第3180-3192页)。尽管如此,现有的水基涂料组合物与溶剂型涂料组合物相比仅具有令人满意的涂层性能。因此，需要一种新的具有改进涂膜性能的水基涂料组合物。本专利技术描述了一种新一代的基于有机硅的环保水基涂料组合物，其具有优于现有的水基组合物的性能。本专利技术的涂料组合物显示出改进的机械强度，用于功能化修饰的高度化学可调性，高度表面疏水性和缩短的干燥时间。本专利技术的高度化学可调性意味着一些吸引人的性能可通过加入所需功能性添加剂而被施加给该涂料组合物。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新一代的环保型水基涂料组合物，其展示出优异的涂膜性能，包括但不限于强机械强度、强疏水性、强粘附力、耐水性、耐划性，和高化学可调性，其中通过适当加入添加剂而容易将额外的功能加入到涂料组合物中。本专利技术的第一个方面是一种环保水基涂料组合物，其包含有机硅中的介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)和水。为向该组合物中加入额外的功能，该水基涂料组合物包含一种或多种适宜的功能性添加剂。在必要时，少量有机溶剂可被加入到该组合物中。本组合物也能与现有技术的一种或多种其他商业涂料组合物组合使用。本组合物可以是透明无色的，透明有色的，或不透明有色的。当本组合物是透明无色时，这意味着光线可透过由本组合物产生的表面传播，在涂覆本组合物之后，表面的原始颜色不改变。当本组合物是透明有色时，这意味着光线可透过本组合物产生的表面传播，但是表面被所涂覆的本专利技术的组合物的颜色所改变或染色。本专利技术的第二个方面是一种通过应用本专利技术的环保水基涂料组合物以实现保护和功能化目的的涂覆表面的方法。所述应用步骤可以是传统的喷涂，刷涂，浸涂，辊涂，流涂等。所述方法也可以是本领域技术人员已知的传统的二涂一烘或二涂二烘法。在一种实施方式中，已经由本专利技术的涂料组合物产生的表面可被热固化也可不被热固化。一层或多层本专利技术的涂料组合物可以根据需要应用至目标表面。在一种实施方式中，该方法进一步包括在应用本专利技术的水基涂料组合物之前和/或之后将一种或多种不含有MSNs的其他涂料组合物应用至所述表面。所述的一种或多种其他涂料组合物可以是相同的或者是不同的。本专利技术的第三个方面是一种由本专利技术的水基涂料组合物涂覆的物品。任何需要涂层保护的物品或表面都可以由本申请的涂料组合物所涂覆。该物品或表面可以用本申请所述的方法涂覆。附图说明图1是适用于本发·明的MSNs的扫描电子显微镜图像；图la，lb和Ic分别是x50, 000，x25, 000 和 x40, 000 倍的放大图。图2显示了本专利技术和三种可购买的环保涂料组合物的一般性能。具体实施例方式现将具体参照本专利技术优选实施方式连同随后的实施例，以解释本专利技术的原理。对于这些实施方式的描述是足够详细的，这使得本领域技术人员能够实施本专利技术，同时应当理解的是其他实施方式也可以被采用，而且在不超出本专利技术实质和范围内可以对其进行结构上和化学上的改变。本专利技术的申请人发现，与不含MSNs的同样的涂料组合物相比，含有介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)的有机硅使得水基涂料组合物显示出优越的涂膜特性，例如显著的表面疏水性，耐划性和短干燥时间。本专利技术提供一种包含介孔二氧化硅纳米颗粒、有机硅和水的环保水基涂料组合物。一种或多种不同类型的所述介孔二氧化硅纳米颗粒和有机硅可以在本专利技术的组合物中存在。本专利技术的水基涂料组合物进一步包含现有技术已知的成膜催化剂。该成膜催化剂包括常用于催化水解反应的酸和碱，例如盐酸、硫酸、氢氧化钠和氢氧化钾。成膜催化剂催化有机硅的水解，从而加速本专利技术的膜形成和缩短其干燥时间。在一种实施方式中，该成膜催化剂是盐酸(优选0.1M)或是水溶性聚丙烯酸酯/聚丙烯酸。该涂料组合物包含约55-75重量％的有机硅，约5-15重量％的MSNs，约10-20重量％的成膜催化剂和约10-15重量％的作为溶剂的蒸馏水。在另一实施方式中，本专利技术的水基涂料组合物与现有技术中容易获得的一种或多种其他涂料组合物组合应用到表面。一层或多层所述的一种或多种其他的涂料组合物可以在将本专利技术的水基涂料组合物涂覆之前和/或之后被应用至目标表面。在一种实施方式中，本专利技术被用作底层涂料组合物。本专利技术的组合物可以是透明无色的，透明有色的或者不透明有色的。当本专利技术的组合物是透明无色时，这意味着光线可透过本专利技术的组合物产生的表面传播，并且在涂覆本专利技术的组合物之后，表面的原始颜色不改变。当本专利技术的组合物是透明有色时，这意味着光线可透过本专利技术的组合物产生的表面传播，但是其表面被所涂覆的本专利技术的组合物的颜色染色。根据本专利技术的具有介孔二氧化硅纳米颗粒的环保水基涂料组合物展示出相对于现有的水基涂料组合物的技术优越性。根据本专利技术的水基涂料组合物含有少于100g/L的挥发性有机化合物(VOC)，符合欧洲，中国和香港的《限制使用有害物质(RoHS)》和《对VOC的环境规制》，它们规定了 150-550g/L VOC的一般要求。与许多现有的聚氨酯和聚丙烯酸酯涂料组合物在所涂覆表面上留本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高度化学可调的、透明的和速干的环保水基涂料组合物，该涂料组合物使得由其产生的表面具有耐划性和耐水性，所述涂料组合物含有用于分散和成膜的一种或多种水分散性介孔二氧化硅纳米颗粒、一种或多种有机硅、水以及成膜催化剂，所述成膜催化剂催化所述一种或多种有机硅水解以加速从该涂料组合物成膜，使得该涂料组合物的触干时间小于2小时，其中所述环保涂料组合物具有小于150?550g/L的挥发性有机化合物，而且所述表面的颜色不会受到影响，或者掺入至涂料组合物中的颜色被赋予由该涂料组合物产生的表面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄家伟，李兴华，何漪雯，郑颖怡，陆家昌，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：