CN103865343A - 一种多功能优化生态节能型涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能优化生态节能型涂料及制备方法，属于用于建筑物墙体的功能型材料领域，其涂料包括去离子水、水性氟碳树脂乳液、核壳结构弹性丙烯酸乳液、各类助剂、海泡石粉400目、纳米材料、绢云母粉800目、着色颜料、真空陶瓷微球；其制备方法包括：(1)将去离子水、丙二醇等助剂加入反应釜内混合均匀后加入各类粉体材料，分散并研磨至细度小于50μm；(2)将水性氟碳树脂乳液、核壳结构弹性丙烯酸乳液与已研磨好的颜料浆混合，再加入其他助剂、真空陶瓷微球，混合均匀即可。该产品用于建筑外墙面涂装，具有装饰、隔音、防水、抗污、优化生态及隔热保温等功能。

Description

一种多功能优化生态节能型涂料及制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种用于建筑物墙体的功能型材料，具体地说是一种含有纳米材料、真空陶瓷材料等功能型材料的多功能优化生态节能型涂料及制备方法。

(二)背景技术

近几年由于世界范围内能源的日趋紧张，建筑节能日益受到各个国家的普遍重视(陈蔚，对外墙保温技术及节能材料的探讨，维普咨询，2007.4)。目前较多使用的为聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)、聚苯颗粒保温浆料、中空微珠保温砂浆等，该系列保温材料的研究以提高孔隙率、提高热阻、降低传导传热性能为主，但其对通过对流传热及辐射传热的阻断效果并不明显，并且存在施工质量不易控制、装饰性差、防水性能一般、工程修复难度大等缺点，而时下的拼接工艺用的聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)更是具有较强的可燃性(郑其俊，王伟，薄层隔热保温涂料的研制，油田节能，2003.6，11-14)。

以上的节能保温工程所形成的涂层，由于其单纯地依靠高热阻达到保温的效果，所接收到的能量并不能有效地释放掉，故在涂层表面形成热富集，而涂装材料由于长期吸收该部分能量，必然促使材料本身的化学结构遭到破坏，并加速其老化，影响涂层的寿命。

近几年也不断有各类新型建筑节能材料方面的报道，而保温节能涂料材料方面的报道也不少(高延敏等，太阳遮热涂料的研究与应用前景，中国涂料工业咨询报告会，2004.9，115-120)，从2004年起陆续有推向建筑保温市场的产品，逐渐已由工业设施领域转向民用建筑，代表性的品种如热反射隔热涂料，并于2007年出台了建材行业标准JC／T1040-2007。

目前热反射隔热涂料普遍存在涂膜厚、色彩单一、耐沾污性能差等不足，导致装饰效果差，其功能主要基于保温节能。本发明的产品多功能优化生态节能型涂料除具备热反射隔热涂料的一般特性外，还具备涂层薄、色彩丰富、耐沾污性能佳、防水性能优异、抗菌抑菌、并可通过持续释放负离子优化生态环境等特点，特别适合长期遭受各种不同程度污染的城市建筑，可使人们在喧闹的都市里就可以体验到置身于森林瀑布的惬意。

(三)发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种多功能优化生态节能型涂料及制备方法。该涂料通过应用核壳结构弹性丙烯酸乳液与具有低表面能的水性氟碳弹性树脂乳液混拼，纳米复合材料，高性能隔热颜料，真空陶瓷微球等技术，达到了涂膜既具有弹性又具有出色的耐沾污性能；同时缓慢释放负离子分解部分有害气体、增强人体免疫力，并通过发射远红外线杀灭各种细菌霉菌，起到抗菌抑菌效果，优化生态环境。

本发明的多功能优化生态节能型涂料添加有纳米氧化硅、纳米氧化钛等几种纳米材料，通过试验我们确定纳米氧化硅加量为2-5％，纳米氧化钛加量为1.5-2.0％。含纳米材料的涂膜具有以下功能：

1.缓慢持续释放负离子。由于纳米材料的作用在涂膜附近产生电场，当水分子进入该电场后，发生电离反应：H₂O→OH^-+H⁺，这里H⁺移动速度较快，迅速移向永久电极的负极发生反应：H⁺+2e→H₂↑；而OH^-则与另外水分子反应生成H₃O₂ ^-，由于空气中存在水分，反应会不断地进行，形成负离子永久发射功能。

