CN103614042A - 一种防污纳米外墙涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防污纳米外墙涂料及其制备方法，由以下组分组成：水10～20％，金红石型钛白粉15～30％，硅灰石粉0～15％，煅烧高岭土0～5％，纳米核壳复合乳液30～60％，成膜助剂1～5％，防冻剂0.5～2％，小剂量助剂2.2～5.8％。本发明优点：1.本发明涂料中无机纳米微粒代替了部分聚合物，不但能极大减少有机石油资源使用，而且能降低成本，提高涂料综合性能。2.本发明涂料各项性能均能达到国标GB/T9755-2001优等品的要求，尤其是耐水、耐碱性、耐污性、耐人工老化性优异，耐洗刷次数在10000次以上。

Description

一种防污纳米外墙涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性外墙涂料领域，具体由一种硅溶胶/丙烯酸酯纳米核壳复合乳液作为主要成膜物质，配制而成的一种防污纳米外墙涂料及其制备方法。

背景技术

硅溶胶又称硅酸水玻璃，是一种以水为分散相的无机高分子聚偏硅酸胶体溶液，胶体粒子多以球状单个或多个聚结，微粒直径一般在5-30nm，多应用于精密铸件工业中。由于硅溶胶失水后胶粒间通过羟基脱水缩合形成刚性的微孔骨架结构，也可单独作为无机涂料的成膜物质，涂膜具有致密、坚硬、耐酸碱、耐热、耐老化性好、无毒等优点，但也存在很多缺陷，如涂膜呈刚性、柔性差、光泽不高，容易出现裂缝、粉化等，限制了其应用。

目前，内外墙涂料多以水性有机聚合物乳液（苯丙、纯丙、硅丙、叔丙、氟碳等）作为主要成膜物质，有机聚合物乳液具有成膜性好、耐水性好等优点，但也存在高温回黏、耐污性差、硬度低、紫外老化性差等不足，各国研究者正致力于其改性研究。在涂料配制中使用硅溶胶与有机聚合物乳液拼混，可大幅度提高涂层硬度和渗透性，增强耐酸碱性、耐老化性、耐洗刷性、抗污性，克服传统聚合物乳液高温抗回粘性等，引起了人们的广泛关注和争相研究。专利号CN101381541B公开了“一种纳米有机硅外墙漆”，该乳液是将硅丙、苯丙、硅溶胶三者拼混，配合适当水、颜填料及助剂配制而成，涂料中硅溶胶重量百分含量为5-15％，涂膜具有抗污性好、疏水、耐碱性好、附着力强等特点。专利号CN102268208A公开了“一种纳米硅溶胶改性外墙乳胶漆及其制备方法”，该乳胶漆主要原料是由聚合物乳液与纳米硅溶胶拼混而成，所得外墙乳胶漆绿色环保、附着力强，具有较好的耐冲刷性、耐粘污性和耐候性。

由于硅溶胶中纳米二氧化硅粒子表面存在大量羟基及结合水，因而涂料中亲水的无机组分的增多必然导致涂膜耐水性急剧下降，涂膜在浸水后出现泛白、起泡等不良现象。加入疏水剂或使用高疏水性聚合物乳液可减缓该缺陷，但硅溶胶的添加量也不宜过高，添加量一般只能达到5-15％，对性能的改进及成本的减低有一定的限度。并且由于硅溶胶中SiO₂颗粒表面存在大量羟基，静置时羟基形成氢键作用，体系形成立体三维网状结构，体系粘度急剧上升，因而该类涂料在储存过程中容易出现自动增稠、返粗、絮凝、甚至报废等不良现象。另外，由于硅溶胶与聚合物乳液性能差异较大，在储存及成膜过程中均容易出现聚并或相分离，极大影响了其性能的发挥。

