CN101328336A - 建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂、制备方法及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂、制备方法及使用方法。主要特征是以纳米氧化钛复合溶胶为基准，加入质量百分数为0.1～10％的阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂后分散于碱性水溶液，形成透明稳定的分散体系，最后在该体系中再加入一定量的成膜物质后，制成用于建筑外墙涂料的自清洁功能涂膜剂。所制备的自清洁涂膜剂被采用喷涂、滚涂或者刷涂的方法在建筑外墙涂料表面进行二次涂覆，并在常温下成膜，从而在涂料外表面形成具有耐沾污、抗紫外线辐照和空气净化性能的多功能涂层。本方法具有性能良好、工艺简单、施工方便、功效持久和环境友好等明显优点，是一种可以规模化应用于多种建筑外墙涂料表面的方法。

Description

建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂、制备方法及使用方法

技术领域

本发明涉及建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂、制备方法及使用方法，属于环保节能建材的相关领域。

背景技术

建筑外墙材料主要可以分为三个大类：涂料、面砖或玻璃幕墙。由于城市中空气污染严重，环境中的有害气体或者粉尘很容易对外墙涂料造成侵蚀沾污，涂料被污染后会造成建筑外表面斑驳陆离，严重影响其外在形象，一般只能对其进行清洗或铲除后重新涂刷，这又会大大增加了建筑的使用成本。一些建筑采用面砖或者玻璃幕墙作为外墙材料，也不能免除表面的污染问题，只能定期进行清洗，这不但增加了使用成本，而且清洗过程产生的废液废渣又将造成二次污染。目前，建筑外墙材料的发展趋向于安全环保节能的功能性涂料。这类涂料的成本较高，因而对于涂料的耐沾污和耐候性提出了更高的要求。针对这种状况，国内外的研究机构已经致力于研制各具特色的涂料自清洁产品，但是由于不同涂料性质差异很大并且复杂的气候条件对于产品的性能有直接的影响，因此，研制具有良好的耐沾污性能和耐候性能的自清洁材料仍是一个重要的研究方向。

中国发明专利(专利号：ZL 200410027589.0)公开了一种多功能绿色环保纳米二氧化钛涂料及其制备方法，该方法采用钛白粉、纳米二氧化钛分散液、滑石粉以及乳液基料等原料制得具有自清洁功能的环保涂料。中国发明专利(专利号：ZL 200410043736.3)公开了一种抗辐射自清洁纳米光学防护膜，该方法将钛酸四丁酯、乙醇、冰醋酸和水等混合制得光催化溶胶，将该溶胶涂于清洁基材表面，然后高温煅烧制得具有自清洁性能的防护膜。然而，这些方法还存在一些局限性，比如，加入氧化钛分散液以后对于涂料本身性质有一定的影响，而高温煅烧工艺较为复杂，需要在耐高温的基材表面进行实施。

本发明拟提供了一种新型的外墙自清洁材料，通过喷涂、滚涂或者刷涂的方法在建筑外墙涂料表面进行二次涂覆，在常温下形成自清洁涂层。该材料性能优良，成本低廉、适应面广并且施工方法简易，是一种便于市场推广的环保新技术。

发明内容

本发明提供了用于建筑外墙涂料的常温自清洁涂膜剂、制备及应用方法。所述的自清洁涂膜剂是在纳米氧化钛复合溶胶中加入质量百分数为0.1％～10％的表面活性剂和质量百分数为0.1～5％的一种或几种具有成膜功能的物质。所述的表面活性剂为阴离子型表面活性剂(如烷基苯磺酸盐、烷基硫酸盐和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐等)或非离子型表面活性剂(如烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺、聚乙二醇和多元醇等)中的一种或几种的混合物，两者混合的质量比为1∶1～3∶1；最后在该体系中再加入质量百分数为0.1％～5％的一种或几种具有成膜功能的混合物，如丙烯酸乳液、弹性乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、纯丙乳液以及醇酸树脂，所制成的建筑外墙涂料的自清洁功能涂膜剂。采用喷涂、滚涂或者刷涂等方法在建筑外墙涂料表面进行二次涂覆，可在常温下直接形成性能良好的耐沾污、抗紫外线辐照和空气净化性能的多功能涂层。适用的温度范围为-15℃～+40℃。表面活性剂和成膜剂加入量均以纳米氧化钛复合溶胶为基准的。

