CN101824262B - 一种新型的外墙自洁性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型外墙自洁性涂料及制备方法，属涂料领域。首先将导电铜锌粉和杀菌剂氧化亚铜用有机硅油或石蜡油偶联剂进行预处理；再用阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂制备水包油型的类乳液；三是用纯丙类单体作为成膜物质；四是将预处理过的铜锌粉与氧化亚铜投入搅拌的90％类乳液中，升温到反应温度，并加入引发剂和成膜物质，待成膜物质滴加完后再加入剩余的用10％类乳液配制10％的引发剂的溶液，反应后冷却出料；五是在制备的基料中加入超细二氧化硅粉，经充分搅拌即得所需的外墙自洁性涂料。有益效果是：涂料透气好、涂层干燥、不粉化、与底物附着力强。耐霉变能力强，使用寿命长。涂层在任何气候条件下光鲜如新，免清洗。

Description

一种新型的外墙自洁性涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型外墙自洁性涂料及制备方法，属于涂料技术领域，具体涉及外墙自洁性涂料技术领域。

背景技术

目前外墙自洁性涂料分为强力抗酸碱外墙涂料、有机硅自洁抗水外墙涂料、钢化防水腻子粉、纯丙烯酸弹性外墙涂料、有机硅自洁弹性外墙涂料、高级丙烯酸外墙涂料、氟碳涂料等，由于这些涂料相对于传统涂料来说，抗水性能突出，所以在抗污染和抗老化性能方面都有不同程度的改进，这主要体现在耐水洗性和透气性能好，受污染的涂层经雨水冲刷后将污物冲掉，达到免洗的效果，但在风沙比较大的晴日，涂层防污性能仍然不能达到令人满意的结果，原因是没有从根本上解决外墙涂料易受污染问题。

目前外墙涂料之所以易受到污染，首先是大气污染逐渐加剧，特别是以煤作为主要能源的地区，空气中的粉尘、凝胶性的物质、酸性污染物的含量日益增多；另外主要是外墙涂料的成膜物质或填充物都是一些绝缘性物质，易产生静电。在静电的作用下，灰尘易于吸附在涂料的表面，即使在雨水的冲刷下也不能自动脱落，所以必须经常用人工清洗，甚至有时用人工清洗也不能彻底清洗干净；再者，外墙涂料在潮湿的空气中霉菌易于孳生，在霉菌的作用下易于使涂料变色，特别是浅色涂料。由于上述种种原因，外墙涂料在涂刷后，过不了多久有的就变得污浊不堪。所以特别在使用外墙涂料的高大建筑，为了保持整洁、美观，有的可能需要进行经常性的清洗，而有的过了几年就要重新涂刷一遍；有的高大建筑为了保持长久的美观和整洁，干脆弃涂料而不用，而用贴上瓷砖或玻璃马骞克，这样不仅增加了建筑物成本，而且也增加了危险性，并且提高了整体能源工业的消耗。

如何通过材料的改性而使涂层的表面具有自清洁功能是近年来国内外高校、研究院所和企业感兴趣的课题。建筑涂料在此上面的应用研究率先取得进展，德国专利DE19921876A1、中国专利01142643.8、03117023.4报道了自清洁功能建筑涂料的制备方法，复旦大学武利民教授从2000年开始，根据荷叶的自清洁原理，选用不同结构、形状的无机颗粒材料并进行疏水改性，制备出涂层表面具有类似荷叶凹-凸形貌的新型涂料，该产品已在上海闵行区浦江镇世博会动迁工程、徐家汇下立交重点工程墙面防护上获得成功应用。

上述发明创造虽然取得一定的自洁效果，但仍难以彻底清洁附着污物的，无法保证在风力和雨水的作用下将涂层表面的污物清除干净，使涂层经久耐用，长洁长新。

发明内容

本发明是一种新型的外墙自洁性涂料及制备方法，主要解决外墙涂层表面受大气污染后的表面自洁问题。本发明是以丙烯酸脂类为成膜物质，铜锌粉为自洁净物质，氧化亚铜为杀菌剂，以超细二氧化硅粉为增强剂和抗紫外线光剂，利用类乳液技术在引发剂的作用下制备的一种新型外墙自洁性涂料，利用本发明能够消除外墙涂料所产生的静电和杀死孳生的霉菌，避免灰尘吸附所造成的污染以及霉菌的孳生而使涂料产生墙苔变色的可能性。