本发明提供的一种纳米核壳复合乳液，为自制的高硅含量硅溶胶/丙烯酸酯纳米核壳复合乳液，以SiO₂计，硅含量占乳液总固体份重量百分比的40-50％，复合乳胶粒粒径为60-80nm。该乳液综合性能优异，且成本极低，是一种新型水性涂料的成膜物质，在国内专利中，尚未见有采用该乳液研制成外墙涂料的报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的提供一种防污纳米外墙涂料及其制备方法，通过对配方的研究及工艺的优化配制出稳定性好、成本低、性能优越的外墙涂料。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

1.一种防污纳米外墙涂料，其特征在于，由以下组分按重量百分数组成：10～20％纯水；15～30％金红石型钛白粉；0～15％硅灰石粉；0～5％煅烧高岭土；30～60％纳米核壳复合乳液；1～5％成膜助剂-醇酯-12；0.5～2％防冻剂-丙二醇；2.2～5.8％小剂量助剂，其包括：0.1～0.2％润湿剂、0.2～1％分散剂、0.1～0.5％消泡剂、0.1～0.3％多功能助剂、1～2％紫外吸收剂、0.5～1％光稳定剂、0.1～0.3％防霉剂、0.1～0.2％杀菌剂和0.1～0.5％增稠剂，增稠剂为疏水改性碱溶胀缔合型、丙稀酸类碱增稠缔和型、聚氨酯类缔合型中的一种或两种；

所述纳米核壳复合乳液为一种自制的高硅含量硅溶胶/丙烯酸酯纳米核壳复合乳液，以SiO₂计，硅含量占乳液总固体份重量百分比的40～50％，复合乳胶粒粒径为60～80nm。

2.如权利要求1所述一种防污纳米外墙涂料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

步骤1：浆料配制

在分散釜中依次加入配方量的纯水、润湿剂、分散剂、防冻剂、多功能助剂、消泡剂，于300～500rpm低速下搅拌分散均匀；加入颜填料，调速至1000～1800rpm，高速搅拌30min左右，细度<60μm。

步骤2：预混物配制，将成膜助剂、紫外吸收剂、光稳定剂预先混合均匀成预混物。

步骤3：调漆

将纳米复合乳液加入调漆釜中，调速至600～900rpm，中速下加入步骤1所配浆料，再依次加入防冻剂、预混物、杀菌剂、防霉剂，逐滴加入增稠剂稀释液，调粘度至适当值，最后加入与步骤1浆料配制中等量的消泡剂，继续搅拌10min，过滤出料，得成品。

本发明的有益效果：首先，本发明以纳米核壳复合乳液为涂膜主要成膜物质，该乳液是以纳米二氧化硅为核，丙烯酸酯聚合物为壳的包覆结构，复合乳胶粒粒径小，纳米二氧化硅含量占总固体份重量比的40～50％，纳米二氧化硅微粒可发挥部分聚合物的作用，不但能极大减少有机石油资源使用，符合环保要求，而且能降低成本，性能上较混拼涂料有极大的提高。其次，本涂料具有优异的防污功能，主要原因是纳米核壳复合乳液乳胶粒粒径极小，干膜后排列规整，成膜致密，且硬度较高，所以灰尘、油污等污物不易渗透至涂膜内，以致雨水可冲刷除去表面污物，从而使涂层保持清洁。再次，由于纳米乳液特性及二氧化硅表面少量羟基形成轻微的氢键作用，涂料配制过程中无需使用羟乙基纤维素，仅添加少量缔合型增稠剂就能使体系黏度达到适当值，具备优良的中、低剪切黏度，黏度储存稳定良好，还能起到降低成本、不降低光泽度、提高成品的耐水性及流平性的作用。

本发明的各项性能均能达到国标GB/T9755-2001优等品的要求，尤其是耐水、耐碱性、耐污性、耐人工老化性优异，耐洗刷次数在10000次以上。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

在分散釜中依次加入110g纯水，1g润湿剂PE-100，5g分散剂5027，15g丙二醇，1g多功能助剂AMP-95，1g消泡剂BYK-024，于400rpm的低速下搅拌分散均匀；加入250g钛白粉(日本石原产业CR-95)，调速至1500rpm，高速搅拌30min左右，细度<60μm，备用。

