一种高透明防光污染涂料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种高透明防光污染涂料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着城市化进程的加快，高楼大厦林立而起，许多建筑采用玻璃及镜面外墙以加强建筑的外观效果，为了充分利用建筑外墙的广告宣传作用，led智能玻璃(包括led真空节能玻璃)制备的玻璃幕墙替代了很多传统玻璃。然而，建筑外墙的玻璃装饰是光污染最大的产生来源，玻璃幕墙折射造成的光污染，危害性也很大。玻璃幕墙有较强的聚光和反光效果，阳光下刺眼的光束足以破坏视网膜上的感光细胞，影响人的视力，对人体及生态造成负面影响。
3.光污染主要分为白亮污染(自然光和光滑表面相互作用)、人工白昼污染和彩光污染(人工灯光的滥用)；目前，针对光污染的治理方法主要有尽量避免使用大面积的光滑表面(建筑外墙)，同时改善照明制度。也就是说，现有的防治光污染的方法，大多是需要改变生活习惯以减少夜间照明，或者改变建筑外观以减少玻璃材料的应用，上述治理方法存在成本较高以及难以实施等问题。
4.为了解决上述问题，采用涂料改善白亮污染的研究也正在进行中，具体是在玻璃材料表面涂覆涂料，这些涂料通常含有二氧化硅消光剂、空心玻璃等成分，可以在原有的光滑表面附加一层具有一定粗糙度的涂层，因此可增加玻璃材料表面光的漫反射，进而达到缓解光污染的作用。但是上述涂料中的二氧化硅消光剂、空心玻璃等成分会降低涂料的透明度，因此不能用于led透明显示玻璃等具有信息传递功能的玻璃表面。
5.综上，需要开发一种具有良好透明度的led透明显示玻璃用的涂料，以防治建筑用玻璃带来的光污染。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高透明防光污染涂料，通过调整制备原料的种类，能够省略使用传统的二氧化硅等无机消光填料，因此可避免传统消光填料对光的阻挡作用，所得高透明防光污染涂料形成的涂层对玻璃基体的透明度影响较小。
7.本发明还提出一种上述高透明防光污染涂料的制备方法。
8.本发明还提出一种上述高透明防光污染涂料在制备led透明显示玻璃中的应用。
9.根据本发明的一个方面，提出了一种高透明防光污染涂料，制备原料包括：
10.丙烯酸改性有机硅树脂；
11.惰性有机硅树脂；
12.有机消光粉。
13.根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
14.(1)高透明防光污染涂料的制备原料中，丙烯酸改性有机硅树脂和惰性有机硅树脂是高透明防光污染涂料中的主要成膜物质，其中前者中含有双键，具备自由基聚合成膜的作用；后者不具有反应活性，一方面起到调节固含量的作用，另一方面，还起到提升涂层柔韧性的作用，在高透明防光污染涂料固化成涂层的过程中(以及后续使用过程中)，可以有效避免涂层的开裂问题。
15.(2)丙烯酸改性有机硅树脂和惰性有机硅树脂，均具有硅氧基团，因此还相当于硅烷偶联剂，可以增强高透明防光污染涂料形成的涂层与玻璃/陶瓷等基体之间的附着力，延长涂层的使用期限。
16.(3)丙烯酸改性有机硅树脂和惰性有机硅树脂中含有丰富的含硅基团，形成的涂层具有优异的疏水性能，也就是具有一定的防污性和自清洁性，因此当高透明防光污染涂料用于建筑物外墙，特别是设于高层建筑物外墙的玻璃幕墙时，可降低人工清洗的频率和工作量。
17.(4)丙烯酸改性有机硅树脂、惰性有机硅树脂和有机消光粉发生协同作用后，可在玻璃表面形成表面粗糙度为3～8μm的涂层，表面的粗糙度可有效提升光在玻璃表面的漫反射，进而降低光污染。
18.(5)与传统的二氧化硅等消光剂相比，本发明采用的制备原料：丙烯酸改性有机硅树脂、惰性有机硅树脂和有机消光粉，均具有较高的透明度，不会影响玻璃/led透明显示玻璃的信息传递效果。
19.在本发明的一些实施方式中，所述丙烯酸改性有机硅树脂和惰性有机硅树脂的重量比为100:10～20。
20.在本发明的一些优选的实施方式中，所述丙烯酸改性有机硅树脂和惰性有机硅树脂的重量比为100:12～16。
21.在本发明的一些实施方式中，所述丙烯酸改性有机硅树脂和有机消光粉的重量比为100:5～15。
22.在本发明的一些优选的实施方式中，所述丙烯酸改性有机硅树脂和有机消光粉的重量比为100:8～13。
23.在本发明的一些实施方式中，所述高透明防光污染涂料的制备原料还包括有机溶剂。
