一种阳离子型水性硅氧烷低聚物的制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种阳离子型水性硅氧烷低聚物的制备方法及应用 (Preparation method and application of cationic water-based siloxane oligomer ) 是由 王祥军 张会励 王飞 张齐桓 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种阳离子型水性硅氧烷低聚物的制备方法及应用,采用一元酸为催化剂,加入氨丙基三乙氧基硅烷,再加入二元、三元硅氧烷进行先水解后缩合生成含胺基水性硅氧烷低聚物。本发明产物用在双组分硅氧烷木器清漆中形成交联结构,提高了膜的干性、光泽、硬度、耐性、手感,提供了水溶性。(The application discloses a preparation method and application of a cationic waterborne siloxane oligomer. The product of the invention is used in the double-component siloxane woodenware varnish to form a cross-linked structure, thereby improving the dryness, the gloss, the hardness, the tolerance and the hand feeling of the film and providing water solubility.)
技术领域
本发明属于水性硅氧烷低聚物
技术领域
，特别涉及阳离子型水性硅氧烷低聚物的制备方法及应用。背景技术
涂料水性化是解决温室效应减少PM2.5的重要手段，2019年全年木器漆用量为的170万吨左右，其中水性木器比例不到10％，90％的溶剂型木器漆平均每吨有机挥发物(VOC)占50～60％，当年向大气中排放80万吨的有机挥发物。如此严重的污染引起国家的高度重视，从法规逐步限制VOC排放量，从政策上鼓励支持推进涂料水性化进程。国内各大涂料厂大力开展木器漆的水性化工作。
传统的油性木器漆，以其高丰满度、高硬度、快干、成本低的特点获得了市场的长期认可，水性化的木器漆必须要达到溶剂型产品的外观效果，才能被市场认可，实现真正意义上的替代，得到广大消费者的青睐。
目前已经进入商业化的水性木器清漆包括聚氨酯固化剂与羟基聚合物组成的水性双组分聚氨酯清漆，丙烯酸乳液、异氰酸酯分散体组成的单组分清漆。综合性能看水性双组分聚氨酯更能被市场接受，无论从外观效果、硬度都不比溶剂型的逊色，不足之处在于施工固体分低、养护时间长、含有受限有机物及游离异氰酸。而丙烯酸乳液、异氰酸酯分散体，总体看不能成为真正意义上的高档木器清漆的替代品，无论从硬度、光泽、耐介质性能上都还有一段距离。本发明的产品是加入到一种双次固化硅氧烷水性木器清漆中，在体系中起到增加固化性、提高施工固体份，润湿木材表面，阻隔单宁酸引起的涨筋现象。该木器清漆是一种双组分水性木器清漆，产品有机挥发量低，高固体份施工，清漆膜光泽高、硬度高、显象性好、清透；有害物为零，不含异氰酸酯成分，无甲醛、无金属催化剂，无游离异氰酸根；产品干燥快、养护期短、48小时后即可使用。是木器清漆、家装材料的水性化产品。
木材表面的保护与装饰主要采用涂膜的形式实现.木材用途广泛,质地多样使得涂料的需求量大、性能要求高。木质方面包括软木、硬木；实木、复合实木、密度板、胶合板、刨花板、贴皮板，这些木质材料的强度、纹理、油脂，吸水量不同，往往造成涨筋、失光、泛白、返油、塌陷、开裂等涂膜缺欠。由于水对木材的浸湿性极强，在采用水性木器涂料的过程中将这些涂膜缺欠进一步放大，增加了木材涂料水性化的技术难度。涂料水性化通常是通过涂料状态改变，涂料极性改变实现的。状态包括水溶型、乳液型、悬浮型或这三种类型的混合体；极性包括阴离子、阳离子、非离子。这些水性化手段对木材而言都或多或少受到限制，如涨筋、返油、塌陷的缺欠出现的频率更高。
