CN102585623B - 一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料及其制备方法 - Google Patents
一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料及其制备方法。本发明的特征在于使用了纳米介孔二氧化钛和纳米硅溶胶两种纳米粒子。制备方法包括分散打磨：将水、粉料和前期助剂投入分散机研磨过滤，制得浆料；调漆阶段：将乳液、纳米介孔二氧化钛、纳米硅溶胶、后期水和助剂投入分散浆，调节PH值和粘度，制得涂料。本发明通过分散、砂磨、过滤等简单工艺完成，解决现有涂料耐沾污性差、耐候性差、不环保等缺点，同时赋予涂料良好的自清洁性、抗菌性等新功能。同时具有优异的储存稳定性、耐冲刷性、耐沾污性和耐候性，适用于外墙涂料。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种具有良好的附着力、耐候性，屏蔽紫外线的环保型纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料及其制备方法。
背景技术
由于纳米二氧化钛具有特殊的光催化性能、超亲水性、屏蔽紫外线性能，将其应用到涂料并使其在涂料中保持纳米级状态，不仅可以改善现有涂料耐候性差、易沾污等缺点，同时还可赋予涂料良好的抗菌性、自清洁性及净化空气性能，在南方湿度大及污染严重的地方，产品具有市场竞争力。如授权专利ZL 200410027622.X 中公布的是使用纳米二氧化钛/纳米银涂料及其制备方法。大多数申报专利和已公开的国内外文献资料中使用的都是添加纳米级颗粒尺寸的实心二氧化钛，但由于纳米材料非常细小，它的比表面积大，表面自由能高，分子间引力和静电引力也相当高， 因此纳米粒子极易团聚，即使利用砂磨、高速搅拌等方法使纳米粒子分散在涂料中，也会发生团聚现象，失去纳米材料应有的作用，如何将其分散到基料之中，是纳米材料在涂料中应用的关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料及其制备方法，解决现有涂料耐沾污性差、耐候性差、不环保等问题，同时赋予涂料良好的自清洁性、抗菌性等新功能。在涂料中加入纳米硅溶胶后，进一步提高外墙乳胶漆的耐侯性，提高乳胶漆的附着力，与良好的屏蔽紫外线功能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料，该涂料成分及质量百分比如下：水10~30%；乳液15~40%；纳米介孔二氧化钛0.5~5%；纳米硅溶胶0.5~5%；重钙5~15%；滑石粉1~3%；丙二醇0.5~1.5%；钛白粉5~25%；润湿剂0.05~0.4%；消泡剂0.5~1%；分散剂0.1~0.5%；增稠剂1~2%和成膜助剂0.5~2%。
一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料的制备方法，该制备方法包括以下两个步骤：
1）分散打磨：将水、重钙、滑石粉、钛白粉、分散剂、润湿剂、丙二醇、消泡剂投入分散机，以1500~300rpm的转速分散10~15分钟，再用4000rpm转速的砂磨机研磨过滤，制得浆料；
2）调漆阶段：将乳液、纳米介孔二氧化钛、纳米硅溶胶、水、成膜助剂、增稠剂投入步骤1）制得的浆料中，调到斯托莫粘度达到90-110K，制得乳胶漆。
所述的一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料及其制备方法，所述的乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、醋丙乳液、硅丙乳液之一或复配。
所述的一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料及其制备方法，所述的纳米介孔二氧化钛，以表面活性剂为模板剂，利用溶胶－凝胶乳化或微乳化等化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用进行合成。
所述的一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料及其制备方法，所述的纳米介孔二氧化钛，形状以规则球形为主，平均粒径为60～100nm；孔道为规则有孔道或无规则有孔道结构，孔径为10～50nm。
所述的一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料及其制备方法，所述的硅溶胶为碱性硅溶胶，其粒径尺寸在5~100nm。
本发明的优点与效果是：