24.在本发明的一些实施方式中，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、丁酮、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚和n,n-二甲基酰胺中的至少一种。
25.在本发明的一些实施方式中，所述高透明防光污染涂料的固含量为45～55wt％。
26.在本发明的一些实施方式中，所述高透明防光污染涂料的制备原料还包括助剂。
27.在本发明的一些实施方式中，所述助剂包括固化剂、流平剂和分散剂中的至少一种。
28.在本发明的一些实施方式中，所述流平剂和分散剂均来自商业购买，具体种类并不限制。
29.在本发明的一些实施方式中，所述丙烯酸改性有机硅树脂的制备方法包括将丙烯酸和不饱和有机硅单体进行聚合反应。
30.在本发明的一些实施方式中，所述丙烯酸和不饱和有机硅单体的重量比为40～50:100。
31.在本发明的一些实施方式中，所述不饱和有机硅单体包括乙烯基三乙氧基硅烷(cas：78-08-0)、乙烯基三甲氧基硅烷(cas：2768-02-7)、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(cas：2530-85-0)、烯丙基三乙氧(cas：2550-04-1)和四乙烯基硅烷(cas：1112-55-6)中的至少一种。
32.在本发明的一些实施方式中，所述聚合反应的温度为55～65℃。
33.在本发明的一些实施方式中，所述聚合反应的时间为1～3h。
34.在本发明的一些实施方式中，所述丙烯酸改性有机硅树脂的制备原料还包括中和剂、自由基引发剂和稀释剂中的至少一种。
35.在本发明的一些实施方式中，所述中和剂为有机胺类中和剂。
36.在本发明的一些实施方式中，所述有机胺类中和剂包括乙二胺和三乙胺中的至少一种。
37.所述中和剂的作用是调节所述聚合反应得到混合物的ph，使ph达到6～7；若反应结束后所述丙烯酸反应较为完全，即所得混合物的酸度为近中性，则可能不需要添加所述中和剂。
38.在本发明的一些实施方式中，所述自由基引发剂为偶氮类自由基引发剂。
39.在本发明的一些实施方式中，所述自由基引发剂包括过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酸叔丁酯和过硫酸钾中的至少一种。
40.所述自由基引发剂的作用是引发所述丙烯酸和所述不饱和有机硅单体的自由基聚合反应，但是双键的聚合反应也可由热引发，即所述自由基引发剂是非必要的。
41.在本发明的一些实施方式中，所述不饱和有机硅单体与所述稀释剂的重量比为100:80～150。
42.在本发明的一些实施方式中，所述丙烯酸改性有机硅树脂的制备方法还包括在所述聚合反应结束后，过滤所得产物。
43.在本发明的一些实施方式中，丙烯酸改性有机硅树脂的固含量为52～58wt％。
44.在本发明的一些实施方式中，所述惰性有机硅树脂的粒径为1.5～8μm。
45.在本发明的一些优选的实施方式中，所述惰性有机硅树脂的粒径为1.5～2.5μm。
46.在本发明的一些优选的实施方式中，所述惰性有机硅树脂选自甲基mq树脂。
47.在本发明的一些优选的实施方式中，所述甲基mq树脂购自江苏汇鸿国际集团鸿金贸易有限公司。
48.所述惰性有机硅树脂，是一种多功能特种有机硅树脂微球，可呈现出优秀的耐热性能、分散性能。同时，所述惰性有机硅树脂无反应活性，因此不会增加所述涂层的交联密度，进一步的可降低所述涂层的脆性，提升其使用寿命。
49.在本发明的一些实施方式中，所述有机消光粉为热固性聚甲基脲聚合物。
50.在本发明的一些实施方式中，所述有机消光粉选自雅宝生产的型号为pergopak的系列产品。
51.在本发明的一些实施方式中，所述热固性聚甲基脲聚合物中含有0.6％反应性羟甲基。
52.即所述羟基的重量占所述热固性聚甲基脲聚合物固相物重量的0.6％。
53.所述有机消光粉具有一定的反应性，因此与涂层的结合更加紧密，降低了所述涂层粉化的概率，进一步提升了所述涂层的使用期限。
54.在本发明的一些实施方式中，所述热固性聚甲基脲聚合物为粉末状，具有比表面积高和堆积密度低的特点。
55.在本发明的一些实施方式中，所述热固性聚甲基脲聚合物的比表面积(bet)为14～22m2/g。
56.在本发明的一些实施方式中，所述热固性聚甲基脲聚合物的堆积密度约为80kg/m3。
57.传统的气相二氧化硅具有三维网状结构，本发明所用热固性聚甲基脲聚合物具有球形的颗粒结构，球形结构有助于提升所述高透明防光污染涂料的耐脏污性能，对高透明防光污染涂料流变性产生实质的影响，即参与所述高透明防光污染涂料的成膜过程，以增加漆膜的硬度和耐磨性。