发明内容
解决的技术问题：本申请主要是提出一种阳离子型水性硅氧烷低聚物的制备方法及应用，解决现有技术中存在的施工固体分低、养护时间长、含有受限有机物及游离异氰酸等技术问题。技术方案：
一种阳离子型水性硅氧烷低聚物的制备方法，包括如下步骤：
第一步：按质量份数配比，在30-35份氨丙基三乙氧基硅烷中加入35-50份二元硅氧烷、10-15份三元硅氧烷；
第二步：在20～60℃温度条件下加入25-30份的水与一元酸催化剂的混合体；
第三步：在氮气保护条件下，20～60℃搅拌反应≥4小时；
第四步：加水稀释、真空或升温脱出醇类溶剂，经过滤后包装得阳离子型水性硅氧烷低聚物。
作为本发明的一种优选技术方案：所述二元硅氧烷和三元硅氧烷是甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、卞基三乙氧基硅烷中的一种或几种组合物。
作为本发明的一种优选技术方案：所述一元酸催化剂为甲酸、乙酸、盐酸或磷酸。
作为本发明的一种优选技术方案：所述水与一元酸催化剂的混合体中一元酸催化剂占体积的10-15％，水占体积的85-90％。
本发明还公开了上述制备方法制备得到的阳离子型水性硅氧烷低聚物在水溶性擦色剂、金属表面装饰型白色烘烤漆和木器清漆中的应用。
作为本发明的一种优选技术方案：所述阳离子型水性硅氧烷低聚物在水溶性擦色剂中的应用为：按质量份数配比在阳离子型水性硅氧烷低聚物40份中加入甲酸4份、乙醇5份，搅拌均匀，加入消泡剂0.1份，搅拌5分钟，再加入醇溶染料4-7.5份，搅拌均匀，最后加入去离子水43.4-46.9份，搅拌均匀，经400目滤网过滤包装即得水溶性擦色剂；将木材表面清理干净，用抹布蘸擦色剂不断在木材表面擦揉，直至符合要求的颜色为止；取干净抹布对已经涂抹好的表面进行擦拭至纹理清晰，颜色均匀为止；放置2-3小时可以干燥；干燥后的擦色木材继续进行表面的罩光清漆涂装，或直接使用，有抑制涨筋的作用。
作为本发明的一种优选技术方案：所述阳离子型水性硅氧烷低聚物在金属表面装饰型白色烘烤漆中的应用为：按质量份数配比在阳离子型水性硅氧烷低聚物24份中加入甲酸4份、消泡剂0.2份、钛白粉20份、分散剂1份混合经分散使粒径小于2微米以下，再加入甲基醚化氨基树脂8份、阳离子型水性硅氧烷低聚物24份、乙醇5份拌均匀后加入去离子水13.8份，继续搅拌均匀得金属表面装饰型白色烘烤漆；喷涂在干净的金属表面上，湿膜厚度在40～50微米，经过140℃30分钟烘烤，可以获得高光泽，高硬度的白色装饰性涂膜。
作为本发明的一种优选技术方案：所述阳离子型水性硅氧烷低聚物在木器清漆中的应用为：按质量份数配比在阳离子型水性硅氧烷低聚物20-30份中加入甲酸3-5份、消泡剂0.1-0.2份、润湿剂0.1-0.2、乙醇2-5份和去离子水15-30份混合均匀即得甲组份；按质量份数配比称取水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂20-30份、改性硅溶胶液10-20份、缩水甘油醚5-10份、醇醚类溶剂3-5份，混合均匀制得乙组分；再按质量百分比称取甲组分35-55％、乙组分45-65％，在甲组分中加入乙组分，搅拌5-10分钟，配成工作液，将工作液过滤，过滤后的工作液搅拌熟化30分钟即得木器清漆。
作为本发明的一种优选技术方案：所述醇溶染料为醇溶染料-红色精、醇溶染料-黄色精、醇溶染料-黑色精或醇溶染料-蓝色精。
有益效果：本申请所述阳离子型水性硅氧烷低聚物的制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、加入到一种双次固化硅氧烷水性木器清漆中，在体系中起到增加固化性、提高施工固体份，润湿木材表面，阻隔单宁酸引起的涨筋现象。该木器清漆是一种双组分水性木器清漆，产品有机挥发量低，高固体份施工，清漆膜光泽高、硬度高、显象性好、清透；有害物为零，不含异氰酸酯成分，无甲醛、无金属催化剂，无游离异氰酸根；产品干燥快、养护期短、48小时后即可使用。是木器清漆、家装材料的水性化产品。