本发明是以如下技术方案实现的：

一种新型的外墙自洁性涂料，其特征在于它由下列重量份的原料制成：

铜粉                3.2-5.4

锌粉                3.2-5.4

氧化亚铜            0.5-1.35

去离子水            80-90

表面活性剂          0.8-0.9

表面处理剂          8-10

200#溶剂油          7.5-8.5

引发剂              0.3-0.5

甲基丙烯酸甲酯      28-31.4

甲基丙烯酸丁酯      44-49.5

丙烯酸丁酯          5.6-6.3

甲基丙烯酸          2.4-2.7

超细二氧化硅        2-6

所述铜粉为粒度不小于300目的工业产品；

所述锌粉为粒度不小于300目的工业产品；

所述氧化亚铜为粒度不小于300目的工业产品；

所述表面活性剂是壬烷基酚聚氧乙烯醚类、脂肪醇聚氧乙烯醚类、烷基苯磺酸钠、烯烃磺酸钠、十二醇硫酸钠中的任一种，包括但不限于AES、LAS、NP(TX)-10、11、13、OP-10；

所述表面处理剂为有机硅油或石蜡油中的任一种；

所述引发剂为过硫酸钾、偶氮丁腈类化合物任一种；最佳是：聚合初期选用过硫酸钾为引发剂，聚合后期补加偶氮丁腈类引发剂，比使用单一的引发剂效果好。

所述的一种新型的外墙自洁性涂料的制备方法，其特征在于采取以下步骤：

1)，金属粉末表面预处理，即用由配方中的表面处理剂与200#溶剂油以重量比9∶8混合均匀得到的预处理液，对配方中的铜粉、锌粉、氧化亚铜粉混合后进行表面预处理，待用；

2)，制备类乳液，即将配方中的表面活性剂与去离子水称量后混合均匀，制备得水包油型的类乳液，待用；

3)，制备成膜物质，即将甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸按配方称量，混合均匀后作为成膜物质；

4)，配制外墙自洁性涂料，即在带有搅拌、加热装置的反应釜中，加入上述制得的类乳液总量的90％，边搅拌边将预处理过的铜锌粉与氧化亚铜投入；将混合液加热升温到82±1℃，加入引发剂总量的90％，然后开始滴加5％-10％的上述成膜物质进行初聚，待反应温度稳定后，再继续滴加剩余的成膜物质，滴加时应控制反应温度稳定在82±1℃；成膜物质滴加完后，再滴加由剩余10％引发剂与剩余10％类乳液混合得到的混合液，全部滴加完成后，保持反应温度稳定在82±1℃、反应时间1.5-2.5小时；

5)，最后加入配方中的超细二氧化硅粉，充分搅拌后出料，即得一种新型外墙自洁性涂料。

所述金属粉末表面预处理，可以采用喷涂法或浸渍法进行，其中：

用喷涂法处理时，预处理液与三种金属粉的重量比为1∶50，将配方中铜粉、锌粉及氧化亚铜三种金属粉称量后加到常用的转鼓式搅拌机中，边搅拌边用喷枪喷涂预处理液，约5-15分钟，出料即完成金属粉末表面预处理；

用浸渍法处理时，预处理液与三种金属粉的体积比为1.2∶1，将配方中铜粉、锌粉及氧化亚铜三种金属粉称量后加到常用的立式容器中，将预处理液加入，浸泡，在浸泡过程中不定时地搅拌，以保证浸泡均匀，经15-20分钟浸泡后，倾滤、淋干即完成金属粉末表面预处理。

本发明选用铜锌粉作为消除静电的物质，选用氧化亚铜作为消除霉菌的杀菌剂，铜锌粉与氧化亚铜粉的质量比为8～12∶1。由于铜锌粉在潮湿的空气中形成金属原电池，锌比铜金属活泼性强，在空气中易于受到空气氧化，而铜粉始终保持单质状态，保持长久的消除静电性能。本发明选择氧化亚铜作为杀菌剂，因为氧化亚铜毒性不大而有持久性，又因为氧化亚铜在空气中虽然有被继续氧化的可能性，但是在锌粉的保护下，这种可能性被大大的降低。本发明选用纯丙烯酸脂类单体作为聚合物的单体，该单体既有软单体又有硬单体，其涂料抗老化、抗裂纹性足以保证。本发明选用超细二氧化硅作为填料，不仅因为其具有优良的抗紫外线性能，而且充分发挥其小粒子效应，提高其抗污性能，另外和成膜物质混合不需要经过特殊的研磨过程。

