CN102604498A - 一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆及其制备方法，该外墙乳胶漆包括：亲水型自交联丙烯酸乳液；钛白粉；不透明聚合物；沉淀二氧化硅；凹凸棒土；滑石粉；金红石型纳米二氧化钛；助剂；水及其它组分。本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种耐候性和耐沾污性良好，生产成本相对较低的外墙涂料；本发明的另一个目的是提供一种制备该外墙涂料的方法。

Description

一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高抗污高耐候外墙涂料，本发明还涉及一种制备该外墙涂料的方法。

背景技术

传统观念的外墙涂料是一类涂装建筑物外墙立面的自干型液体涂料，起到美化装饰建筑物，同时对建筑物的墙体起到保护作用。国内近二十年来，在外墙涂料的推广应用方法取得了长足的发展，在各类外墙涂料中，单组分的水性外墙涂料以其施工简便、安全环保、成本具备竞争力而得到青睐，在外墙涂料面涂中占据着70％的较高比例。但是，随着这类外墙涂料的较长时期的使用，相对于的惯用的外墙瓷砖而言，用户对其抗粉化、抗褪色、保光等耐侯性及耐沾污性不十分满意。目前市面上广为使用的外墙乳胶漆其耐候性比单组分溶剂型外墙漆、双组分的聚氨酯外墙漆和双组分的氟碳外墙漆耐候性差，耐沾污也比双组分的氟碳外墙漆差。因此，如何在不明显提高产品的原材料成本的基础上，最大程度地提升该类涂料的耐候性和耐沾污性成为提升这类外墙涂料的竞争力的有效手段。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种耐候性和耐沾污性良好，生产成本相对较低的外墙涂料；

本发明的另一个目的是提供一种制备该外墙涂料的方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，其特征在于按重量百分比由以下组分组成：

如上所述的一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，其特征在于所述的助剂由0.4-0.5％的消泡剂，0.5-0.6％的分散剂，0.2-0.25％的润湿剂，0.5-0.6％的增稠剂，0.15-0.2％的防腐剂和0.3-0.4％的防霉剂组成。

如上所述的一种高高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，其特征在于所述的消泡剂为聚硅氧烷或非硅酮类矿油混合物中的一种或两种以上的混合物；所述的分散剂为聚丙烯酸纳盐、胺盐或油酰基环氧烷烃嵌段共聚物中的一种或两种以上的混合物；所述的润湿剂为聚氧乙烯四氟碳醚、聚氧乙烯烷基醚等非离子型聚氧乙烯醚，以及烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠等阴离子型烷酸盐中的一种或两种以上的混合物；所述的增稠剂为羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯和缔合型聚氨酯中的一种或两种以上的混合物；所述的防腐剂为异噻唑啉酮衍生物、苯并米唑酯类、道维希尔-75或1，2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)中的一种或两种以上的混合物；所述的防霉剂为噻苯咪唑、多菌灵、邻苯基苯酚、百菌清(即2，3，5，6-四氯间苯二腈)、异噻唑啉、脱氢醋酸或水杨酰苯胺中的一种或两种以上的混合物。

如上所述的一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，其特征在于所述的其它组分包括乙二醇或/和2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

如上所述的一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，其特征在于所述的不透明聚合物为陶氏化学的乐派酷(TM)优创E。

本发明一种制备如上所述的一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆方法，其特征在于包括以下步骤：

在分散缸中依次加入前阶段水、前阶段防腐剂、乙二醇或/和2-氨基-2-甲基-1-丙醇、前阶段分散剂、润湿剂、前阶段增稠剂、前阶段消泡剂、pH调节剂，在中低转速下分散到增稠完全溶解无颗粒；再依次加入沉淀二氧化硅、凹凸棒土、金红石型纳米二氧化钛、滑石粉，不透明聚合物，钛白粉，用水加入冲洗缸壁，高速分散均匀，然后在中低分散转速下加入亲水型自交联丙烯酸乳液、后阶段防腐剂、后阶段消泡剂和防霉剂，提升分散转速至中速，依次加入后阶段增稠剂、聚醚聚氨酯缔合型流平剂和补足配方中的水，然后再中速分散均匀即可。

