專利名稱：高耐候水性墻體涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高耐候水性墻體涂料，特別是符合清潔生產(chǎn)要求的環(huán)境友好、高耐候水性乳膠涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
墻體涂料作為主要的建筑涂料隨著房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，需求量不斷增加。同時，隨著現(xiàn)代高層建筑的興起，對建筑涂料的耐候性要求越來越高，高耐候性涂料的研制成為當(dāng)今世界尤其是發(fā)達(dá)國家涂料研究的活躍領(lǐng)域。高層建筑外墻的保潔和維護(hù)比一般低層建筑具有更大的難度，因此，新的要求是建筑的外觀裝飾與建筑本身要達(dá)到一體性，也就是說建筑的外裝飾也需按百年大計來要求。這對建筑涂料提出了非常高的要求，高層建筑用涂料必須具備高抗粘污性和高耐候性(要求5～10年以上，至少與建筑物大修期相當(dāng))。
此外，人類賴以生存的環(huán)境越來越多地受到人們的關(guān)注。由于環(huán)境保護(hù)意識的提高，無公害(無污染)、省資源、省能源成了涂料工業(yè)發(fā)展的新要求。因此，涂料的品種結(jié)構(gòu)應(yīng)向著低有機(jī)揮發(fā)物(VOC)含量、環(huán)?；木G色產(chǎn)品發(fā)展，以水性涂料代替油性涂料是涂料發(fā)展的必然趨勢。水性涂料能在很大程度上降低VOC的產(chǎn)生，但是，一般水性涂料的性能與油性涂料相比存在涂層不夠致密、涂層干燥溫度高、與基底附著力不強(qiáng)、儲存穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。這是必須解決的問題。此外，傳統(tǒng)的涂料，不管是油性涂料還是水性涂料，作為墻體涂料使用，特別是作為外墻涂料使用存在易受紫外線破壞的問題。原因是成膜樹脂在沒有特殊材料保護(hù)的情況下，其中的碳?xì)滏I容易在強(qiáng)紫外線照射下斷裂降解，從而遭受破壞。提高水性涂料的質(zhì)量和技術(shù)水平、開發(fā)新的品種，是鞏固和發(fā)展水性涂料的重要環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高耐候水性乳膠涂料及其制備方法，該方法簡單，節(jié)省能源，產(chǎn)品具有強(qiáng)抗紫外線、自潔、高耐磨擦力和強(qiáng)附著力的性能。
本發(fā)明的高耐候水性墻體涂料配方的重量百分比組成如下高分子乳液10～70％；
固體填料 15～65％；網(wǎng)狀膠體 0.1～10％；納米材料 0.1～20％；親水/憎水雙功能材料0.1～5％；助劑 1～10％；水 余量。
本發(fā)明所指的高分子乳液是丙烯酸硅樹脂、水性聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯—丙烯酸酯、氟樹脂，可由其中的一種或一種以上組成。其主要作用是涂料涂覆后形成所需要求的涂膜。
本發(fā)明所指的固體填料是鈦白粉、鍛燒高嶺土、硅灰粉、滑石粉、碳酸鈣、鐵紅粉、鉻綠、各種水不溶性顏料、各種水不溶性且惰性粉體材料，由這些材料的一種或一種以上組成，其作用是在增強(qiáng)硬度、提高耐磨擦性、加強(qiáng)遮蓋率等方面賦予涂料特殊的性能。
本發(fā)明所指的網(wǎng)狀膠體是特指硅溶膠。硅溶膠是硅酸納經(jīng)樹脂除鈉后成納米尺寸分散在水溶液中。這些材料在涂料成膜后形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了涂層的強(qiáng)度和韌性，降低涂層粉化的危險。硅溶膠在涂料中成膜后其中的多個硅溶膠分子中的硅原子與氧原子頭尾相連在三維方向上形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因為這種結(jié)構(gòu)中的原子價鍵飽和、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而大大提高了涂料的性能。
本發(fā)明所指的納米材料一部分(A)是具有光催化，或殺菌功能的納米尺寸材料，具體為二氧化鈦、三氧化鎢、氧化銀和氧化鋅，由這些材料的一種或一種以上組成。這些材料或是在光作用下，產(chǎn)生電子躍遷，與空氣中的氧和水反應(yīng)生成具很強(qiáng)氧化性的自由基。這些自由基能氧化與其接觸的小有機(jī)分子、氮氧化物、硫化物，殺死細(xì)菌。或是直接與細(xì)菌作用達(dá)到消毒殺菌效果。由于這些材料能及時氧化來自汽車排放和工廠排放的碳?xì)浠衔铮w現(xiàn)了自潔的特點(diǎn)?；诩{米顆粒共有的小尺寸效應(yīng)，這些材料同時具有紫外線屏蔽性能。
