CN105153861A - 一种自洁净防水涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种自洁净防水涂料由改性丙烯酸酯乳液、水、矿物填充料、纳米光催化剂以及化学添加剂组成，其中，矿物填充料包括多孔石英粉、煅烧高岭土以及叶腊石；纳米光催化剂包括掺杂型纳米氧化钛粉体、掺杂型纳米氧化锌粉体、纳米钛酸锌粉体、纳米钛酸铋粉体以及石墨烯；化学添加剂包括增稠剂、防水剂、分散剂、增塑剂、消泡剂、防腐剂以及成膜助剂。从而，使得涂料具有粘结力强、防水性能好以及自洁净能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑材料，具体地说，是一种适用于自洁净的改性丙烯酸防水涂料及其制备方法。
背景技术
防水涂料是涂刷在建筑物的表面，经过溶剂的挥发或组分间的化学反应形成一层薄膜，使得建筑物表面具有防水、防渗、密封作用的一种粘稠状浆料。防水涂料经固化后形成的防水薄膜具有一定的延伸性、抗裂性、抗渗性和耐候性，能起到防水、防渗的效果。目前，市场上的防水涂料有两大类：一种是聚氨酯类防水涂料，主要由聚氨酯和沥青作为原料，使用过程中需要加入甲苯、二甲苯等有机溶剂。因此，聚氨酯类防水涂料的有害性挥发物质较多，含有毒性，环保性能差，综合造价也高。另一种是水乳型防水涂料，主要为丙烯酸防水涂料，该涂料以丙烯酸酯为主要成膜物质，加入其他原料制备而成。它以水为溶剂，无毒、质量较好，价格适中。但是，丙烯酸类涂料的防水效果相对较低，耐污能力差。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种自洁净防水涂料及其制备方法，其针对现有技术存在的不足进行改进，通过具有光催化粒子与改性丙烯酸酯乳液形成浆料，有效去除涂料表面的污染物，从而涂料具有粘结力强、防水性能好以及自洁净能力。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种自洁净防水涂料由改性丙烯酸酯乳液、水、矿物填充料、纳米光催化剂以及化学添加剂组成，其中，矿物填充料包括多孔石英粉、煅烧高岭土以及叶腊石；纳米光催化剂包括掺杂型纳米氧化钛粉体、掺杂型纳米氧化锌粉体、纳米钛酸锌粉体、纳米钛酸铋粉体以及石墨烯；化学添加剂包括增稠剂、防水剂、分散剂、增塑剂、消泡剂、防腐剂以及成膜助剂。
根据本发明的一实施例，所述自洁净防水涂料以重量份计由下列组分组成：400～450份硅氧烷改性丙烯酸酯乳液；120～150份水；30～40份改性多孔石英粉；50～60份煅烧高岭土；20～25份叶腊石；80～100份掺杂型纳米氧化钛粉体；40～60份掺杂型纳米氧化锌粉体；20～25份纳米钛酸锌粉体；10～15份纳米钛酸铋粉体；15份石墨烯；20～25份增稠剂；4～6份憎水剂；3～5份分散剂；2～4份增塑剂；2～3份消泡剂；1～1.5份防腐剂；以及3～4份成膜助剂。
根据本发明的一实施例，改性丙烯酸酯乳液由以下重量份含量的原料制成：56份甲基丙烯酸甲酯；42份丙烯酸丁酯；2份丙烯酸；12份改性剂；2份十二基苯磺酸钠；2份烷基酚聚氧乙烯醚；0.3份过硫酸钾；20份丙二醇；0.5份碳酸氢钠；以及120份蒸馏水，其中，改性剂为甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷。
根据本发明的一实施例，改性多孔石英粉通过3-氨丙基三乙氧基硅烷改性，其中，多孔石英粉的粒度组成为D90不大于5μm。
优选地，掺杂型纳米氧化钛为铜掺杂纳米氧化钛，掺杂型纳米氧化锌为铝掺杂纳米氧化锌。
优选地，所述增稠剂为月桂酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-乙烯共聚乳胶粉，所述憎水剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷。
一种自洁净防水涂料的制备方法，其包括步骤：
S100通过甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷对丙烯酸酯的改性，制备改性丙烯酸酯乳液；
