CN109294382B - 一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法，所述无机纳米陶瓷涂料由硅丙乳液、硅溶胶、硅烷、活***联剂、颜料、填料、润湿分散剂、消泡剂、增稠剂和水组成，制备方法：首先通过将硅丙乳液、硅溶胶、硅烷、活***联剂和水按照特定配比和步骤制备成无机纳米陶瓷改性乳液，然后再将制备好的水性无机纳米陶瓷改性乳液与颜料、填料混合，并进行分散、研磨，最后加入助剂和水搅拌，制成超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料。本发明的制备方法配置简单，而且制备出来的涂料产品具有超耐候、耐酸雨、耐沾污、高硬耐磨以及抗刮等特点。

Description

一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料及其制备 方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

目前，对于建筑物外墙或汽车轮毂来说，由于长期暴露在外部环境当中，灰尘很容易附在涂料表层或吸入到涂料内层，再加上风吹日晒以及酸雨等各方面因素的影响，其耐用年数呈缩短趋势，经过一段时间后，外层表面的局部涂膜就会变脏或被酸雨腐蚀破坏，特别是经酸雨腐蚀后的涂料表面会发生粉化、脱落、起泡和泛黄等现象，影响外观的整体美观，而且清洗难度大、费用高，尤其是现在强调景观意识的高层大楼层出不穷。

我国酸雨属于硫酸型酸雨，主要是因为大量燃烧含硫量高的煤而形成的，涂料受到酸雨中的H⁺的溶解腐蚀和SO₄ ^2-膨胀腐蚀协同作用，导致建筑物外墙和汽车轮毂表面的涂料被破坏，现有技术领域中采用的是高性能的溶剂型涂料来解决酸雨腐蚀的问题，但是耐沾污能力差是传统户外装饰保护涂料普遍存在的缺点，在一定程度上制约了其广泛应用。

随着人们对环保和自身健康意识的日益增强，水性涂料正以其低VOC（挥发性有机化合物）含量而逐步取代溶剂型涂料，现有乳胶漆的耐沾污性较差，因为其漆膜为亲水性，涂料的颜基比过高导致漆膜结构不密实，如果漆膜表面沾有污物，污物就会在毛细管力的作用下，以空气中的水蒸气为介质进入到漆膜内。为了改善建筑涂料的耐沾污能力，市场上推出了一种具有超长耐候性、耐污性和防腐性的氟碳涂料。氟碳涂料是在氟树脂基础上经过改性、加工而形成的一种新型涂层材料。氟碳涂料的树脂中含有大量的F-C键，显示出超长的耐候性及耐化学介质腐蚀性，故其稳定性是所有树脂涂料中最好的，但是，其高昂的价格阻碍了其大面积的应用。也有大量的专利文献报道了可将氟代聚氨酯用于水性涂料中。例如，WO2005/07722合成了一种新型的氟代聚氨酯，可用于建筑或工业漆中，具有较好的斥水斥油性。但是，由于粘结剂在涂料组成中通常占约1/3，用氟代聚氨酯来替代原有涂料中的粘结剂，就必须对配方中的助剂进行重新选择和研究，这无疑增加了技术难度。

因此，市场上迫切需求一种具有优良的耐沾污性及超耐候、耐酸雨、高硬耐磨、抗刮且成本经济的涂料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，原料组成和质量百分比：