2.抗菌抑菌功能及净化空气功能。负离子材料附近存在10⁴-10⁷v／m电场，催化空气中的水和氧气分解出氧化能力极强的羟自由基和超级氧化离子等，破坏细胞的细胞膜，使细菌流失甚至死亡或被抑制了分裂增生；细菌大多带有正电荷，被大量的负离子所包覆或中和而失去增生和繁殖的能力；同时这些强氧化功能自由基可氧化分解各种有机化合物和部分无机化合物，可将有机污染物分解为水和二氧化碳，因此具有除臭、净化空气功能。

3.发射远红外线能力。负离子材料单元体的偶极矩在正负电荷的热运动中发生变化，将极性分子激发到更高能级，当它们向下跃迁时则把多余能量以电磁波形式释放出去，该部分远红外线可被人体全部吸收，从而促进血液循环，增强细胞活力，提高人体免疫能力；同时负离子发射远红外线的电磁波能量也起到了抗菌抑菌效果，减少了各种因素对人体的危害。

4.其它功能。纳米材料有出色的紫外屏蔽功能，可有效提供涂膜的耐候性；由于其独特的颗粒形态，有助于提高涂膜的红外反射能力(即提高热反射能力)，耐洗刷性能；由于其适中的亲油亲水性，使涂膜具备了双疏功能，既有较好的耐水防水性能，又使涂膜具备较好的自洁功能，提高耐沾污性能，保持长期的装饰效果。

本发明的多功能优化生态节能型涂料的特点还在于使用了高折光系数颜料如金红石型钛白粉R-706以及国外优质隔热型氧化铁颜料，可提供较多的色彩选择，不但具有出色的耐光耐候性而且极大的提高了涂膜的反射率，从而增强了热反射能力。试验显示当颜料含量在8-22％时，涂膜具有优异的综合性能。

本发明的多功能优化生态节能型涂料中使用了800目绢云母粉以利用该材料的结构特点屏蔽紫外线，提高涂膜的耐候性能及耐腐蚀性能。通过实验确定其加量以3-5％为宜。

本发明的多功能优化生态节能型涂料中应用了功能材料真空陶瓷微球，该材料用于涂料中可增强涂膜防腐能力；在涂膜中呈多级有机排列，形成导热系数极低的由众多微观绝热腔体形成的涂层，不但具有绝热功能而且具有绝佳的隔音效果；另外我们发现该涂膜的还具有极好的透气性和出色的不透水性；由于微球内部无气体分子的布朗运动，故可有效降低向墙体内部的辐射传热及对流传热；由于真空陶瓷微球的加入提高了涂膜的紫外线反射能力，助于提高涂膜的耐久性；由于真空陶瓷微球的加入提高了涂膜的热辐射能力，试验证明可吸收波长为8-13.5Pm的电磁波，而只有该波段的电磁波可通过大气层而辐射出去，故含有该功能材料的涂膜具有极好的辐射制冷功能。我们通过大量的试验测试确定真空陶瓷微球的加入量大于8％可具备相应的性能，但若大于16％的加量则会降低涂料的性能，如弹性、不透水性、耐擦洗性能、耐水性、耐候性、隔热性能等。

本发明的多功能优化生态节能型涂料的特点在于通过核壳结构弹性丙烯酸乳液与具有低表面能的水性氟碳弹性树脂乳液混拼提高了涂膜的耐沾污性能、耐水耐碱性、耐候性，并能够长期保持较好的弹性。核壳结构弹性丙烯酸乳液成膜后本身已经具备了较好的弹性、耐沾污性，在拼用具有更低表面能及超耐候性的水性氟碳弹性树脂乳液，更增强了涂膜的耐污性能及耐水性能，并有效的保持涂膜长期的靓丽如新。

本发明的多功能优化生态节能型涂料的特点还在于应用了海泡石粉，该材料作为一种低导热性能材料可提高涂膜的热阻，增强涂膜隔热性能，同时因它具有多孔结构及较强的吸附性，故在此处作为纳米材料的载体，以达到控制其缓慢释放而获得长效的优化生态功能的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多功能优化生态节能型涂料，其特征在于，它包含如下重量份数的原料：