S200将相应质量份的改性多孔石英粉、煅烧高岭土、叶腊石、掺杂型纳米氧化钛粉体、掺杂型纳米氧化锌粉体、纳米钛酸锌粉体、纳米钛酸铋粉体、石墨烯分散在水中，加入分散剂，搅拌分散均匀；
S300在搅拌中，将分散均匀地混合液缓慢喷洒于改性丙烯酸酯乳液中，继续搅拌30分钟；以及
S400向含有纳米粉体的改性丙烯酸酯乳液中加入增稠剂、憎水剂、增塑剂、消泡剂、防腐剂以及成膜助剂，在600r/min下搅拌1小时，混合均匀，制得自洁净防水防水涂料。
进一步地，所述步骤S100包括步骤：
S110将相应质量份的水、烷基酚聚氧乙烯醚、十二基苯磺酸钠、丙二醇以及碳酸氢钠置于45℃的反应容器中高速搅拌均匀；
S120滴加甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷和丙烯酸酯混合单体于所述反应容器中，将水浴温度调至75℃；
S130加入过硫酸钾引发剂，将温度升高到80℃，恒温回流反应4小时；以及
S140冷却至室温，用氨水调节pH至7.0，过滤制得硅氧烷改性丙烯酸酯乳液。
进一步地，在所述步骤S200中的掺杂型纳米氧化钛粉体，其制备方法包括步骤：
在磁力搅拌下，向钛酸丁酯与乙醇的混合溶液中滴加浓硝酸，得到淡黄色透明溶液；
加入氯化铜溶液，在剧烈搅拌下向混合液中缓慢滴加氨水进行水解生成白色沉淀，其中，溶液温度为20℃；以及
用蒸馏水和乙醇离心洗涤沉淀物多次，干燥得白色粉末，在400℃下锻烧2小时得到铜掺杂纳米氧化钛，其中，铜掺杂纳米氧化钛的平均粒径为16nm。
进一步地，在所述步骤S200中的掺杂型纳米氧化锌粉体，其制备方法包括步骤：
在硝酸锌溶液中加入硝酸铝溶液和表面活性剂，在磁力搅拌下，向硝酸锌溶液中缓慢滴加尿素溶液进行沉淀反应；
滴加完成后使反应保持4小时至反应完全，将得到的沉淀产物洗涤、过滤以及烘干；以及
在500℃下煅烧2小时，制得铝掺杂纳米氧化锌，其中，铝掺杂纳米氧化锌的平均粒径为20nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、所述自洁净防水涂料，通过甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷对丙烯酸酯进行改性，通过乳液聚合得以在在丙烯酸酯聚合物上成功引入有机硅链节，使涂料具有更好的耐热、耐沾污以及高温下不回黏特性；2、通过月桂酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-乙烯共聚乳胶粉作为涂料的增稠剂，可显著提高涂料的粘结强度和耐候性，通过十七氟癸基三甲氧基硅烷为憎水剂，可提高涂料的疏水性能和耐污能力；3、，通过加入掺杂型纳米氧化钛、掺杂型纳米氧化锌、纳米钛酸锌、纳米钛酸铋等光催化性纳米粒子，可有效的增加涂料的耐污性能，使得涂料具有自洁净功能。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明的一种自洁净防水涂料由改性丙烯酸酯乳液、水、矿物填充料、纳米光催化剂以及化学添加剂组成，其中，矿物填充料包括多孔石英粉、煅烧高岭土以及叶腊石；纳米光催化剂包括掺杂型纳米氧化钛粉体、掺杂型纳米氧化锌粉体、纳米钛酸锌粉体、纳米钛酸铋粉体以及石墨烯；化学添加剂包括增稠剂、防水剂、分散剂、增塑剂、消泡剂、防腐剂以及成膜助剂。从而，通过采用改性丙烯酸酯乳液为原料，同时在涂料中加入憎水剂和纳米光催化剂，可有效提高涂料涂膜干燥后的憎水性能，通过具有光催化功能的纳米粒子与高分子材料复合形成浆料，有效去除涂料表面的污染物，例如霉、霉菌、藻类、油脂等，使涂料中起到自洁净的效果，以解决目前丙烯酸防水涂料存在的表面粗糙度大、耐污能力差、易沾灰以及不易清洁的问题。
其中，所述自洁净防水涂料以重量份计由下列组分组成：400～450份硅氧烷改性丙烯酸酯乳液；120～150份水；30～40份改性多孔石英粉；50～60份煅烧高岭土；20～25份叶腊石；80～100份掺杂型纳米氧化钛粉体；40～60份掺杂型纳米氧化锌粉体；20～25份纳米钛酸锌粉体；10～15份纳米钛酸铋粉体；15份石墨烯；20～25份增稠剂；4～6份憎水剂；3～5份分散剂；2～4份增塑剂；2～3份消泡剂；1～1.5份防腐剂；以及3～4份成膜助剂。