58.在本发明的一些优选的实施方式中，所述高透明防光污染涂料由以下制备原料制备而成：
59.丙烯酸改性有机硅树脂；
60.惰性有机硅树脂；
61.有机消光粉；
62.有机溶剂；
63.助剂。
64.在本发明的一些进一步优选的实施方式中，按重量份计，所述高透明防光污染涂料由以下制备原料制备而成：
65.丙烯酸改性有机硅树脂：100份；
66.惰性有机硅树脂：10～20份；
67.有机消光粉：5～15份；
68.有机溶剂：90～150份；
69.助剂：0～10份。
70.根据本发明的再一个方面，提出了所述高透明防光污染涂料的制备方法，包括以下步骤：
71.d1.将所述有机消光粉和惰性有机硅树脂分散在所述有机溶剂中；
72.d2.将步骤d1所得混合物与所述丙烯酸改性有机硅树脂混合即得。
73.根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：
74.本发明先将固态的有机消光粉和惰性有机硅树脂配制成分散液，再与丙烯酸改性有机硅树脂(分散液)相混合，相较于直接将固态制备原料添加至固液分散液中，本发明提供的制备方法可以混合得更均匀，同时可以节约分散的时间；
75.本发明提供的制备方法简单易行，具有商业推广前景。
76.在本发明的一些实施方式中，步骤d1中，所述分散的方法为搅拌，所述搅拌的时间为30min～2h。
77.在本发明的一些实施方式中，步骤d1所得混合物的固含量为55～60wt％。
78.在本发明的一些实施方式中，步骤d2中，所述混合的方法为搅拌，所述搅拌的时间为15～40min。
79.在本发明的一些实施方式中，步骤d2中，还包括在所述混合后，以所述有机溶剂调节所述混合物的固含量至45～55wt％，以方便后续喷涂。
80.在本发明的一些实施方式中，步骤d2中，所述混合还可添加所述助剂。
81.根据本发明的再一个方面，提出了所述高透明防光污染涂料在制备led透明显示玻璃中的应用。
82.根据本发明的一种优选的实施方式的应用，至少具有以下有益效果：
83.led透明显示玻璃常用于制备建筑物或车辆窗户等，需兼具高透明度和显示性(信息传播性)，也就是对玻璃的透明度要求较高；将本发明提供的高透明防光污染涂料应用于制备led透明显示玻璃，可在满足其透光度的基础上，在其表面形成具有一定粗糙度的涂层，因此可降低led透明显示玻璃应用过程中带来的光污染。
84.本发明中，所述有机溶剂，以及所述稀释剂具有相同的选择范围，具体选择可以相同也可以不同。
85.本发明中，所述固化剂与所述自由基引发剂具有相同的选择范围，具体选择可以相同也可以不同。
具体实施方式
86.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
87.材料准备
88.若无特殊说明，具体实施方式部分采用的丙烯酸改性有机硅树脂均来自本材料准备例，具体制备方法为：
89.a1.准备45重量份的丙烯酸、30重量份的乙烯基三乙氧基硅烷、30重量份的烯丙基三乙氧基硅烷、10重量份的四乙烯基硅烷和30重量份的3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；
90.其中不饱和有机硅单体中具有丰富的支链，同时单官能度(一个双键)、双官能度和四官能度的不饱和有机硅单体相互配合，可形成网状互联的涂层，有助于提升所得涂层的附着力；
91.a2.将步骤a1准备的原料混合后，添加0.6重量份的偶氮二异丁腈(cas：78-67-1)，并于55℃回流反应2h；
92.a3.以乙二胺(cas：107-15-3)调节步骤a2所得反应物自ph＝6，并以稀释剂(丙二醇甲醚(cas：107-98-2)与正丁醇1:1体积比)将固含量调节至55wt％，使用稀释剂的重量份数约为110重量份；
93.a4.以80目筛网过滤步骤a3所得混合物即得丙烯酸改性有机硅树脂。
94.实施例1
95.本实施例制备了一种高透明防光污染涂料，具体过程为：
96.s1.将有机消光粉(bet为18.5m2/g，型号为pergopak m2)和惰性有机硅树脂(粒径1.5～2.5μm，购自江苏汇鸿国际集团鸿金贸易有限公司)添加至有机溶剂(丙二醇甲醚与正丁醇1:1体积比)中，并搅拌30min，使其分散均匀；
