CN101016424A - 防污处理剂以及建筑板 - Google Patents

Abstract

一种防污处理剂，是涂布在基材表面上形成超亲水性防污膜的防污处理剂，其特征在于，将烘制二氧化硅分散在水性溶剂中而成。烘制二氧化硅的表面上存在很多亲水性的单硅烷醇基，与基板表面的固定力大，可对基材表面赋予持久性的防污性，由此可赋予建筑材的表面具有持续性的防污性。

Description

防污处理剂以及建筑板

技术领域

本发明涉及例如用于木质水泥板、硅酸钙板、水泥(混凝土)板、金属板、玻璃板等的表面的防污处理的防污处理剂、以及表面经该防污处理剂的处理的建筑板。

背景技术

例如对外壁材料等的建筑板，通常在其表面用涂料实施涂装，为了除去涂装后附着在表面上的污物，通常涂布可形成具有自清洁功能的防污膜的防污处理剂。

作为此种防污处理剂，可使用在处理表面上形成具有超亲水性的防污膜的处理剂，如果将该防污处理剂涂布在基材表面上，就会形成上述超亲水性防污膜，当污物附着在基材表面的情况下，如果淋水，则水会被该超亲水性防污膜所吸收，其结果污物会漂浮上来与水一同流下去(自清洁效果)。

为了在上述基材表面上形成超亲水性防污膜，过去主要使用的是二氧化硅微粒(胶态二氧化硅)的水性分散液。

例如在专利文献1中记载了如下的防污性膜的形成方法，即，在合成树脂的水性乳液膜上涂布平均粒径为100nm以下的胶态硅酸的水性分散液，由此在膜表面上形成胶态硅酸膜的方法。

另外，在专利文献2中记载了如下的防污层的形成方法，即，为使涂膜表面具有耐水性和耐碱性，涂布含有胶态二氧化硅和氧化铝/铝镁复合氧化物的液体，由此形成防污层。

上述二氧化硅微粒利用存在于表面上的硅烷醇基，对基材的处理表面赋予超亲水性。

【专利文献1】特开平6-71219号公报

【专利文献2】特开2002-338943号公报

上述二氧化硅微粒含有很多存在于表面上的硅烷醇基之间彼此靠近而形成的连位硅烷醇基，连位硅烷醇基之间靠氢键结合，因此与亲水性有关的游离硅烷醇基(单硅烷醇基)的浓度不太高，表面活性低，因而与基材表面的固定力不足，淋雨等时容易流出，不能期待持续的防污效果，并且由于单硅烷醇基的浓度过高，所以若要获得亲水性高的防污膜，必须提高水性分散液中的二氧化硅微粒的浓度。但是，如果提高二氧化硅微粒的浓度，则存在水性分散液价格变高的问题。

此外，二氧化硅微粒具有纳米级的粒径(100nm以下)，因此在基材表面上实施涂装后在其上面进行防污处理的情况下，由于涂膜的吸排湿、环境温度的变化而引起的伸缩，二氧化硅微粒有可能会被卷入、埋没在涂膜内，失去防污效果。

发明内容

本发明正是为了解决上述以往的课题而提出的，其目的在于提供一种防污处理剂，该防污处理剂是涂布于基材表面上形成超亲水性防污膜的防污处理剂，其特征在于，将烘制二氧化硅(fumed silica)分散在水性溶剂中而形成。该水性溶剂优选是水和醇的混合溶剂，更优选在该水性溶剂中添加有表面活性剂。

在本发明中，还提供在表面上涂布上述防污处理剂后经干燥形成了超亲水性防污膜的建筑板。优选在该建筑板表面上涂布涂料，在涂膜处于半干燥状态的条件下涂布防污处理剂，加热干燥。作为上述建筑板适合适用外壁材料等的木质水泥板。

烘制二氧化硅例如是将四氯化硅在氢-氧焰中水解而制造，原始粒子的粒径为7～40nm，如果使之分散在水性介质中，则粒子之间会相缔合形成网状结构，形成数百nm(约500nm)的二级粒子。