优选地，改性丙烯酸酯乳液由以下重量份含量的原料制成：56份甲基丙烯酸甲酯；42份丙烯酸丁酯；2份丙烯酸；12份改性剂；2份十二基苯磺酸钠；2份烷基酚聚氧乙烯醚；0.3份过硫酸钾；20份丙二醇；0.5份碳酸氢钠；以及120份蒸馏水，其中，改性剂为甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷。从而，通过改性剂甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷对丙烯酸酯进行改性以及乳液聚合反应，得以在丙烯酸酯聚合物上成功引入有机硅链节，使涂料具有更好的耐热、耐沾污以及高温下不回黏。
优选地，改性多孔石英粉通过3-氨丙基三乙氧基硅烷改性，其中，多孔石英粉的粒度组成为D90不大于5μm。
优选地，煅烧高岭土的煅烧温度为1400℃，粒度组成为D90小于2μm，白度大于90％。
优选地，叶腊石粉的粒度组成为D90小于5μm，白度不小于95％。
优选地，掺杂型纳米氧化钛为铜掺杂纳米氧化钛，掺杂型纳米氧化锌为铝掺杂纳米氧化锌，从而，通过在涂料中加入光催化性纳米粒子掺杂型纳米氧化钛、掺杂型纳米氧化锌、纳米钛酸锌、纳米钛酸铋，可以有效的增加涂料的耐污性能，赋予涂料具有自洁净功能。
值得一提的是，通过在纳米光催化剂中加入石墨烯，可改善光催化剂纳米粒子的可见光利用率低以及激发电子-空穴复合概率高等不足，这是由于石墨烯具有优良的导电性能和巨大的比表面积和共轭结构，可吸附大量污染物，为纳米光催化剂的催化反应提供理想的反应位，有效提高光催化纳米粒子的光催化效率。
优选地，所述增稠剂为月桂酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-乙烯共聚乳胶粉。
优选地，所述憎水剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷。
优选地，所述分散剂为P123表面活性剂。
优选地，所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯。
优选地，所述消泡剂为四甲基四乙烯基环四硅氧烷。
优选地，所述防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。
优选地，所述成膜助剂为三丙二醇丁醚。
从而，通过月桂酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-乙烯共聚乳胶粉作为所述自洁净防水涂料的增稠剂，可显著提高涂料的粘结强度和耐候性；通过十七氟癸基三甲氧基硅烷作为所述自洁净防水涂料的憎水剂，可进一步提高涂料的疏水性能和耐污能力。
一种自洁净防水涂料的制备方法，其包括步骤：
S100通过甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷对丙烯酸酯的改性，制备改性丙烯酸酯乳液；
S200将相应质量份的改性多孔石英粉、煅烧高岭土、叶腊石、掺杂型纳米氧化钛粉体、掺杂型纳米氧化锌粉体、纳米钛酸锌粉体、纳米钛酸铋粉体、石墨烯分散在水中，加入分散剂，搅拌分散均匀；
S300在搅拌中，将分散均匀地混合液缓慢喷洒于改性丙烯酸酯乳液中，继续搅拌30分钟；以及
S400向含有纳米粉体的改性丙烯酸酯乳液中加入增稠剂、憎水剂、增塑剂、消泡剂、防腐剂以及成膜助剂，在600r/min下搅拌1小时，混合均匀，制得自洁净防水防水涂料。
其中，所述步骤S100包括步骤：
S110将相应质量份的水、烷基酚聚氧乙烯醚、十二基苯磺酸钠、丙二醇以及碳酸氢钠置于45℃的反应容器中高速搅拌均匀；
S120滴加甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷和丙烯酸酯混合单体于所述反应容器中，将水浴温度调至75℃；