本發(fā)明所指的納米材料的另一部分(B)是指對紫外線有優(yōu)良屏蔽作用的納米尺寸材料，包括氧化硅、氮化硅、碳化鎢、氧化鋁、活性碳和金屬粉體的的一種或一種以上組成。添加少量這些納米材料到涂料中后就能顯著提高抗紫外線能力，而且這些材料的價格相對于上述納米材料的價格低廉很多，使得涂料的性能價格比大幅度提高。
本項目所指的親水/憎水雙功能材料主要為硅烷偶聯(lián)劑和/或鈦酸酯偶聯(lián)劑。這些偶聯(lián)劑一頭含親水的基團(tuán)，另一頭含憎水的基團(tuán)，親水基團(tuán)能很好與基底結(jié)合，憎水基團(tuán)可抓住成膜材料，從而使形成的涂層與基底的附著力大大提高。
本發(fā)明所指的助劑為分散劑、增稠劑、消泡劑、防凍劑、成膜助劑、防霉劑和殺菌劑中的一種或一種以上。這些材料的加入能有效地分散納米粒子，保持涂料各成份的穩(wěn)定存在和涂料的凍融穩(wěn)定性，提高涂料成膜后在墻體上的附著力，防止涂料在長期存放過程中發(fā)霉變質(zhì)。
本發(fā)明的高耐候水性墻體涂料以下述步驟制備。
1、在攪拌下將增稠劑溶解在水中，調(diào)節(jié)pH值至7～10；2、在中速攪拌下加入分散劑、部分消泡劑，均勻后加入偶聯(lián)劑、防凍劑，轉(zhuǎn)速為600～900轉(zhuǎn)/分；3、入納米材料，充分?jǐn)嚢瑁?、加入固體填料，高速攪拌，轉(zhuǎn)速為1800～2100轉(zhuǎn)/分；5、加入剩下的消泡劑、成膜助劑和其余助劑并攪拌；6、最后加入乳液和納米膠體，攪拌均勻后，加增稠劑調(diào)節(jié)粘度；7、經(jīng)研磨、調(diào)色、過濾等配成產(chǎn)品包裝。
涂料最終的pH值在7～10之間，pH值為8～9時較好，最佳為8.5～9。
本發(fā)明的關(guān)鍵是納米材料必須預(yù)先進(jìn)行處理，以保證在涂料中真正發(fā)揮其固有的特性。由于納米尺寸材料的活潑性，一般市售的納米粉體發(fā)生二次團(tuán)聚，使用前往往已成亞微米的團(tuán)聚物，因此需要重新分散。本發(fā)明配方中的納米材料預(yù)先添加分散劑，在超聲波仂助下進(jìn)行分散處理，處理好的材料保存在液相待用。
本發(fā)明配方中使用的納米材料是由多種不同功能的納米材料經(jīng)分散劑處理混合在一起，配成水性漿料備用。自配的納米材料對紫外線有很好的屏蔽作用，根據(jù)紫外-可見光譜測定，配置成含納米材料0.05％的水溶液，在紫外區(qū)透過率基本上為零。在本發(fā)明涂料配方中作用為抗紫外輻射和破壞的主要成分。
本發(fā)明的特點(diǎn)是在使用硅丙、純丙等具有優(yōu)越性能的乳液基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并以具有耐紫外線、光催化、高遮蓋力等特性的納米材料填補(bǔ)缺陷和引入功能，進(jìn)一步加入具有親水/憎水雙特性的助劑(偶聯(lián)劑)，最終形成致密、高附著力的涂層，來整體增強(qiáng)涂料的高耐候性能。這種設(shè)計概念可應(yīng)用于傳統(tǒng)涂料的改性和提高產(chǎn)品質(zhì)量。
以上述方法設(shè)計配置的涂料可達(dá)到的性能為使用壽命10～15年，耐洗刷性1萬次以上，具有自潔、防霉、防水滲透等特性。
具體實施例方式
實施例1配方(重量百分比，％)去離子水 12.8；增稠劑(ER-30M)0.84；pH調(diào)節(jié)劑(AMP-25) 適量(pH＝8.5左右)；分散劑(731A) 1.0；消泡劑(BYK-034) 0.4；偶聯(lián)劑(JKH-550) 0.5；丙二醇1.5；納米材料A(固含量15％) 2.2；納米材料B(固含量30％) 2.2；鈦白粉10.0；高嶺土10.0；十二醇脂 2.5；硅丙乳液(HBS02) 50.0；硅溶膠(GS30) 6.0。
配置工藝步驟為在低速攪拌下將部分增稠劑溶于去離子水中，然后用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)溶液的酸堿度為8.5～9.0左右。逐步提高攪拌速度，依此加入分散劑、消泡劑、偶聯(lián)劑和丙二醇，充分?jǐn)嚢?。加入納米材料、固體填料，高速攪拌1小時，用攪拌機(jī)的高剪切速率使加入的填料在最大程度上分散成原級顆粒。降低轉(zhuǎn)速，依此加入剩余的消泡劑、增稠劑、十二醇脂、乳液和硅溶膠，進(jìn)一步調(diào)節(jié)pH值。調(diào)色后，經(jīng)振動篩過濾，最后成品包裝。攪拌速度定義為慢速100～500轉(zhuǎn)/分(RPM)；中速600～900轉(zhuǎn)/分；高速1800～2100轉(zhuǎn)/分。