在上述缔合状态下，在烘制二氧化硅的表面上，游离硅烷醇基(单硅烷醇基)也以高浓度存在，其活性高，可对基材表面赋予强的超亲水性。此外，由于表面活性高且缔合形成为网状结构，因此表观分子量变大，高的表面活性和高的表观范德华力相互作用，使与基材表面的固定力变大，基材表面可长时间维持良好的超亲水性即防污性。

此外，在使用建筑板作为基材的情况下，如果在该建筑板表面上涂布涂料之后，在涂膜半干燥的状态下涂布上述防污处理剂，则在基材表面的涂膜成为半固化状态、具有粘附性的状态下涂布防污处理剂，因此可形成烘制二氧化硅稍微陷入该涂膜中的状态，形成的防污层与该涂膜的附着力能得到提高。如上所述，该烘制二氧化硅因其粒子之间相互缔合而形成膨松结构，即便稍微埋入在涂膜中但不至于被埋没，进而即便涂膜由于吸湿和排湿或环境温度的变化而发生收缩，上述混合的烘制二氧化硅也不会被卷入该涂膜中而被埋没，因此防污性不会下降。

作为该防污处理剂，如果是使烘制二氧化硅分散在含有醇、水、更优选还含有表面活性剂的溶剂中而获得的防污处理剂，由于醇和表面活性剂的降低表面张力的作用，与涂膜之间的润湿性提高，进而与涂膜的亲合性变高，形成的防污层与该涂膜的附着力进一步提高。此外，由于表面活性剂的作用，烘制二氧化硅不会沉降而可以均匀地分散。

本发明的防污处理剂中使用在表面存在很多单硅烷醇基的烘制二氧化硅，因此与基材的固定性强，能够持续地发挥很强的防污效果。

具体实施方式

下面详细地说明本发明。

[烘制二氧化硅]

如上所述，本发明中使用的烘制二氧化硅是使四氯化硅等挥发性硅化合物气相例如在氢-氧焰中燃烧水解而制造的。

该烘制二氧化硅的原始粒子的粒径为7～40nm，如果使该原始粒子分散在水性溶剂中，则粒子之间会相缔合而形成网状结构，形成数百nm(约500nm)的二级粒子。

上述烘制二氧化硅的比表面积为约500,000～2,000,000cm²/g，每1nm²中具有2～3个单硅烷醇基，因此烘制二氧化硅的表面活性高，可对基材表面赋予高的超亲水性。

[醇]

本发明中，作为上述烘制二氧化硅的分散溶剂，优选在水中添加醇。作为本发明中使用的醇，优选甲醇、乙醇、异丙醇等水溶性溶剂。该醇可以降低本发明的防污处理剂的表面张力，并且提高此防污处理剂和下侧基材或基材上形成的涂膜的亲合性，从而提高该处理剂的湿润性。

[表面活性剂]

本发明的防污处理剂中优选添加表面活性剂。作为上述表面活性剂，可以使用通常的阴离子性、非离子性、阳离子性表面活性剂中的任一种，作为阴离子性表面活性剂例如可以举出高级醇硫酸盐(Na盐或胺盐)、烷基烯丙基磺酸盐(Na盐或胺盐)、烷基萘磺酸盐(Na盐或胺盐)、烷基萘磺酸盐缩合物、烷基磷酸盐、二烷基磺基琥珀酸盐、松香皂、脂肪酸盐(Na盐或胺盐)等，作为非离子性表面活性剂例如可以举出聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚、聚氧乙烯烷基酯、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯醇胺、聚氧醇胺烷基酰胺、山梨糖醇酐烷基酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐烷基酯等，作为阳离子性表面活性剂例如可以举出十八胺乙酸酯、咪唑啉衍生物乙酸酯、聚亚烷基多胺衍生物或其盐、氯化十八烷基三甲基铵、卤化三甲基胺基乙基烷基酰胺、烷基吡啶鎓硫酸盐、卤化烷基三甲基铵等。此外，表面活性剂可以2种以上混合使用。此外，上述例子并不是用于限定本发明。