称550g纳米复合乳液加入调漆釜中，于600rpm的中速下加入步骤1所配浆料，搅拌10min；依次加入1g杀菌剂LX-150，1g防霉剂SKANE M-8，48g预混物（称30g成膜助剂cs-12，12g紫外光吸收剂

1130，6g光稳定剂

292，混合均匀）；调速至800rpm，逐滴加入增稠剂稀释液I（SN636∶水=1∶5）12g，及增稠剂稀释液II（SN612∶水=1∶3）4g，最后加入1g BYK-024，搅拌10min，过滤出料，得成品。（粘度KU=90、对比率=0.96）

实施例2

在分散釜中依次加入110g纯水，1.2g润湿剂PE-100，6g分散剂5027，12g丙二醇，1g多功能助剂AMP-95，1.2g消泡剂BYK-024，于400rpm的低速下搅拌分散均匀；加入170g钛白粉(日本石原产业CR-95)，100g硅灰石粉,30g煅烧高岭土，调速至1500rpm，高速搅拌30min左右，细度<60μm。

称500g纳米复合乳液加入调漆釜中，于600rpm的中速下加入步骤1所配浆料，搅拌10min；依次加入1g杀菌剂LX-150，1g防霉剂SKANE M-8，48g预混物（称30g成膜助剂cs-12，12g紫外光吸收剂

1130，6g光稳定剂

292，混合均匀）；调速至800rpm，逐滴加入增稠剂稀释液I（SN636∶水=1∶5）12g，及增稠剂稀释液II（SN612∶水=1∶3）4g，最后加入1.2g BYK-024，搅拌10min，过滤出料，得成品。（粘度KU=91、对比率=0.97）

实施例3

在分散釜中依次加入110g纯水，1g润湿剂PE-100，5g分散剂5027，15g丙二醇，1g多功能助剂AMP-95，1g消泡剂BYK-024，于400rpm的低速下搅拌分散均匀；加入250g钛白粉(美国杜邦R902），调速至1500rpm，高速搅拌30min左右，细度<60μm，备用。

称550g纳米复合乳液加入调漆釜中，于600rpm的中速下加入步骤1所配浆料，搅拌10min；依次加入1g杀菌剂LX-150，1g防霉剂SKANE M-8，48g预混物（称30g成膜助剂cs-12，12g紫外光吸收剂

1130，6g光稳定剂

292，混合均匀）；调速至800rpm，逐滴加入增稠剂稀释液I（Acrysol TT-935∶水=1∶1）4g，及增稠剂稀释液II（SN612∶水=1∶3）4g，最后加入1g BYK-024，搅拌10min，过滤出料，得成品。（粘度KU=90、对比率=0.98）

实施例4

在分散釜中依次加入110g纯水，1.2g润湿剂PE-100，6g分散剂5027，15g丙二醇，1g多功能助剂AMP-95，1.2g消泡剂BYK-024，于400rpm的低速下搅拌分散均匀；加入170g钛白粉(美国杜邦R706），100g硅灰石粉,30g煅烧高岭土,调速至1500rpm，高速搅拌30min左右，细度<60μm，备用。

称500g纳米复合乳液加入调漆釜中，于600rpm的中速下加入步骤1所配浆料，搅拌10min；依次加入1g杀菌剂LX-150，1g防霉剂SKANE M-8，48g预混物（称30g成膜助剂cs-12，12g紫外光吸收剂

1130，6g光稳定剂

292，混合均匀）；调速至800rpm，逐滴加入增稠剂稀释液I（SN636∶水=1∶5）12g，及增稠剂稀释液II（SN612∶水=1∶3）4g，最后加入1.2g BYK-024，搅拌10min，过滤出料，得成品。（粘度KU=91、对比率=0.97）