本发明中的铜锌粉是超细铜金粉与超细锌粉按一定比例的混合物，铜锌粉最佳配比按质量比50∶50的要求进行配制，加入量为有机成膜物质的8％-12％(w)，该混合物与氧化亚铜按一定比例混合，氧化亚铜的加入量按有机成膜物质的1.0％-1.6％确定。虽然铜锌粉与氧化亚铜粉不溶于水，但其表面具有亲水性，所以用有机硅油或石蜡油对其进行预处理，封闭铜锌粉和氧化亚铜粉表面存在的亲水性的羟基，该混合物粉经处理后其表面形成疏水基团，使其易与丙烯酸脂类成膜物质发生聚合反应。

本发明采用类乳液技术制备，使导电粒子成为成膜物质的一个有效节点，一方面使涂料的防污性能得到均匀的发挥，另一方面可进一步消除在施工过程中和实施保护过程中所产生流挂、迁移、抽出现象，。

本发明制备类乳液时，用所选用阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，制备水包油型的类乳液，类乳液中的表面活性剂的浓度接近于CMC，由于表面活性剂不同，其CMC不同，所以表面活性剂的用量一般按1％(w)浓度计算。

本发明成膜物质选用纯丙类单体，包括硬单体和软单体的混合单体作为成膜物质，如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸，其组成成膜物质的较佳配比为：35％甲基丙烯酸甲酯、55％甲基丙烯酸丁酯、7％丙烯酸丁酯、3％甲基丙烯酸。将丙烯酸脂类和甲基丙烯脂类单体组成混合单体，先缓慢加入总量的10％，此时反应温度会略微缓慢上升，待反应温度稳定后再滴加其余的混合单体，单体滴加的速度以维持反应温度不会产生过大的波动来控制，这一滴加时间大约在2-6小时之间。

本发明的有益效果是：

1.与传统的丙烯酸树脂涂相比较，其透气好、涂层干燥、含水率低(含水率低于5％)；不粉化、与底物附着力强。

2.与传统丙烯酸树脂相比较，耐霉变能力强，使用寿命长。

3.与传统的外墙自洁净涂料，如丙烯酸树脂、有机硅树脂、氟碳树脂相比较，抗污性能优异。由于消除静电，所以涂层在任何气候条件下，光鲜如新，无污染，免清洗。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐明本发明的方案及效果。

自洁性外墙涂料实施配方例：

A.铜锌粉与氧化亚铜粉用量：

组分        规格       用量(g)

铜粉        ≥300目    3.64

锌粉        ≥300目    3.64

氧化亚铜    ≥300目    0.72

B：类乳液

组分        规格        用量(g)

水          去离子水    85

NP-11       工业级      0.85

C.预处理剂

组分        规格            用量(g)

有机硅油    缩二甲基硅烷    9

200#溶剂    油松香水    8

D.丙烯酸脂类有机单体的组成与用量(g)：

组分              规格      用量(g)

甲基丙烯酸甲酯    工业级    29.75

甲基丙烯酸丁酯    工业级    46.75

丙烯酸丁酯        工业级    5.95

甲基丙烯酸        工业级    2.55

E.助剂及添加物

组分              规格      用量(g)

过硫酸钾          化学纯    0.4

二氧化硅           Hn200F2  3.6

自洁性外墙涂料的制备过程：

(1)金属粉的混合及表面处理

预处理液由有机硅油与200#溶剂油按9∶8(W)比例配制而成。将铜锌粉与氧化亚铜粉干混均匀，然后放入预处理液中进行浸泡，浸泡液的容积要大于铜锌粉的堆积体积，在浸泡的过程中不断的进行搅拌，约15-20分钟后，倾滤出预处理液，对预处理过的混合金属粉进行淋干，待用。

(2)类乳液的制备

将称取的去离子水放入烧杯中，在不断地搅拌下，将配方中的NP-11表面活性剂加入水中，搅拌均匀，即得类乳液待用。

(3)将配方中的各丙烯酸酯类的单体，即甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸按配比称量，在烧杯中搅拌混合，待用。