本发明中部分组分是分开两次或者几次分别添加的，故此分为前阶段水、前阶段防腐剂、前阶段增稠剂，前阶段分散剂、前阶段消泡剂和后阶段防腐剂后阶段消泡剂后阶段增稠剂。

为了更好地阐述本发明的技术方案，以下对本发明组分的作用机理进行进一步描述：

一、亲水型自交联的纯丙烯酸乳液

传统的观念认为，“外墙乳胶漆越是憎水性强，其耐沾污性也就越好”。所以，市面流行所谓的“荷叶效果漆”，在较多的场合耐沾污性是不理想的，其原因在于，常规的涂层在具备显著憎水性能的同时也就具备明显的亲油性能，而在空气中除了含有亲水性的粉尘之外，同时含油性的污染物---在城市街道两旁、工业区等区域有汽车尾气排放或工厂烟囱排放的废气，甚至在居民区其厨房抽油烟机排放的油烟中，都含有较多的油性污染物，这些油性污染物质，很容易附着在憎水的涂膜上面，造成漆膜的变脏。

而亲水型自交联的纯丙烯酸乳液的设计原理如下：

涂膜亲水性的另一种表现就是憎油性。对于因自然重力吸引或静电吸附而附着于涂膜的亲水性粉尘，当下雨的时候，雨水在漆膜表面由于其亲水性而使得雨水以水膜的形式流经漆膜面，而不是以水珠的形式；同时，迅速释放的漆膜表面的静电，瓦解了漆膜对污染物的吸附力，使得污染物随着雨水水膜流走。再者，这类明显的亲水涂膜，其憎油的特性使得在使用过程中，不易吸附到油性污染物。故而，这两个途径均使亲水型涂膜获得了较好的耐沾污性。

以自交联的纯丙烯酸乳液为粘接剂基料，相比广为采用的的苯丙乳液来说，其抗丙烯酸酯结构的耐黄变性及成膜交联后增强致密的特性使得其耐候性得到增强。

二、金红石型纳米二氧化钛浆料复合物对涂膜耐候性的提升效应

纳米TiO₂既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。

紫外线可分为短波区190～280nm、中波区280～320nm、长波区320～400nm。纳米二氧化钛的抗紫外线的能力与其粒径直接关联。当粒径稍大时候，其对紫外线的阻隔是以反射和散射为主，且对中波区和长波区紫外线均有效。而较小粒径的纳米二氧化钛，其对中波区的太阳光的紫外线的吸收明显增强。短波区紫外线能量最高，但在经过离大气臭氧层时被阻挡，对涂膜造成破害的一般是中波区和长波区紫外线。

因此纳米氧化钛粒径的选择应当是以考虑对中波区和长波区紫外线的阻隔为主。选择粒径为20-80纳米的金红石型二氧化钛对涂膜的抗紫外线功能、高涂料耐老化能力有较大的提升作用。

三、级配颜填料和添加不透明聚合物是提升乳胶涂料致密度的切实可行的有效手段

在一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆的配方结构中，颜填料起着骨架的作用，然而由于乳胶漆组分中的粘结剂基料是由乳液聚合获得的乳胶分散体，其粒径一般在100-150纳米之间，其对颜填料的包裹能力远不及溶剂型外墙涂料所使用的由溶剂聚合所获得的液体树脂(其粒径一般在10纳米以下)，这个先天的劣势导致外墙乳胶漆比溶剂型的外墙漆更易导致漆膜的多孔隙造结构，对漆膜的耐污染和耐粉化造成不利。

不同的颜填料有不同的粒径和外观形态。如果将不同粒径的颜填料按适当的比例搭配混合，均匀分散在乳胶漆体系中，则乳胶漆施工成膜后，可形成了小球填充于大球的相对致密的状态。

配方中使用的颜填料有通过TEM透射电镜观测漆粒子形貌和平均粒径：

金红石型二氧化钛，球状粒子，平均粒径为0.21μm；

不透明聚合物(30％重量固含的分散体)的中空的球状粒子，平均外径为0.5μm，壁厚0.05μm；

沉淀二氧化硅，球状粒子，平均粒径为5μm；

凹凸棒土，球状粒子，平均粒径为10μm；

滑石粉，球状粒子，平均粒径为15μm；

采用的这些颜填料其平均粒径以等算术倍数的比例递增，考虑到其实际的功效，进行粗细级配搭配，并将各个组分的加入比例调整到最佳，确保漆膜成膜后的致密度。

四、合理的PVC(Pigment Volume Concentration颜料体积浓度)值，是平衡漆膜耐候性和耐沾污性的关键手段

颜料体积浓度的定义为干漆膜中颜填料的体积占总的干膜体积的比例。乳液与颜填料的比例越高，PVC值就越低，漆膜就更为致密。乳液与颜填料的比例越低，PVC值就越高。一定量的乳液含量，可确保涂膜具有好的耐候性和附着力。而适量的颜填料的加入，则可使漆膜具有良好的遮盖力，并赋予漆膜理想的表面能，使漆膜具备优异的重涂性、耐沾污性；加之填料的加入可以降低涂料的配方成本，从而提升产品在市场上的价格竞争力。本发明产品设计的PVC值为34-36％，干漆膜的水接触角为45-50°，显示了极强的亲水性，远远低于市面上传统外墙乳胶漆的水接触角75-100°。