本发明是这样实施的：使用的原料为纳米氧化钛复合溶胶、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、聚乙二醇-600、二乙醇胺、丙烯酸乳液、弹性乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、纯丙乳液和醇酸树脂，具体制备流程如下。

(1)首先制备透明均匀的纳米氧化钛复合溶胶，将粒径小于10nm的纳米SiO₂溶胶超声分散于纯水中，采用质量百分含量为36％～38％分析纯盐酸调节pH值至2～3，在剧烈搅拌下缓慢滴加钛酸四正丁酯的乙醇溶液，全部滴加完毕后于60℃下熟化反应24h以上，最终制得纳米氧化钛复合溶胶。其中氧化钛为锐钛矿晶型，颗粒直径小于30nm，固含量为1％～25％。

(2)在上述的纳米氧化钛复合溶胶中加入质量百分数为0.1％～10％的十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、聚乙二醇-600或二乙醇胺中任意两种混合物，强力搅拌后分高速散于pH值为9～11的碱性水溶液，形成透明稳定的分散液。碱性溶液由NaOH调节PH值。

(3)在步骤(2)形成的分散液中加入质量百分数为0.1％～5％的丙烯酸乳液、弹性乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、纯丙乳液以及醇酸树脂等一种或几种的混合物，搅拌均匀，得到具有自清洁功能的涂膜剂。

将上述所制备的涂膜剂采用喷涂、滚涂或者刷涂等方法在建筑外墙涂料表面进行二次涂覆，在-10℃～+40℃的温度下成膜。其中，平面涂层宜采用滚涂法为主，凹凸面涂层宜采用喷涂法为主，或者视情况将多种方法结合使用，可在常温下快速形成耐沾污、抗紫外线辐照和空气净化性能的多功能涂层。

本发明提供的用于建筑外墙涂料的常温自清洁涂膜剂制备方法，其特点是：

(1)所制备的自清洁涂膜剂在进行外墙涂料表面进行二次涂覆时，不会对涂料本身的性质产生不良的影响，相反，对于外墙涂料具有良好的保护作用，很容易适用于各种不同的涂料表面。同时，由于自清洁的有效成分——纳米TiO₂颗粒主要分布于涂料的外表面，材料的利用率更高，从而可以减少用量，节约成本。

(2)采用两种或两种以上的表面活性剂制备纳米氧化钛分散液，使得分散效果更加稳定持久，并且不会因为pH值和浓度的变化而发生沉淀。

(3)在分散液中加入一定的成膜物质，可以有效的提高材料的成膜特性，便于施工，增强材料的适用性，并能够进一步提高材料的实际性能。

(4)所制备的自清洁涂膜剂可以在常温下快速成膜，整个工艺过程无需高温煅烧，不产生废气废液，工艺简洁，操作便利，是一种健康环保、方便快捷并且成本低廉的建筑自清洁材料。

表1.自清洁样板自然暴晒6个月的沾污率测试(与空白板比较)

表2.自清洁样板自然暴晒3个月的沾污率测试(与有机硅罩面比较)