所述分散剂采用聚丙烯酸盐类分散剂，润湿剂采用烷基聚氧乙烯醚类润湿剂。

所述杀菌剂采用卡松类杀菌剂，防霉剂采用有机碘类防霉剂或多菌灵类防霉剂一种或两种的组合。

所述消泡剂、PH调节剂分别为聚醚类消泡剂和25％氢氧化钾溶液。

所述着色颜料为金红石型钛白粉、氧化铁类隔热颜料中的一种或几种的组合。

所述成膜助剂是丙二醇苯醚、二丙二醇甲醚醋酸酯、苯甲醇、三甲基戊二醇单异丁酸酯中的一种或两种的组合。

所述增稠剂为粘度为羟乙基纤维素、聚丙烯酸类增稠剂中的一种或两种的组合。

所述流平剂为低分子量聚氨酯类流平剂。

所述真空陶瓷微球为粒径小于35μm、球形率95％以上的全封闭真空陶瓷材料。

上述多功能优化生态节能型涂料的制备方法，该方法是按照以下步骤进行的：

将去离子水、丙二醇、分散剂、润湿剂、杀菌剂、防霉剂、消泡剂、PH调节剂按重量份数加入事先准备好的反应釜内，低速混合均匀后搅拌状态下依次缓慢加入海泡石粉400目、纳米SiO₂、纳米TiO₂、绢云母粉800目、着色颜料，连续高速搅拌15分钟后用砂磨机研磨至细度小于50μm，制得颜料浆；将水性氟碳树脂乳液、核壳结构弹性丙烯酸乳液加入另一容量较大反应釜内，开动搅拌机中速搅拌状态下向该釜内缓慢添加已研磨好的颜料浆，加完后再依次加入成膜助剂、增稠剂、流平剂，搅拌10-15分钟后缓慢加入真空陶瓷微球，直至混合均匀后检验包装。

本发明的一种多功能优化生态节能型涂料及制备方法与现有技术相比，所产生的有益效果是：

1)本发明的多功能优化生态节能型涂料是一种具有降低制冷及取暖能耗、优化生态环境、防水、高耐沾污、防腐、隔音等功能的高装饰性氟碳弹性涂料，将本发明涂覆于建筑物墙体表面可降低制冷取暖费用，达到节约能源的效果。

2)本发明的多功能优化生态节能型涂料具有极佳的装饰效果、隔音效果、防水性能、抗污性能、长期的优化生态功能，同时由于该涂料涂膜具有低导热系数和极强的反射热能力，故其具有良好的隔热保温功能，从而具有节能降耗作用，符合国家有关建筑节能及环保政策，是值得推广的绿色建材；同时由于该发明的多功能优化生态节能型涂料是水性产品，在生产过程中无废物排放、无任何对人体有害的原材料，符合国家相关产业政策。

(四)具体实施方式

本发明中使用设备为30kw可调速分散机(日本井上制造所制造)，1000L不锈钢反应釜(国产)，37kw不可调速分散机(日本井上制造所制造)，1500L不锈钢反应釜(国产)，电子自动计量设备(日本井上制造所制造)，50kg磅秤(上海衡器厂制造)。

本发明使用了以下材料：丙二醇(美国陶氏)、分散剂为COADIS123K(法国高帝斯)、润湿剂为EMULSOGEN LCN407(科莱恩化学)、杀菌剂为CI-15(瑞士科莱恩)、防霉剂为NIPACIDE IPBC20(瑞士科莱恩)、消泡剂为BYK025(毕克化学)、PH调节剂为25％氢氧化钾溶液或AMP-95(安格斯化学)、400目海泡石粉(河南东风海泡石)、纳米氧化硅(淄博汇鑫化工有限责任公司)、纳米氧化钛(青岛科技大学)、800目绢云母粉(安徽格瑞矿业)、R-706(美国杜邦)、氧化铁隔热颜料(巴斯夫)、水性氟碳树脂乳液(辽宁阜新瑞丰氟化学有限公司)、核壳结构弹性丙烯酸乳液(国民淀粉)、丙二醇苯醚(吉化集团)、二丙二醇甲醚醋酸酯(美国陶氏)、Texanol(美国伊兹曼)、增稠剂为ER-30M(美国陶氏)