综上所述，本发明的有益效果：

①本发明中亲水型自交联的纯丙烯酸乳液为粘结剂基料，添加屏蔽紫外光的功能型纳米材料，级配颜料填料，并添加不透明聚合物，以优化配方至最为理想的颜料体积浓度(PVC，Pigment VolumeConcentration)显著地提升了单组分丙烯酸外墙乳胶漆的耐候性和耐沾污性。所有指标都达到或超过GB/T9755-2001标准要求，关键性能远远优于该标准的规定值。

②本发明产品的耐人工老化指标为不低于1200h，当老化测试达时间到1200h，其粉化级为1级，变色级为1级。远远好于国标要求的耐人工老化优等品指标：600h，粉化1≤级，变色≤2级。

③本发明产品的耐沾污性为6.6％，远远好于国标要求的优等品耐沾污性≤15％。

④钛白粉和不透明聚合物的协调作用，使得对比率达到0.96，远远优于国标要求的优等品，对比率≥0.93的要求。

⑤产品符合环保标准《环境标志产品技术要求：水性涂料》HJ/T201-2005和GB 24408-2009《建筑用外墙涂料中有害物质限量》的标准。所有的有害物质含量都远远低于标准要求，重金属Pb，Cd，Hg未检出；重金属铬为1.4mg/kg，远远好于行标要求的≤60mg/kg；六价铬1.1mg/kg，，远远好于国标要求的≤1000mg/kg指标。挥发性有机化合物(VOC)含量为3.5g/L，远远好于国标和行标要求的150g/L。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述：

实施例1

本发明一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，按重量百分比由以下组分组成：

在分散缸中依次加入前阶段水、前阶段防腐剂、乙二醇或/和2-氨基-2-甲基-1-丙醇、前阶段分散剂、润湿剂、前阶段增稠剂、前阶段消泡剂、pH调节剂，在中低转速下分散到增稠完全溶解无颗粒；再依次加入沉淀二氧化硅、凹凸棒土、金红石型纳米二氧化钛、滑石粉，不透明聚合物，钛白粉，用水加入冲洗缸壁，高速分散均匀，然后在中低分散转速下加入亲水型自交联丙烯酸乳液、后阶段防腐剂、后阶段消泡剂和防霉剂，提升分散转速至中速，依次加入后阶段增稠剂、聚醚聚氨酯缔合型流平剂和补足配方中的水，然后再中速分散均匀即可。

实施例2

本发明一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，按重量百分比由以下组分组成：

在分散缸中依次加入前阶段水、前阶段防腐剂、乙二醇或/和2-氨基-2-甲基-1-丙醇、前阶段分散剂、润湿剂、前阶段增稠剂、前阶段消泡剂、pH调节剂，在中低转速下分散到增稠完全溶解无颗粒；再依次加入沉淀二氧化硅、凹凸棒土、金红石型纳米二氧化钛、滑石粉，不透明聚合物，钛白粉，用水加入冲洗缸壁，高速分散均匀，然后在中低分散转速下加入亲水型自交联丙烯酸乳液、后阶段防腐剂、后阶段消泡剂和防霉剂，提升分散转速至中速，依次加入后阶段增稠剂、聚醚聚氨酯缔合型流平剂和补足配方中的水，然后再中速分散均匀即可。

实施例3

本发明一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，按重量百分比由以下组分组成：

在分散缸中依次加入前阶段水、前阶段防腐剂、乙二醇或/和2-氨基-2-甲基-1-丙醇、前阶段分散剂、润湿剂、前阶段增稠剂、前阶段消泡剂、pH调节剂，在中低转速下分散到增稠完全溶解无颗粒；再依次加入沉淀二氧化硅、凹凸棒土、金红石型纳米二氧化钛、滑石粉，不透明聚合物，钛白粉，用水加入冲洗缸壁，高速分散均匀，然后在中低分散转速下加入亲水型自交联丙烯酸乳液、后阶段防腐剂、后阶段消泡剂和防霉剂，提升分散转速至中速，依次加入后阶段增稠剂、聚醚聚氨酯缔合型流平剂和补足配方中的水，然后再中速分散均匀即可。