2、清漆是由擦色、封底、罩光三层涂膜结构组成，也可以根据实际使用情况单独使用其中的任意一种或任意一种搭配使用。
3、涂膜清晰度高透光率可以提高2％，增强了木质纹理的立体感；涂膜硬度高，可以在硬木上达到3H的铅笔硬度；涂膜表面张力低，有自清洁功能。
4、涂膜克服了目前普遍采用的水性双组分聚氨酯木器清漆含有游离异氰酸根、含有金属催化剂、酮类溶剂的隐性环保缺欠。
5、涂膜克服了目前普遍采用单组分聚氨酯(PUD)不能形成高清晰度的缺欠。涂膜克服了水溶型丙烯酸树脂或丙烯酸乳液制成的木器清漆，易玷污，硬度低，施工固体份低的缺欠。
6、本专利技术产品可以作为擦色剂的展色载体树脂使用，适合木材及金属、玻璃、石材、指甲、部分塑料表面的装饰要求。本发明品在双组分木器清漆中通过与环氧基团的交联反应形成三维体型膜结构，表现出高光泽、高能硬度、耐介质、耐磨耗等一系列特性。
具体实施方式
一种阳离子型水性硅氧烷低聚物的制备方法，包括如下步骤：
第一步：按质量份数配比，在30-35份氨丙基三乙氧基硅烷中加入35-50份二元硅氧烷、10-15份三元硅氧烷；
第二步：在20～60℃温度条件下加入25-30份的水与一元酸催化剂的混合体；
第三步：在氮气保护条件下，20～60℃搅拌反应≥4小时；
第四步：加水稀释、真空或升温脱出醇类溶剂，经过滤后包装得阳离子型水性硅氧烷低聚物。
所述二元硅氧烷和三元硅氧烷是甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、卞基三乙氧基硅烷中的一种或几种组合物。
所述一元酸催化剂为甲酸、乙酸、盐酸或磷酸。
所述水与一元酸催化剂的混合体中一元酸催化剂占体积的10-15％，水占体积的85-90％。
实施例1
阳离子型水性硅氧烷低聚物在水溶性擦色剂中的应用为：按质量份数配比在阳离子型水性硅氧烷低聚物40份中加入甲酸4份、乙醇5份，搅拌均匀，加入消泡剂024 0.1份，搅拌5分钟，再加入醇溶染料4-7.5份，搅拌均匀，最后加入去离子水43.4-46.9份，搅拌均匀，经400目滤网过滤包装即得水溶性擦色剂；将木材表面清理干净，用抹布蘸擦色剂不断在木材表面擦揉，直至符合要求的颜色为止；取干净抹布对已经涂抹好的表面进行擦拭至纹理清晰，颜色均匀为止；放置2-3小时可以干燥；干燥后的擦色木材继续进行表面的罩光清漆涂装，或直接使用，有抑制涨筋的作用。
实施例2
阳离子型水性硅氧烷低聚物在金属表面装饰型白色烘烤漆中的应用为：按质量份数配比在阳离子型水性硅氧烷低聚物24份中加入甲酸4份、消泡剂024 0.2份、钛白粉20份、分散剂1份混合经分散使粒径小于2微米以下，再加入甲基醚化氨基树脂8份、阳离子型水性硅氧烷低聚物24份、乙醇5份拌均匀后加入去离子水13.8份，继续搅拌均匀得金属表面装饰型白色烘烤漆；喷涂在干净的金属表面上，湿膜厚度在40～50微米，经过140℃30分钟烘烤，可以获得高光泽，高硬度的白色装饰性涂膜。
实施例3
阳离子型水性硅氧烷低聚物在木器清漆中的应用为：按质量份数配比在阳离子型水性硅氧烷低聚物20-30份中加入甲酸3-5份、消泡剂0.1-0.2份、润湿剂0.1-0.2、乙醇2-5份和去离子水15-30份混合均匀即得甲组份。
乙组分：
按质量份数配比称取水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂20-30份、改性硅溶胶液10-20份、缩水甘油醚5-10份、醇醚类溶剂3-5份，混合均匀制得乙组分；再按质量百分比称取甲组分35-55％、乙组分45-65％，在甲组分中加入乙组分，搅拌5-10分钟，配成工作液，将工作液过滤，过滤后的工作液搅拌熟化30分钟即得木器清漆。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。