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

实施例7

或RHEO3800(法国高帝斯)、流平剂为COAPUR2025(法国高帝斯)，真空陶瓷微球(美国3M公司)。

下面结合实施例1-7来进一步说明本发明的一种多功能优化生态节能型涂料，实施例1-7的配方如下(表1)：

上述实施例1-7中多功能优化生态节能型涂料的制备方法，包括步骤：

(1)将去离子水、丙二醇、分散剂、润湿剂、杀菌剂、防霉剂、消泡剂、PH调节剂加入事先准备好的1.0L反应釜内，低速混合均匀后搅拌状态下依次缓慢加入海泡石粉400目、纳米SiO₂、纳米TiO₂、着色颜料，连续高速搅拌15分钟后用砂磨机研磨至细度小于50μm，制得颜料浆；

(2)将水性氟碳树脂乳液、核壳结构弹性丙烯酸乳液加入另一1.5L反应釜内，开动搅拌机中速搅拌状态下向该釜内缓慢添加已研磨好的颜料浆，加完后再依次加入成膜助剂、增稠剂、流平剂；

(3)搅拌10-15分钟后缓慢加入真空陶瓷微球，混合均匀后即得本发明产品多功能优化生态节能型涂料，检验合格后包装。

下面的表2、表3、表4分别是该发明产品多功能优化生态节能型涂料的性能测试结果、抗细菌性能测试结果、负离子浓度测试结果。

表2多功能优化生态节能型涂料的性能测试结果

以上测试依据JC／T1040-2007及GB10294-1988。

表3抗细菌性能测试结果

以上测试依据日本标准JIS Z2801∶2000。

表4负离子浓度测试结果

以上测试依据空气粒子测试方法(HY01-1998)。

Claims (10)

1.一种多功能优化生态节能型涂料，其特征在于，它包含如下重量份数的原料：

2.根据权利要求1所述的一种多功能优化生态节能型涂料，其特征在于，所述分散剂采用聚丙烯酸盐类分散剂，润湿剂采用烷基聚氧乙烯醚类润湿剂。

3.根据权利要求1所述的一种多功能优化生态节能型涂料，其特征在于，所述杀菌剂采用卡松类杀菌剂，防霉剂采用有机碘类防霉剂或多菌灵类防霉剂一种或两种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种多功能优化生态节能型涂料，其特征在于，所述消泡剂为聚醚类消泡剂或有机硅类消泡剂中的一种，PH调节剂为氨基甲基丙醇或25％氢氧化钾溶液中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种多功能优化生态节能型涂料，其特征在于，所述着色颜料为金红石型钛白粉、氧化铁类隔热颜料中的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1所述的一种多功能优化生态节能型涂料，其特征在于，所述成膜助剂是丙二醇苯醚、二丙二醇甲醚醋酸酯、苯甲醇、三甲基戊二醇单异丁酸酯中的一种或两种的组合。

7.根据权利要求1所述的一种多功能优化生态节能型涂料，其特征在于，所述增稠剂为粘度为羟乙基纤维素、聚丙烯酸类增稠剂中的一种或两种的组合。

8.根据权利要求1所述的一种多功能优化生态节能型涂料，其特征在于，所述流平剂为低分子量聚氨酯类流平剂。

9.根据权利要求1所述的一种多功能优化生态节能型涂料，其特征在于，所述真空陶瓷微球为粒径小于35μm、球形率95％以上的全封闭真空陶瓷材料。

10.一种如权利要求1所述多功能优化生态节能型涂料的制备方法，其特征在于：该方法是按照以下步骤进行的：

将去离子水、丙二醇、分散剂、润湿剂、杀菌剂、防霉剂、消泡剂、PH调节剂按重量份数加入事先准备好的反应釜内，低速混合均匀后搅拌状态下依次缓慢加入海泡石粉400目、纳米SiO₂、纳米TiO₂、绢云母粉800目、着色颜料，连续高速搅拌15分钟后用砂磨机研磨至细度小于50μm，制得颜料浆；将水性氟碳树脂乳液、核壳结构弹性丙烯酸乳液加入另一容量较大反应釜内，开动搅拌机中速搅拌状态下向该釜内缓慢添加已研磨好的颜料浆，加完后再依次加入成膜助剂、增稠剂、流平剂，搅拌10-15分钟后缓慢加入真空陶瓷微球，直至混合均匀后检验包装。