实施例5

在分散釜中依次加入110g纯水，1g润湿剂PE-100，2g分散剂5027，4g分散剂5040，15g丙二醇，1g多功能助剂AMP-95，1.2g消泡剂BYK-024，于400rpm的低速下搅拌分散均匀；加入170g钛白粉(日本石原产业CR-95)，120g硅灰石粉，30g煅烧高岭土，调速至1500rpm，高速搅拌30min左右，细度<60μm，备用。

称500g纳米复合乳液加入调漆釜中，于600rpm的中速下加入步骤1所配浆料，搅拌10min；依次加入1g杀菌剂LX-150，1g防霉剂SKANE M-8，48g预混物（称30g成膜助剂cs-12，12g紫外光吸收剂1130，6g光稳定剂292，混合均匀）；调速至800rpm，逐滴加入增稠剂稀释液I（SN636∶水=1∶5）12g，及增稠剂稀释液II（SN612∶水=1∶3）4g，最后加入1.2g BYK-024，搅拌10min，过滤出料，得成品。（粘度KU=90、对比率=0.95）

实施例6

在分散釜中依次加入110g纯水，1.2g润湿剂PE-100，2g分散剂5027，4g分散剂5040，15g丙二醇，1g多功能助剂AMP-95，1.2g消泡剂BYK-024，于400rpm的低速下搅拌分散均匀；加入220g钛白粉(美国杜邦R706)，100g硅灰石粉,30g煅烧高岭土,调速至1500rpm，高速搅拌30min左右，细度<60μm，备用。

称450g纳米复合乳液加入调漆釜中，于600rpm的中速下加入步骤1所配浆料，搅拌10min；依次加入1g杀菌剂LX-150，1g防霉剂SKANE M-8，40g预混物（称25g成膜助剂cs-12，10g紫外光吸收剂

1130，5g光稳定剂

292，混合均匀）；调速至800rpm，逐滴加入增稠剂稀释液（Acrysol TT-935∶水=1∶1）6g，最后加入1.2g BYK-024，搅拌10min，过滤出料，得成品。（粘度KU=91、对比率=0.96）

检测按照GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》进行，实施例1成品性能检测结果如下表1所示。

表1.实施例1涂料成品检测结果

Claims (2)

1.一种防污纳米外墙涂料，其特征在于，由以下组分按重量百分数组成：10～20％纯水；15～30％金红石型钛白粉；0～15％硅灰石粉；0～5％煅烧高岭土；30～60％纳米核壳复合乳液；1～5％成膜助剂-醇酯-12；0.5～2％防冻剂-丙二醇；2.2～5.8％小剂量助剂，其包括：0.1～0.2％润湿剂、0.2～1％分散剂、0.1～0.5％消泡剂、0.1～0.3％多功能助剂、1～2％紫外吸收剂、0.5～1％光稳定剂、0.1～0.3％防霉剂、0.1～0.2％杀菌剂和0.1～0.5％增稠剂，增稠剂为疏水改性碱溶胀缔合型、丙稀酸类碱增稠缔和型、聚氨酯类缔合型中的一种或两种；

所述纳米核壳复合乳液为一种自制的高硅含量硅溶胶/丙烯酸酯纳米核壳复合乳液，以SiO₂计，硅含量占乳液总固体份重量百分比的40～50％，复合乳胶粒粒径为60～80nm。

2.如权利要求1所述一种防污纳米外墙涂料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

步骤1：浆料配制

在分散釜中依次加入配方量的纯水、润湿剂、分散剂、防冻剂、多功能助剂、消泡剂，于300～500rpm低速下搅拌分散均匀；加入颜填料，调速至1000～1800rpm，高速搅拌30min左右，细度<60μm；

步骤2：预混物配制，将成膜助剂、紫外吸收剂、光稳定剂预先混合均匀成预混物；

步骤3：调漆

将纳米复合乳液加入调漆釜中，调速至600～900rpm，中速下加入步骤1所配浆料，再依次加入防冻剂、预混物、杀菌剂、防霉剂，逐滴加入增稠剂稀释液，调粘度至适当值，最后加入与步骤1浆料配制中等量的消泡剂，继续搅拌10min，过滤出料，得成品。