水性无机纳米陶瓷改性乳液 45～80％

颜料 1～20%

填料 1～30%

润湿分散剂 0.1～0.5%

消泡剂 0.1～0.5%

增稠剂 1～5%

水 余量；

其中，所述水性无机纳米陶瓷改性乳液的组份和重量配比分别为：

硅丙乳液 10～40%

硅溶胶 15～40%

硅烷 15～40%

活***联剂 1～5%

水 余量；

优选地，所述硅丙乳液为市售建筑材料用硅丙乳液的一种或几种混合而成。

优选地，所述硅溶胶由酸性硅溶胶、碱性硅溶胶中的一种或两种混合组成。

优选地，所述硅溶胶的粒径为1～160nm，PH值为2～10。

优选地，所述硅烷由一种或几种烷氧基硅烷混合而成。

优选地，所述烷氧基硅烷为：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

优选地，所述活***联剂为聚碳化二亚胺。

优选地，所述颜料为市售的钛白粉、珠光颜料、荧光颜料、金属颜料中的至少一种；所述填料为晶须粉、滑石粉、高岭土、云母粉、碳酸钙、硫酸钡中的至少一种；

优选地，所述润湿分散剂为Silok-8008；所述消泡剂为BYK015；所述增稠剂为BYK420。

所述的一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其制备方法为：

第一步：先将一种或几种硅烷进行均匀混合，然后加入活***联剂进行搅拌溶解，直至活***联剂完全溶解在硅烷混合物中，形成透明的混合液体；

第二步：将硅溶胶和水加入到预先称量投料完毕的硅丙乳液中，搅拌5～30分钟，然后缓慢将第一步制备好的混合液体滴加到硅丙乳液和硅溶胶混合液中，滴定时间为30分钟，滴定结束后，开始升温，反应温度保持在35～80℃之间，恒温反应 2～5小时，然后加入计量的水，停止加热，降温冷却，即获得水性无机纳米陶瓷改性乳液；

第三步：将第二步制备好的水性无机纳米陶瓷改性乳液与颜料、填料混合，用高速分散机进行高速分散，分散时间为10～30分钟，然后采用卧式砂磨机进行研磨，并且调节冷却水使物料研磨温度不超过60℃，研磨时间为1～2小时，最后加入助剂和水进行搅拌，搅拌均匀后，即获得超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料。

本发明的技术创新优势在于：

一、成膜物采用水性无机纳米陶瓷树脂，具有超长的耐候性能，QUV老化试验达到3000h，能承受太阳光高温暴晒，抗老化；而且高硬耐磨，铅笔硬度可高达6H，RCA纸带耐磨次数为750次，使本发明制备的无机纳米陶瓷涂料的涂膜既能承受风吹雨打，太阳光暴晒，又能抵抗风沙尘埃颗粒在大风和雨水冲刷耐磨；

二、由于本发明制备的无机纳米陶瓷涂料水接触角高达90°，涂膜表面分子结构排列非常有序，使其表面呈强烈的憎水性，从而导致涂膜表面的吸水率大幅度降低，对污染源的粘附和吸入也大大减弱，再加上光泽可高达90°，故涂膜表面极易用水清洗，因此具有极强的耐沾污性能；

三．本发明采用聚碳化二亚胺作为活***联剂，并使用混合硅烷作为交联剂的体系，硅类物质均具有极强的耐酸特性，无机纳米二氧化硅以及硅烷水解的硅醇均能耐强酸；而聚碳化二亚胺使硅醇具有极高交联密度，更进一步提高硅醇耐酸雨侵蚀的能力，因此本发明制备的无机纳米陶瓷涂料具有极佳的耐酸雨性能。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。

实施例1~6

为了表述方便，下面用三个表来表达6个实施方式的配比与产品性能，分别为1~6个实施例的超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料的原料组份和质量百分比表；水性无机纳米陶瓷改性乳液的组份和质量百分比表；超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料产品性能指标表。

表1：超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料的原料组份和质量百分比分别为：

表2：水性无机纳米陶瓷改性乳液的组份和质量百分比分别为：

表3：上述实施例1~6得到的超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料产品性能指标表：

实施例7：一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其制备方法为：

第一步：将表2中实施例1～6的一种或几种硅烷进行均匀混合，然后加入活***联剂进行搅拌溶解，直至活***联剂完全溶解在硅烷混合物中，形成透明的混合液体；

第二步：将表2中的硅溶胶和水加入到预先称量投料完毕的硅丙乳液中，搅拌5～30分钟，然后缓慢将第一步制备好的混合液体滴加到硅丙乳液和硅溶胶混合液中，滴定时间为30分钟，滴定结束后，开始升温，反应温度保持在35～80℃之间，恒温反应2～5小时，然后加入计量的水，停止加热，降温冷却，即获得水性无机纳米陶瓷改性乳液；

