[发明专利]一种水性纳米无机氧化物-有机杂化涂料组合物及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及涂料领域。更具体地，涉及一种水性纳米无机氧化物-有机杂化涂料组合物及其制备方法与应用。

背景技术

不断提高涂料组合物性能是涂料工作者的一大使命。其中同时具有高耐候性，高耐沾污性水性涂层一直是涂料业者的挑战。一般上，添加纳米无机氧化物颗粒可以提高这些性能。但纳米无机氧化物与有机高聚物的相容性及组合物稳定性一直是难以解决的问题，而且当纳米无机氧化物材料含量高时这两个问题更加严重。高纳米无机氧化物颗粒添加量还会导致成膜性差产生开裂。

解决这两个问题的一般做法是在添加表面活性剂的帮助下，将有机高聚物和无机颗粒混拼。这一工艺虽然简单，但纳米无机氧化物颗粒与有机高聚物的相容性及其稳定性，特别是在纳米无机氧化物颗粒含量高时，还是难以达到要求，无法充分发挥纳米无机氧化物颗粒性能。并且，表面活性剂的引入会对涂料组合物耐水性带来不利影响。

针对加入表面活性剂来解决有机高聚物和无机颗粒混拼所引起的相容性的问题，目前已有很多报道。例如纳米二氧化硅用阳离子表面活性剂CTAB修饰来改善纳米二氧化硅与高聚物的相容性(Wu,T.M.；Chu,M.S.J.Appl.Polym.Sci.2005,98,2058)。然而，大部分水性高聚物是以阴离子或非离子稳定的，阳离子表面活性剂修饰法不适合这种体系。也有用硬脂酸来改善纳米二氧化硅分散性和增强其与填料和聚合物基体的相互作用(Ahn,S.H.；Kim,S.H.；Lee,S.G.J.Appl.Polym.Sci.2004,94,812)。但是表面活性剂的引入会对涂料组合物耐水性带来不利影响。

为提高纳米无机氧化物材料的稳定性及与有机高聚物的相容性，另一方法是对纳米无机氧化物颗粒表面进行化学修饰。CN102428145B提供了一种改性的二氧化硅粒子和包含它们的防污聚合物组合物。用含醛官能团的硅氧烷取代基将纳米无机氧化物颗粒粒子的表面改性，以提供容易合并到组合物(例如聚合涂料组合物)中的粒子，以改进抗划伤性、抗沾污性、防粘性并同时保持优异的成膜性质。和简单物理混拼相比，这种化学修饰工艺改善了杂化物的稳定性和相容性，但其工艺比较复杂，成本高。

再一种方式是在有机聚合物聚合过程中就加入纳米无机氧化物颗粒。这一方式下，纳米无机氧化物颗粒会通过在有机高分子合成时通过化学键结合在有机高分子中。例如在专利申请CN 1247640 C(制备由加聚物和细碎无机固体组成的颗粒的水分散体的方法)中，将烯属不饱和单体混合物和细碎无机固体分散在水性介质中进行游离基水乳液聚合。由于工艺复杂，产品不稳定，极大限制了这一方法的应用。

另一种同时具有保护和沾污性涂层作法是利用双涂层，先涂覆一道有机保护层，再涂覆一道无机亲水层。这种工艺比较复杂，成本也高。

因此，还需要进一步研究、改进寻找一单层、简单、经济的方法来解决纳米无机氧化物-有机高聚物杂化物的相容性和稳定性问题，特别是在高纳米无机氧化物含量的情形下的无机氧化物-有机高聚物杂化物的相容性和稳定性问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种水性纳米无机氧化物-有机杂化涂料组合物。

本发明的另一个目的在于提供一种水性纳米无机氧化物-有机杂化涂料组合物的应用。

针对现有技术中存在的在高纳米无机氧化物含量的情形下的无机氧化物-有机高聚物杂化物的相容性和稳定性问题，本发明提供了一种用两性超支化聚合物添加剂来解决纳米无机氧化物-有机杂化的相容性和稳定性的问题的简单方法。在涂料组合物中引入两性超支化树脂可提高纳米无机氧化物颗粒与水性成膜有机高聚物的相容性，无需再加入表面活性剂，就可以使得涂层即使在高纳米无机氧化物颗粒含量下也不容易开裂；同时涂层表面形貌改变，漆膜表面亲水性也得到提高，使得涂层耐沾污性增强。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种水性纳米无机氧化物-有机杂化涂料组合物，所述涂料组合物含有：

至少一种水性成膜有机高聚物，

至少一种纳米无机氧化物颗粒,

至少一种两性超支化树脂。

优选地，所述涂料组合物中各组分的配比关系按照固含量以重量份数计为：

水性成膜有机高聚物40-99份，

纳米无机氧化物颗粒1-60份，

两性超支化树脂0.1-5份。