97.s2.将步骤d1所得混合物与材料制备中所得丙烯酸改性有机硅树脂混合后，添加1重量份的固化剂偶氮二异丁腈和1重量份的流平剂(脂肪醇聚氧乙烯醚，俗称平平加)，并以有机溶剂(丙二醇甲醚与正丁醇的体积比为1:1)调节固含量后以80目筛网过滤，即得。
98.本实施例中各制备原料的添加比例及相关参数如表1所示。
99.表1实施例1～3中高透明防光污染涂料的制备原料组成及相关参数
[0100][0101][0102]
实施例2～3分别制备了一种高透明防光污染涂料，具体与实施例1的区别在于，制备原料的组成及相关参数略有不同，具体信息详见表1。
[0103]
对比例1
[0104]
本对比例制备了一种涂料，与实施例3的区别在于：
[0105]
(1)制备原料：将有机消光粉替换为等重量份数的气相二氧化硅(平均粒径3μm)；
[0106]
(2)制备方法：步骤s1中的有机消光粉替换为气相二氧化硅。
[0107]
对比例2
[0108]
本实施例制备了一种涂料，与实施例3的区别在于：
[0109]
(1)制备原料：省略惰性有机硅树脂；
[0110]
(2)制备方法：步骤s1中不包括惰性有机硅树脂。
[0111]
对比例3
[0112]
本实施例制备了一种涂料，与实施例3的区别在于：
[0113]
以有机硅树脂替换丙烯酸改性有机硅树脂；
[0114]
有机硅树脂的制备方法为：
[0115]
a1.准备30重量份的乙烯基三乙氧基硅烷、30重量份的烯丙基三乙氧基硅烷、10重量份的四乙烯基硅烷和30重量份的3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；
[0116]
a2.将步骤a1准备的原料混合后，添加0.6重量份的偶氮二异丁腈(cas：78-67-1)，并于55℃回流反应2h；
[0117]
a3.以乙二胺(cas：107-15-3)调节步骤a2所得反应物自ph＝6，并以稀释剂(丙二醇甲醚(cas：107-98-2)与正丁醇1:1体积比)将固含量调节至55wt％，使用稀释剂的重量份数约为75重量份；
[0118]
a4.以80目筛网过滤步骤a3所得混合物即得有机硅树脂。
[0119]
试验例
[0120]
本试验例测试了实施例1～3和对比例1～3制备的涂料的性能；具体是将实施例1～3和对比例1～3制备的涂料喷涂至玻璃基体上后，先于60℃静置10min，再转移至80℃环境中干燥1h，干燥后涂层厚度约为30μm。之后进行各项性能的测试。
[0121]
其中可见光和紫外光的透过率的测试标准为gb/t2680；
[0122]
玻璃基体(参见gb/t9271-2008进行处理)上的涂层的附着力的测试标准为gb/t9286-1998；
[0123]
耐水性的测试标准为gb/t1733-1993；
[0124]
耐紫外老化性能的测试标准为gb/t23987-2009；
[0125]
采用型号为hp-380的多角度光泽仪测试玻璃基材涂覆实施例和对比例所得涂料前后的光泽度(60
°
角)，并计算与涂覆前相比涂覆后光泽度的下降比例；
[0126]
采用型号为sipotek的表面粗糙度检测仪检测涂层的粗糙度。
[0127]
具体测试结果如表2所示。
[0128]
表2实施例1～3及对比例1～3所得涂料在玻璃基体上形成的涂层的性能结果
[0129][0130]
表2中结果显示，本发明实施例1～3所得高透明防光污染涂料涂覆至玻璃基体上后，具有优异的外观、附着力、耐水性等物理性能；同时可见光透射比≥95％，说明高透明防光污染涂料形成的涂层具有极高的透明度，不会影响玻璃对信息的显示；最重要的是，光泽度变化值≥37％，说明涂层可有效提升光的漫反射，进而可有效降低玻璃带来的光污染。
[0131]
对比例1与实施例3的区别在于对比例1中以二氧化硅替换本发明采用的有机消光剂，所得涂层的物理性能与实施例1～3相似，但是其可见光透射比保持率显著下降，说明以二氧化硅作为消光填料时，会严重影响玻璃基底对光线的传输，即会影响玻璃基底显示高质量的图片、视频等信息，进一步的会限制高透明防光污染涂料在led透明显示玻璃上的应用。
[0132]
对比例2与实施例3的区别在于对比例2中不包括惰性有机硅树脂，因此所得涂层的外观出现了明显的龟裂，进而导致了附着力、耐水性等物理性能的下降；同时其光泽度的大幅下降也是由于其表面龟裂的纹路引起的。
[0133]
对比例3采用的有机硅树脂并未进行丙烯酸修饰，因此涂层与玻璃基体之间的附着力较低，进而导致了耐水性、耐紫外老化性能不通过。
[0134]
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。