第三步：将第二步制备好的水性无机纳米陶瓷改性乳液与表1中的颜料、填料混合，用高速分散机进行高速分散，分散时间为10～30分钟，然后采用卧式砂磨机进行研磨，并且调节冷却水使物料研磨温度不超过60℃，研磨时间为1～2小时，最后加入助剂和水进行搅拌，搅拌均匀后，即获得超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料。

在制备超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料的过程中，根据各物料配比不同，各配方无机纳米陶瓷树脂固含量应控制在30～50％之间，实施例7中第二步所获得的水性无机纳米陶瓷改性乳液外观为乳白色半透明或不透明低粘度液体。

本发明纳米陶瓷涂料有效地克服了现有技术的多种缺陷。并且本发明的制备方法，具有配置简单，性能稳定的特点，可广泛应用于建筑物外墙和汽车轮毂等方面。因此，本发明的超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法具有很高的产业利用价值。

上述实施例仅例示性的说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉本技术的人员皆可以在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行改变或修饰。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍然应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，原料组成和质量百分比：

水性无机纳米陶瓷改性乳液 45～80％

颜料 1～20％

填料 1～30％

润湿分散剂 0.1～0.5％

消泡剂 0.1～0.5％

增稠剂 1～5％

水 余量；

其中，所述水性无机纳米陶瓷改性乳液的组份和重量配比分别为：

硅丙乳液 10～40％

硅溶胶 15～40％

硅烷 15～40％

活***联剂 1～5％

水 余量；

所述硅烷为烷氧基硅烷；

所述活***联剂为聚碳化二亚胺。

2.如权利要求1所述的一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述硅丙乳液为市售建筑材料用硅丙乳液的一种或几种混合而成。

3.如权利要求1所述的一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述硅溶胶由酸性硅溶胶、碱性硅溶胶中的一种或两种混合组成。

4.如权利要求3所述的一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述硅溶胶的粒径为1～160nm，p H值为2～10。

5.如权利要求4所述的一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述烷氧基硅烷为：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述颜料为市售的钛白粉、珠光颜料、荧光颜料、金属颜料中的至少一种；所述填料为晶须粉、滑石粉、高岭土、云母粉、碳酸钙、硫酸钡中的至少一种；

7.如权利要求1所述的一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为Silok-8008；所述消泡剂为BYK015；所述增稠剂为BYK420。

8.如权利要求1所述的一种超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料，其制备方法为：

第一步：先将一种或几种硅烷进行均匀混合，然后加入活***联剂进行搅拌溶解，直至活***联剂完全溶解在硅烷混合物中，形成透明的混合液体；

第二步：将硅溶胶和水加入到预先称量投料完毕的硅丙乳液中，搅拌5～30分钟，然后缓慢将第一步制备好的混合液体滴加到硅丙乳液和硅溶胶混合液中，滴定时间为30分钟，滴定结束后，开始升温，反应温度保持在35～80℃，恒温反应2～5小时，然后加入计量的水，停止加热，降温冷却，即获得水性无机纳米陶瓷改性乳液；

第三步：将第二步制备好的水性无机纳米陶瓷改性乳液与颜料、填料混合，用高速分散机进行高速分散，分散时间为10～30分钟，然后采用卧式砂磨机进行研磨，并且调节冷却水使物料研磨温度不超过60℃，研磨时间为1～2小时，最后加入助剂和水进行搅拌，搅拌均匀后，即获得超耐候耐酸雨耐沾污水性无机纳米陶瓷涂料。