该表面活性剂与醇一同降低本发明的防污处理剂的表面张力，并且使烘制二氧化硅进一步良好地分散在处理剂中，提高与下面的涂膜之间的亲合性。

本发明的防污处理剂中，通常配合0.1～10质量％的烘制二氧化硅，优选为0.5～6质量％，醇为2～10质量％，表面活性剂为0.01～0.25质量％，其余为水。

当上述醇的含量低于2质量％时，该处理剂的湿润性恶化，并且当含量超过10质量％时，溶剂的挥发性变大，对涂装操作带来不好的影响。此外，当添加的表面活性剂少于0.01质量％时，由于表面活性剂引起的表面张力的降低效果和烘制二氧化硅的分散效果不显著，此外，在添加量超过0.25质量％时，对形成的防污层的强度、耐水性、耐久性等带来不好的影响。该处理剂的表面张力优选在25℃下为20dyns/cm以下。

被涂上本发明的防污处理剂的基材主要是外壁材料等建筑板，作为该建筑板主要使用将以木片、木质纤维素、木浆、木毛、木粉等木质增强材料和水泥系水硬化材料为主体的混合物成形硬化而得到的木质水泥板，在其表面可以通过压花加工等赋予凹凸图案(2)。在该板材的表面上实施了涂装。该涂装是使用丙烯酸树脂涂料、丙烯酸-硅树脂涂料、丙烯酸-氨基甲酸酯树脂涂料等有机涂料，磷酸盐系涂料，氧化金属系涂料等无机涂料来实施的，通常采用底涂层涂装、中涂层涂装、上涂层涂装这三层涂装或者底涂层涂装、上涂层涂装这二层涂装。

作为用于上述涂装的涂料，优选使用丙烯酸树脂水性乳液涂料之类的水性乳液涂料。由于由该水性乳液涂料获得的涂膜中含有表面活性剂等亲水性成分，与水性的该防污处理剂的亲合性高。

在本发明中，在将涂料涂布在上述基材表面上而形成的涂膜处于半干燥状态、即半固化状态的条件下涂布上述防污处理剂。在二层或三层涂装的情况下，在由上涂层涂装形成的涂膜处于半干燥状态的条件下，涂布上述防污处理剂。

涂膜处于半干燥状态，在由溶剂系涂料或水性乳液涂料形成涂膜的情况下是指溶剂或水没有完全蒸发之前的状态，在无溶剂涂料的情况下是指涂料中的树脂展色料或无机展色料(ビヒクル)没有完全固化的半固化状态。

通常上述半干燥状态在经涂装形成涂膜之后的10～60秒之间内能够实现。在溶剂系涂料或水性乳液涂料的情况下，在这期间固形成分的浓度从30～50质量％升高到60～80质量％。

在上述涂膜的半干燥状态下，形成防污处理剂中的烘制二氧化硅稍嵌入到涂膜中的状态，形成的防污层对涂膜的附着力能得到提高，且在形成的防污层和涂膜之间不会发生混合。

上述建筑板以外的作为本发明对象的基材，例如有硅酸钙板、水泥(混凝土)板、金属板、玻璃板等。

作为在基材的表面上涂布上述防污处理剂的优选方法有，雾化涂装法。作为该雾化涂装法，例如有低压无空气喷雾法、利用钟(bell)型涂装机的涂装法、静电涂装法等。此外，作为涂装方法还可以使用刷子涂装、辊涂机涂装、刮刀涂机涂装等。

在上述雾化涂装时，由于该处理剂成为薄雾附着在建筑板的凹凸图案表面上，因此容易固定在该表面上。

【实施例1～11、比较例1～3】

将表1所示的成分投入到水中混合，调制了防污处理剂。

在分散烘制二氧化硅时，使用珠磨机之后，用超声波进一步分散40分钟。在50×40mm的混合有木纤维的硅酸钙板的表面上，涂布水性苯乙烯-丙烯酸系涂料，调制了用于确认本发明的防污效果的基材。

在如上所述地调制的基材上涂布表1所示组成的防污处理剂5g/尺²，在常温下干燥后供于试验。

表1

成分(质量％)	实施例											比较例
															1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	1	2	3
	烘制二氧化硅	0.5	1.5	2	4	6	0.5	1.5	2	0.5	1.5	2	0
胶态二氧化硅																											2	6
	表面活性剂*						0.2	0.2	0.2
异丙醇																							5	5	5		5	5