1. 本发明通过添加纳米介孔二氧化钛代替传统的纳米实心二氧化钛，很好地解决了纳米粒子在涂料体系中易团聚的技术难题。通过添加纳米硅溶胶，进一步提高了乳胶漆的耐候性，附着力，与良好的屏蔽紫外线功能，使用范围进一步的扩大。本发明通过简单工艺所制得涂料无污染、极低VOC排放、具有良好的耐候性、耐洗刷性、耐沾污性、抗菌性、自清洁性。
2. 本发明提出的使用纳米介孔二氧化钛是一种具有特殊结构的二氧化钛颗粒（其具有双重纳米结构，即纳米级颗粒尺寸和纳米级的介孔结构），与文献中或公开专利中报道的实心纳米二氧化钛不同。由于具有独特的孔道结构，聚合物分子链可以进入到孔道中去，延伸到介孔孔口处的有机高分子链可与聚合物基体产生较强的界面相互作用，增加两者的相容性和防止纳米粒子在树脂基体中的团聚，形成纳米网络结构。由于它的特殊孔道结构使得其更易在涂料基体中均匀分散，使得粒子间的自聚作用降低，并以纳米颗粒的形式均匀地分散在涂料中，充分发挥纳米效应，同时赋予涂料良好的自清洁性、抗菌性等新功能。
3. 本发明提供一种添加量小于5%的纳米介孔二氧化钛和纳米硅溶胶的涂料制备方法，其制备过程是在常温、常压下进行，不需添加新的设备，工艺简单，生产成本低。
4. 在本公司之前的申报专利CN 201110147247.2中将纳米硅溶胶应用到乳胶漆领域，能够使乳胶漆提高附着力，并具有耐水、耐污的特性，还可以解决乳胶漆的耐候问题。在本发明中提出将其与纳米介孔二氧化钛复配，进一步提高涂料的耐冲刷性、耐沾污性和耐候性，与良好的屏蔽紫外线功能。
具体实施方式
纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料，制备方法为：
配方质量百分比如下：水10~30%；乳液15~40%；纳米介孔二氧化钛0.5~5%；纳米硅溶胶0.5~5%；重钙5~15%；滑石粉1~3%；丙二醇0.5~1.5%； 钛白粉5~25%； 润湿剂0.05~0.4%； 消泡剂0. 5~1%；分散剂0.1~0.5%；增稠剂1~2%和成膜助剂0.5~2%。各组分百分比之和为100%。
分散打磨：将水、重钙、滑石粉、钛白粉、分散剂、润湿剂、丙二醇、消泡剂投入分散机，以1500~300rpm的转速分散10~15分钟，再用4000rpm转速的砂磨机研磨过滤，制得浆料。
调漆阶段：将乳液、纳米介孔二氧化钛、纳米硅溶胶、水、成膜助剂、增稠剂投入步骤1）制得的浆料中，调到斯托莫粘度达到90-110K，制得乳胶漆。
其中，分散剂、增稠剂、润湿剂、消泡剂、成膜助剂为配制涂料经常采用的产品。分散剂包括美国罗门哈斯公司的OROTAN系列分散剂，汉高公司的Texaphor系列分散剂，Hydropalat系列分散剂。日本诺普科公司的SN-DISPERSANT系列分散剂等；消泡剂包括汉高公司的Foamstar系列消泡剂，德国毕克化公司的Byk系列消泡剂等；增稠剂包括美国罗门哈斯公司的Acrysol系列增稠剂、纤维素醚增稠剂等；流平剂包括美国罗门哈斯公司RM系列流平剂等；成膜助剂包括伊士曼公司的Texanol酸酯、汉高公司的Filmer系列成膜助剂等。乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、醋丙乳液、硅丙乳液之一或复配。纳米介孔二氧化钛，以表面活性剂为模板剂，利用溶胶－凝胶乳化或微乳化等化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用进行合成。纳米介孔二氧化钛，形状以规则球形为主，平均粒径为60～100nm；孔道为规则有孔道或无规则有孔道结构，孔径为10～50nm。硅溶胶为碱性硅溶胶，其粒径尺寸在5~100nm。
本发明是一种性能良好的外墙水性涂料，可采用刷涂、普通喷涂、无气喷涂等方式进行施工。下面结合实施例具体说明：
实施例一：
本实施例的制备配方为：
制浆阶段
| 水 | 200 kg |
| 润湿剂 | 1 kg |
| 调节剂AMP-95 | 1.5 kg |
| 分散剂 | 5 kg |
| 消泡剂 | 2 kg |
| 成膜助剂 | 15 kg |
| 丙二醇 | 15 kg |
| TiO2 | 250 kg |
| 重钙 | 100 kg |
| 滑石粉 | 20 kg |
| 增稠剂 | 5 kg |
高速分散砂磨，进入调漆阶段。
| 苯丙乳液296D-S | 320 kg |
| 消泡剂 | 0.5 kg |
| 纳米硅溶胶 | 25 kg |
| 纳米介孔二氧化钛 | 25kg |
| 增稠剂 | 5 kg |
| 水 | 10 kg |
| 总计 | 1000 kg |
其制备方法为：
（1）分散打磨：将水、重钙、滑石粉、钛白粉、分散剂、润湿剂、丙二醇、消泡剂投入分散机，以1500~300rpm的转速分散10~15分钟，再用4000rpm转速的砂磨机研磨过滤，制得浆料。