实施例4

本发明一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，按重量百分比由以下组分组成：

在分散缸中依次加入前阶段水、前阶段防腐剂、乙二醇或/和2-氨基-2-甲基-1-丙醇、前阶段分散剂、润湿剂、前阶段增稠剂、前阶段消泡剂、pH调节剂，在中低转速下分散到增稠完全溶解无颗粒；再依次加入沉淀二氧化硅、凹凸棒土、金红石型纳米二氧化钛、滑石粉，不透明聚合物，钛白粉，用水加入冲洗缸壁，高速分散均匀，然后在中低分散转速下加入亲水型自交联丙烯酸乳液、后阶段防腐剂、后阶段消泡剂和防霉剂，提升分散转速至中速，依次加入后阶段增稠剂、聚醚聚氨酯缔合型流平剂和补足配方中的水，然后再中速分散均匀即可。

实施例5

本发明一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，按重量百分比由以下组分组成：

在分散缸中依次加入前阶段水、前阶段防腐剂、乙二醇或/和2-氨基-2-甲基-1-丙醇、前阶段分散剂、润湿剂、前阶段增稠剂、前阶段消泡剂、pH调节剂，在中低转速下分散到增稠完全溶解无颗粒；再依次加入沉淀二氧化硅、凹凸棒土、金红石型纳米二氧化钛、滑石粉，不透明聚合物，钛白粉，用水加入冲洗缸壁，高速分散均匀，然后在中低分散转速下加入亲水型自交联丙烯酸乳液、后阶段防腐剂、后阶段消泡剂和防霉剂，提升分散转速至中速，依次加入后阶段增稠剂、聚醚聚氨酯缔合型流平剂和补足配方中的水，然后再中速分散均匀即可。

实施例6

本发明一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，按重量百分比由以下组分组成：

在分散缸中依次加入前阶段水、前阶段防腐剂、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、前阶段分散剂、润湿剂、前阶段增稠剂、前阶段消泡剂、pH调节剂，在中低转速下分散到增稠完全溶解无颗粒；再依次加入沉淀二氧化硅、凹凸棒土、金红石型纳米二氧化钛、滑石粉，不透明聚合物，钛白粉，用水加入冲洗缸壁，高速分散均匀，然后在中低分散转速下加入亲水型自交联丙烯酸乳液、后阶段防腐剂、后阶段消泡剂和防霉剂，提升分散转速至中速，依次加入后阶段增稠剂、聚醚聚氨酯缔合型流平剂和补足配方中的水，然后再中速分散均匀即可。

Claims (5)

1.一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，其特征在于按重量百分比由以下组分组成：

2.根据权利要求1所述的一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，其特征在于所述的助剂由0.4-0.5％的消泡剂，0.5-0.6％的分散剂，0.2-0.25％的润湿剂，0.5-0.6％的增稠剂，0.15-0.2％的防腐剂和0.3-0.4％的防霉剂组成。

3.根据权利要求2所述的一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，其特征在于所述的消泡剂为聚硅氧烷或非硅酮矿物油消泡剂中的一种或两种以上的混合物；所述的分散剂为聚丙烯酸纳盐、胺盐或油酰基环氧烷烃嵌段共聚物中的一种或两种以上的混合物；所述的润湿剂为聚氧乙烯四氟碳醚、聚氧乙烯烷基醚等非离子型聚氧乙烯醚，以及烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠等阴离子型烷酸盐中的一种或两种以上的混合物；所述的增稠剂为羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯和缔合型聚氨酯中的一种或两种以上的混合物；所述的防腐剂为异噻唑啉酮衍生物、苯并米唑酯类、道维希尔-75或1，2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)中的一种或两种以上的混合物；所述的防霉剂为噻苯咪唑、多菌灵、邻苯基苯酚、百菌清、异噻唑啉、脱氢醋酸或水杨酰苯胺中的一种或两种以上的混合物。

3、根据权利要求1所述的一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，其特征在于所述的其它组分包括乙二醇或/和2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

4.根据权利要求1所述的一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆，其特征在于所述的不透明聚合物为陶氏化学的乐派酷(TM)优创E。

5.一种制备权利要求2所述的一种高抗污高耐候水性外墙乳胶漆的方法，其特征在于包括以下步骤：

在分散缸中依次加入前阶段水、前阶段防腐剂、乙二醇、前阶段分散剂、润湿剂、前阶段增稠剂、前阶段消泡剂、pH调节剂，在中低转速下分散到增稠完全溶解无颗粒；再依次加入沉淀二氧化硅、凹凸棒土、金红石型纳米二氧化钛、滑石粉，不透明聚合物，钛白粉，用水加入冲洗缸壁，高速分散均匀，然后在中低分散转速下加入亲水型自交联丙烯酸乳液、后阶段防腐剂、后阶段消泡剂和防霉剂，提升分散转速至中速，依次加入后阶段增稠剂、聚醚聚氨酯缔合型流平剂和补足配方中的水，然后再中速分散均匀即可。