^*月桂基磺酸钠

将如上所述地得到的实施例1～11、比较例1～3的试验体，固定在朝南倾斜30°角的架台上，在屋外实际暴露2个月，确认了其防污效果。污染程度的评价是使用ミノルタ色差计CR-300测到的明度(L值)的差(ΔL)来进行的。将结果表示在表2中。

【试验2】

将在相同条件下调制的实施例1～11、比较例1～3的试验体用高压水清洗1分钟，测定清洗前后与水的接触角的变化，由此确认了亲水化效果。将结果示于表2中。

【试验3】

将在相同条件下调制的实施例1～11、比较例1～3的试验体在保持25℃的水中浸渍3日，测定浸渍前后与水的接触角的变化，由此确认了亲水化效果。将结果示于表2中。

表2

			实施例											比较例
																	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	1	2	3
			试验1	ΔL		4.8	3.2	1.6	1.5	1.3	4.5	3.3	1.8	4.4	3.6	2.0															6.5	4.1	1.8
试验2	接触角θ(°)	清洗前															0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	81	0	0
			清洗后	58	25	0	0	0	36	20	0	55	31	0	72	45															20
		试验3															接触角θ(°)	浸渍前	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	88		0	0
浸渍后	62		32	0	0	0	49	26	0	58	30	0	70	42	22

【试验1的结果】

由表2可知，未经过处理的比较例1的ΔL大，为6.5，用胶态二氧化硅浓度为2质量％的比较例2的防污处理剂处理过的试验体的ΔL(4.1)与用烘制二氧化硅浓度为0.5质量％的实施例9的防污处理剂处理过的试验体的ΔL(4.4)大致相同，用胶态二氧化硅浓度为6质量％的比较例3的防污处理剂处理过的试验体的ΔL(1.8)与用烘制二氧化硅浓度为2质量％的实施例8的防污处理剂处理过的试验体的ΔL(1.8)相同，用烘制二氧化硅浓度为2质量％的实施例3的防污处理剂处理过的试验体的ΔL(1.6)远小于比较例2的试验体的ΔL(4.1)，用烘制二氧化硅浓度为6质量％的实施例5的防污处理剂处理过的试验体的ΔL(1.3)与比较例3的试验体ΔL(1.8)相比较小，使用了烘制二氧化硅的防污处理剂具有有耐久性的防污性。

【试验2、3的结果】

试验2的接触角θ在未经过处理的比较例1中清洗之后稍微减少，从清洗前的81°改变到清洗后的72°。使用了胶态二氧化硅的比较例2、3以及使用了烘制二氧化硅的实施例1～11中，清洗之前θ＝0°，显示了良好的亲水性，而在清洗之后相对于实施例3的θ＝0°，比较例2的θ＝45°，使用了烘制二氧化硅的防污处理剂表面与使用了胶态二氧化硅的防污处理剂表面相比，在清洗之后其亲水性良好，并且试验3中未经过处理的比较例1在浸渍前θ＝88°，浸渍后θ＝70°，较大，比较例2、3和实施例1～11在浸渍前均满足θ＝0°，显示了良好的亲水性，而浸渍后比较例2的θ＝42°、实施例3的θ＝0°，比较例3的θ＝22°、实施例5的θ＝0°，可知用使用了胶态二氧化硅的防污处理剂处理过的表面经过水浸渍其亲水性有大幅度下降。

经过本发明的防污处理剂的处理过的表面显示了具有耐久性的防污性，可适用于暴露在屋外的外壁材料等的建筑材料。

Claims (6)

1.一种防污处理剂，其是涂布在基材表面上形成超亲水性防污膜的防污处理剂，其特征在于，将烘制二氧化硅分散于水性溶剂中而形成。

2.根据权利要求1所述的防污处理剂，其中，所述水性溶剂是水和醇的混合溶剂。

3.根据权利要求1或2所述的防污处理剂，其中，所述水性溶剂中添加有表面活性剂。

4.一种建筑板，其特征在于，在其表面上涂布权利要求1～3中任意一项所述的防污处理剂之后经干燥而形成了超亲水性防污膜。

5.根据权利要求4所述的建筑板，其中，在该建筑板表面上涂布有涂料，并在涂膜半干燥的状态下涂布所述防污处理剂，并进行加热干燥。

6.根据权利要求4或5所述的建筑板，其中，所述建筑板是木质水泥板。