（2）调漆阶段：将乳液、纳米介孔二氧化钛、纳米硅溶胶、水、成膜助剂、增稠剂投入步骤1）制得的浆料中，调到斯托莫粘度达到90-110K，制得乳胶漆。
实施例二：
本实施例的制备配方为：
制浆阶段
| 水 | 200kg |
| 润湿剂 | 2.5 kg |
| 调节剂AMP-95 | 4.5 kg |
| 分散剂 | 5 kg |
| 消泡剂 | 0.5 kg |
| 成膜助剂 | 15 kg |
| 丙二醇 | 15 kg |
| TiO2 | 150 kg |
| 重钙 | 100kg |
| 滑石粉 | 20 kg |
| 增稠剂 | 3kg |
高速分散砂磨，进入调漆阶段。
| 纯丙乳液 | 400 kg |
| 消泡剂 | 0.5 kg |
| 纳米硅溶胶 | 15 kg |
| 纳米介孔二氧化钛 | 15kg |
| 增稠剂 | 4kg |
| 水 | 50 kg |
| 总计 | 1000 kg |
其制备方法为：
（1）分散打磨：将水、重钙、滑石粉、钛白粉、分散剂、润湿剂、丙二醇、消泡剂投入分散机，以1500~300rpm的转速分散10~15分钟，再用4000rpm转速的砂磨机研磨过滤，制得浆料。
（2）调漆阶段：将乳液、纳米介孔二氧化钛、纳米硅溶胶、水、成膜助剂、增稠剂投入步骤1）制得的浆料中，调到斯托莫粘度达到90-110K，制得乳胶漆。
Claims (6)
1.一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料，其特征在于：该涂料成分及质量百分比如下：水10~30%；乳液15~40%；纳米介孔二氧化钛0.5~5%；纳米硅溶胶0.5~5%；重钙5~15%；滑石粉1~3%；丙二醇0.5~1.5%；钛白粉5~25%；润湿剂0.05~0.4%；消泡剂0.5~1%；分散剂0.1~0.5%；增稠剂1~2%和成膜助剂0.5~2%；
所述的纳米介孔二氧化钛，以表面活性剂为模板剂，利用溶胶－凝胶乳化或微乳化化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用进行合成，形状以规则球形为主，平均粒径为60～100nm；孔道为规则有孔道或无规则有孔道结构，孔径为10～50nm。
2.如权利要求1所述的一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料，其特征在于所述的乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、醋丙乳液、硅丙乳液之一或复配。
3.如权利要求1所述的一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料，其特征在于所述的硅溶胶为碱性硅溶胶，其粒径尺寸在5~100nm。
4.一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下两个步骤：
1）分散打磨：将水、重钙、滑石粉、钛白粉、分散剂、润湿剂、丙二醇、消泡剂投入分散机，以1500~300rpm的转速分散10~15分钟，再用4000rpm转速的砂磨机研磨过滤，制得浆料；
2）调漆阶段：将乳液、纳米介孔二氧化钛、纳米硅溶胶、水、成膜助剂、增稠剂投入步骤1）制得的浆料中，调到斯托莫粘度达到90-110K，制得乳胶漆；
该涂料成分及质量百分比如下：水10~30%；乳液15~40%；纳米介孔二氧化钛0.5~5%；纳米硅溶胶0.5~5%；重钙5~15%；滑石粉1~3%；丙二醇0.5~1.5%；钛白粉5~25%；润湿剂0.05~0.4%；消泡剂0.5~1%；分散剂0.1~0.5%；增稠剂1~2%和成膜助剂0.5~2%；
所述的纳米介孔二氧化钛，以表面活性剂为模板剂，利用溶胶－凝胶乳化或微乳化化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用进行合成，形状以规则球形为主，平均粒径为60～100nm；孔道为规则有孔道或无规则有孔道结构，孔径为10～50nm。
5.如权利要求4所述的一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料的制备方法，其特征在于所述的乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、醋丙乳液、硅丙乳液之一或复配。
6.如权利要求4所述的一种纳米介孔二氧化钛/纳米硅溶胶涂料的制备方法，其特征在于所述的硅溶胶为碱性硅溶胶，其粒径尺寸在5~100nm。
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