實施例2將實施例1制備的涂料用去離子水稀釋一倍，再加5％的硅丙乳液，充分?jǐn)嚢?，形成?nèi)墻涂料。
實施例3在實施例1制備的涂料中再加入A、B兩種納米材料各4.4％，充分?jǐn)嚢杈鶆?，涂層干燥后形成高憎水和不粘油污的表面，體現(xiàn)很強(qiáng)的自潔特性，用于外墻涂料有很高的耐候性。
權(quán)利要求
1.一種高耐候水性墻體涂料，其特征在于各組分的重量百分比為高分子乳液10～70％，固體填料15～65％，網(wǎng)狀膠體0.1～10％，納米材料0.1～20％，親水/憎水雙功能材料0.1～5％，助劑1～10％，余量為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐候水性墻體涂料，其特征在于高分子乳液是丙烯酸硅樹脂、水性聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯—丙烯酸酯和氟樹脂中的一種或一種以上組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐候水性墻體涂料，其特征在于網(wǎng)狀膠體為硅溶膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐候水性墻體涂料，其特征在于納米材料是具有光催化特性，或殺菌功能，或?qū)ψ贤饩€有優(yōu)良屏蔽作用的納米尺寸材料，具體為二氧化鈦、三氧化鎢、氧化銀、氧化鋅、氧化硅、氮化硅、碳化鎢、氧化鋁、活性碳和金屬粉體中的一種或一種以上組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐候水性墻體涂料，其特征在于親水/憎水雙功能材料主要為硅烷偶聯(lián)劑和/或鈦酸酯偶聯(lián)劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐候水性墻體涂料，其特征在于助劑為分散劑、增稠劑、消泡劑、防凍劑、成膜助劑、防霉劑和殺菌劑中的一種或一種以上。
7.一種如權(quán)利要求1所述的高耐候水性墻體涂料的制備方法，其特征制備方法為1)、在攪拌下將增稠劑溶解在水中，調(diào)節(jié)pH值至7～10；2)、在中速攪拌下加入分散劑、部分消泡劑，均勻后加入偶聯(lián)劑、防凍劑，轉(zhuǎn)速為600～900轉(zhuǎn)/分；3)、入納米材料，充分?jǐn)嚢瑁?)、加入固體填料，高速攪拌，轉(zhuǎn)速為1800～2100轉(zhuǎn)/分；5)、加入剩下的消泡劑、成膜助劑和其余助劑并攪拌；6)、最后加入乳液和納米膠體，攪拌均勻后，加增稠劑調(diào)節(jié)粘度；7)、經(jīng)研磨、調(diào)色、過濾等配成產(chǎn)品包裝。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高耐候水性墻體涂料的制備方法，其特征在于涂料最終的pH值為8.5～9。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高耐候水性墻體涂料的制備方法，其特征在于納米材料預(yù)先添加分散劑，在超聲波協(xié)助下進(jìn)行分散處理，處理好的材料保存在液相待用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高耐候水性墻體涂料，特別是符合清潔生產(chǎn)要求的環(huán)境友好、高耐候水性乳膠涂料及其制備方法。這種高耐候水性墻體涂料主要由水性乳液、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)架材料、納米功能材料、含親水/憎水雙功能基團(tuán)的材料、固體填料和助劑組成。其原理是在使用具有優(yōu)越性能的乳液基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并以具有耐紫外線、光催化、高遮蓋力等特性的納米材料填補(bǔ)缺陷和引入功能，進(jìn)一步加入具有親水/憎水雙特性的助劑(偶聯(lián)劑)，最終形成致密、高附著力的涂層，在整體上增強(qiáng)涂料的高耐候性能。
文檔編號C09D133/04GK1392210SQ02134390
公開日2003年1月22日 申請日期2002年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者沈培康 申請人:中山大學(xué)