(4)自洁净外墙涂料制备

使用250ml带搅拌、冷凝冷却器和球形滴淀器的四口烧瓶作为聚合反应器。在四口烧瓶中先加入75g的类乳液，再投入8g经预处理的混合铜粉，插入温度0-100℃刻度的玻璃温度计，同时在滴淀器中加入配方中单体混合物85g。边搅拌，边加热升温至80℃，此时投入引发剂过硫酸钾总量的90％，即0.36g。不断地滴加混合单体8.5g，反应温度自动上升，待反应温度稳定后再滴加76.5g混合单体，滴加的速度以保持反应温度的稳定。滴加完毕后，将剩余的0.04g过硫酸钾溶解于10g类乳液中制成引发剂溶液，补加入反应体系中，再继续反应2小时，冷却出料。

(5)加入超细二氧化硅3.6g，充分搅拌均匀，即得本发明产品。

Claims (5)

1.一种新型的外墙自洁性涂料，其特征在于它由下列重量份的原料制成：

所用的表面活性剂是壬烷基酚聚氧乙烯醚类、脂肪醇聚氧乙烯醚类、烷基苯磺酸钠、烯烃磺酸钠、十二醇硫酸钠中的任一种；

所述的表面处理剂是有机硅油或石蜡油中的任一种；

其制备方法按以下步骤进行：

1)金属粉末表面预处理，即用由配方中的表面处理剂与200#溶剂油以重量比9∶8混合均匀得到的预处理液，对配方中的铜粉、锌粉、氧化亚铜粉混合后进行表面预处理，待用；

2)第二步，制备类乳液，即将配方中的表面活性剂与去离子水称量后混合均匀，制备得水包油型的类乳液，待用；

3)制备成膜物质，即将甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸按配方称量，混合均匀后作为成膜物质；

4)配制外墙自洁性涂料，即在带有搅拌、加热装置的反应釜中，加入上述制得的类乳液总量的90％，边搅拌边将预处理过的铜锌粉与氧化亚铜投入；将混合液加热升温到82±1℃，加入引发剂总量的90％，然后开始滴加5％-10％的上述成膜物质进行初聚，待反应温度稳定后，再继续滴加剩余的成膜物质，滴加时应控制反应温度稳定在82±1℃；成膜物质滴加完后，再滴加由剩余10％引发剂与剩余10％类乳液混合得到的混合液，全部滴加完成后，保持反应温度稳定在82±1℃、反应时间1.5-2.5小时；

5)最后加入配方中的超细二氧化硅粉，充分搅拌后出料，即得一种新型外墙自洁性涂料。

2.根据权利要求1所述的一种新型的外墙自洁性涂料，其特征在于所用铜粉为粒度不小于300目的工业产品。

3.根据权利要求1所述的一种新型的外墙自洁性涂料，其特征在于所用锌粉为粒度不小于300目的工业产品。

4.根据权利要求1所述的一种新型的外墙自洁性涂料，其特征在于所用氧化亚铜为粒度不小于300目的工业产品。

5.一种权利要求1所述的一种新型的外墙自洁性涂料的制备方法，按以下步骤进行：

1)金属粉末表面预处理，即用由配方中的表面处理剂与200#溶剂油以重量比9∶8混合均匀得到的预处理液，对配方中的铜粉、锌粉、氧化亚铜粉混合后进行表面预处理，待用；

2)第二步，制备类乳液，即将配方中的表面活性剂与去离子水称量后混合均匀，制备得水包油型的类乳液，待用；

3)制备成膜物质，即将甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸按配方称量，混合均匀后作为成膜物质；

4)配制外墙自洁性涂料，即在带有搅拌、加热装置的反应釜中，加入上述制得的类乳液总量的90％，边搅拌边将预处理过的铜锌粉与氧化亚铜投入；将混合液加热升温到82±1℃，加入引发剂总量的90％，然后开始滴加5％-10％的上述成膜物质进行初聚，待反应温度稳定后，再继续滴加剩余的成膜物质，滴加时应控制反应温度稳定在82±1℃；成膜物质滴加完后，再滴加由剩余10％引发剂与剩余10％类乳液混合得到的混合液，全部滴加完成后，保持反应温度稳定在82±1℃、反应时间1.5-2.5小时；

5)最后加入配方中的超细二氧化硅粉，充分搅拌后出料，即得一种新型外墙自洁性涂料。