表3.自清洁样板耐人工老化400小时检测结果

表4.自清洁样板耐人工老化600小时检测结果

具体实施方式

用下列非限定性的实施例，结合附图对本发明实质性特点和显著进步作进一步的阐述：

实施例1

首先制备固含量为2％的纳米氧化钛复合溶胶，其中氧化钛为锐钛矿晶型，颗粒直径小于10nm，在溶胶中加入0.5％的十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇-600的混合物，其中十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇-600的质量比为3∶1，强力搅拌后分散于pH＝10的氢氧化钠水溶液，形成透明稳定的分散液。将该分散液加入质量百分数为0.3％的丙烯酸乳液，常温下搅拌均匀，得到自清洁功能涂膜剂。将上述涂膜剂采用喷涂方法在建筑外墙涂料表面进行二次涂覆，在常温下自然干燥形成耐沾污、抗紫外线辐照和空气净化性能的多功能涂层。表1为弹性涂料样板采用自清洁材料涂膜后的耐沾污性测试，结果显示，样板经过6个月的自然暴晒后耐沾污性改善比率达到61％，说明这种自清洁材料具有良好的耐沾污性能。表2为自清洁材料涂膜样板和有机硅罩面样板的比较试验，结果显示，经过3个月的自然暴晒后自清洁材料涂膜样板的耐沾污性比有机硅罩面样板改善比率达到56％，说明这种自清洁材料相比于传统的耐沾污材料(有机硅材料)有明显的优势。表3为彩色外墙涂料采用自清洁材料涂膜后的耐人工老化400小时的测试，表4为彩色外墙涂料采用自清洁材料涂膜后的耐人工老化600小时的测试，测试结果表明，本实施例提供的自清洁材料对涂料本身的粉化、抗起泡、抗裂纹等性能没有任何副作用，并且对于涂料的保色性能有着十分显著的改善，将涂料的保色性提高了一个等级。说明这种自清洁材料还具有良好的抗紫外辐照的效果。

表1.自清洁样板自然暴晒6个月的沾污率测试(与空白板比较)

表2.自清洁样板自然暴晒3个月的沾污率测试(与有机硅罩面比较)

表3.自清洁样板耐人工老化400小时检测结果

表4.自清洁样板耐人工老化600小时检测结果

实施例2

首先制备固含量为2％的纳米氧化钛复合溶胶，其中氧化钛为锐钛矿晶型，颗粒直径小于10nm，在溶胶中加入10％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和二乙醇胺的混合物，其中脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和二乙醇胺的比例为1∶1，强力搅拌后分散于pH＝10的氢氧化钠水溶液，形成透明稳定的分散液。将该分散液加入质量百分数为5％的硅丙乳液，室温下搅拌均匀，得到自清洁功能涂膜剂。将上述涂膜剂采用喷涂方法在建筑外墙涂料表面进行二次涂覆，在常温下自然干燥形成耐沾污、抗紫外线辐照和空气净化性能的多功能涂层。

实施例3

首先制备固含量为2％的纳米氧化钛复合溶胶，其中氧化钛为锐钛矿晶型，颗粒直径小于10nm，在溶胶中加入3％的十二烷基磺酸钠和二乙醇胺的混合物，其中脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和二乙醇胺的比例为2∶1，强力搅拌后分散于pH＝10的氢氧化钠水溶液，形成透明稳定的分散液。将该分散液加入质量百分数为2％的纯丙乳液，室温下搅拌均匀，得到自清洁功能涂膜剂。将上述涂膜剂采用喷涂方法在建筑外墙涂料表面进行二次涂覆，在常温下自然干燥形成耐沾污、抗紫外线辐照和空气净化性能的多功能涂层。

实施例4

首先制备固含量为2％的纳米氧化钛复合溶胶，其中氧化钛为锐钛矿晶型，颗粒直径小于10nm，在溶胶中单独加入0.5％的聚乙二醇-600或者二乙醇胺，强力搅拌后分散于pH＝10的氢氧化钠水溶液。将该分散液加入质量百分数为0.3％的丙烯酸乳液，室温下搅拌均匀，静置2小时后开始产生白色絮状沉淀，继续静置24小时后出现明显分层，下层出现大量白色沉淀，上层为乳白色半透明清液。说明表面活性剂的选择和用量将直接影响自清洁涂膜剂的稳定分散，进而影响到其最终的使用效果。

实施例5

首先制备固含量为2％的纳米氧化钛复合溶胶，其中氧化钛为锐钛矿晶型，颗粒直径小于10nm，在溶胶中加入0.5％的十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇-600的混合物，其中十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇-600的比例为3∶1，强力搅拌后分散于pH＝10的氢氧化钠水溶液，形成透明稳定的分散液。该分散液在不加入任何成膜助剂的情况下，直接喷涂于建筑外墙涂料表面，在常温下自然干燥。结果发现自清洁涂层有较多的缩聚、开裂和脱落的现象，说明成膜助剂的加入对于自清洁材料的使用性能有很大的影响，适量添加成膜助剂将有助于改善自清洁涂层的成膜特性并提高涂层与外墙涂料之间的结合力。

实施例6

首先制备固含量为2％的纳米氧化钛复合溶胶，其中氧化钛为锐钛矿晶型，颗粒直径小于10nm，在溶胶中加入10％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和二乙醇胺的混合物，其中脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和二乙醇胺的比例为1∶1，，强力搅拌后分散于pH＝10的氢氧化钠水溶液，形成透明稳定的分散液。将该分散液加入质量百分数为5％的硅丙乳液，常温下搅拌均匀，得到自清洁功能涂膜剂。将上述涂膜剂按照体积比1∶6直接加入丙烯酸外墙涂料或者氟碳外墙涂料，搅拌均匀后在建筑墙面进行涂刷。施工后的涂料墙面经过两周左右的时间产生比较明显的开裂和卷皮现象，这说明将自清洁涂膜剂直接加入外墙涂料会对涂料本身的性质产生不利的影响，而通过二次涂覆的方法在外墙涂料表面涂刷自清洁涂膜剂可以更好的适应不同性质的外墙涂料，形成的自清洁涂层具有良好的成膜性和牢固的结合力。

Claims (10)

1、建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂，其特征在于所述的自清洁涂膜剂是由在纳米氧化钛复合溶胶的基体中加入质量百分数为0.1～10％的表面活性剂和质量百分数为0.1～5％一种或几种具有成膜功能的物质组成。

2、按权利要求1所述的建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂，其特征在于所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子型表面活性剂组成的混合物，两者混合的质量比为1∶1～3∶1。

3、按权利要求2所述的建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂，其特征在于所述的阴离子型表面活性剂为烷基苯磺酸钠、烷基硫酸盐或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐。

4、按权利要求2所述的建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂，其特征在于所述的非离子型表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺、聚乙二醇或多元醇。

5、按权利要求1所述的建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂，其特征在于所述的具有成膜功能的物质为丙烯酸乳液、弹性乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、纯丙乳液以及醇酸树脂。

6、制备如权利要求1所述的建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂的方法，其特征在于制备步骤：

(1)首先制备透明均匀的纳米氧化钛复合溶胶：将粒径小于10nm的纳米SiO₂溶胶超声分散于纯水中，采用分析纯盐酸调节pH值至2～3，在搅拌下缓慢滴加钛酸四正丁酯的乙醇溶液，全部滴加完毕后于60℃下熟化反应24h以上，最终制得固含量为1％～25％纳米氧化钛复合溶胶；

(2)在步骤(1)制备的纳米氧化钛复合溶胶中加入质量百分数为0.1％～10％的表面活性剂，强力搅拌后分散于pH值为9～11的碱性水溶液，形成透明稳定的分散液；

(3)在步骤(2)形成的分散液中加入质量百分数为0.1％～5％的一种或几种具有成膜功能的物质，搅拌均匀，得到具有自清洁功能的涂膜剂。

7、按权利要求6所述的建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂的制备方法，其特征在于步骤(1)制备的纳米氧化钛复合溶胶中氧化钛为锐钛矿型，颗粒直径小于30nm。

8、按权利要求6所述的建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中碱性溶液PH值由NaOH调节。

9、使用如权利要求1所述的建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂的方法，其特征在于采用喷涂、滚涂或刷涂方法在建筑外墙涂料表面进行二次涂覆，在-10℃～40℃温度下成膜。

10、按权利要求9所述的建筑外墙涂料用的自清洁涂膜剂的使用方法，其特征在于平面涂层采用滚涂方法，凹凸面涂层采用喷涂方法。