S130加入过硫酸钾引发剂，将温度升高到80℃，恒温回流反应4小时；以及
S140冷却至室温，用氨水调节pH至7.0，过滤制得硅氧烷改性丙烯酸酯乳液。
其中，在所述步骤S200中的掺杂型纳米氧化钛粉体，其制备方法包括步骤S210：以钛酸丁酯为钛源、氨水为沉淀剂、氯化铜为铜源，采用水解-沉淀法制备铜掺杂纳米氧化钛光催化剂。
其中，所述步骤S210进一步包括步骤：
在磁力搅拌下，向钛酸丁酯与乙醇的混合溶液中滴加浓硝酸，得到淡黄色透明溶液；
加入氯化铜溶液，在剧烈搅拌下向混合液中缓慢滴加氨水进行水解生成白色沉淀，其中，溶液温度为20℃；以及
用蒸馏水和乙醇离心洗涤沉淀物多次，干燥得白色粉末，在400℃下锻烧2小时得到铜掺杂纳米氧化钛，其中，铜掺杂纳米氧化钛的平均粒径为16nm。
其中，在所述步骤S200中的掺杂型纳米氧化锌粉体，其制备方法包括步骤S220：以硝酸锌、硝酸铝、尿素为原料，十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，采用均匀沉淀法制备铝掺杂纳米氧化锌光催化剂。
其中，所述步骤S220进一步包括步骤：
在硝酸锌溶液中加入硝酸铝溶液和表面活性剂，在磁力搅拌下，向硝酸锌溶液中缓慢滴加尿素溶液进行沉淀反应；
滴加完成后使反应保持4小时至反应完全，将得到的沉淀产物洗涤、过滤以及烘干；以及
在500℃下煅烧2小时，制得铝掺杂纳米氧化锌，其中，铝掺杂纳米氧化锌的平均粒径为20nm。
实施例1
根据上述制备方法分别制备硅氧烷改性丙烯酸酯乳液、掺杂型纳米氧化钛粉体以及掺杂型纳米氧化锌粉体。
将40份改性多孔石英粉、50份煅烧高岭土、20份叶腊石、90份掺杂型纳米氧化钛粉体、58份掺杂型纳米氧化锌粉体、20份纳米钛酸锌粉体、15份纳米钛酸铋粉体、15份石墨烯分散在120份的水中，加入4份的分散剂，搅拌分散均匀；在搅拌的情况下，将分散均匀的混合液缓慢喷洒于450份的硅氧烷改性丙烯酸酯乳液中，继续搅拌30分钟；在含有纳米粉体的乳液中加入25份增稠剂、5份憎水剂、3份增塑剂、2.5份消泡剂、1.5份防腐剂、3.5份成膜助剂在600r/min下搅拌1小时，混合均匀即可制得所述自洁净防水涂料。
实施例2、3、4：各成分的质量份数组成如表1所示，其制备方法同实施例1。
表1、各实施例中成分的组成
| 序号 | 成分 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 1 | 改性丙烯酸酯乳液 | 440 | 430 | 420 |
| 2 | 水 | 130 | 140 | 150 |
| 3 | 改性多孔石英粉 | 35 | 35 | 30 |
| 4 | 煅烧高岭土 | 55 | 55 | 60 |
| 5 | 叶腊石 | 22 | 24 | 25 |
| 6 | 掺杂型纳米氧化钛 | 84 | 82 | 80 |
| 7 | 掺杂型纳米氧化锌 | 52 | 48 | 45 |
| 8 | 纳米钛酸锌 | 22 | 23 | 25 |
| 9 | 纳米钛酸铋 | 13 | 12 | 10 |
| 10 | 石墨烯 | 15 | 15 | 15 |
| 11 | 增稠剂 | 24 | 23 | 20 |
| 12 | 憎水剂 | 5 | 4 | 4 |
| 13 | 分散剂 | 5 | 4 | 3 |
| 14 | 增塑剂 | 4 | 3 | 4 |
| 15 | 消泡剂 | 2.5 | 2 | 3 |
| 16 | 防腐剂 | 1.3 | 1.2 | 1.2 |
| 17 | 成膜助剂 | 3.5 | 3 | 4 |
本发明的所述自洁净防水涂料的主要指标检测结果如表2所示。
表2、各实施例涂料的主要性能指标
| 序号 | 测试项目 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 1 | 附着力 | MPa | 12.2 | 11.6 | 10.8 | 11.3 |
| 2 | 抗渗压力(28d) | MPa | 1.6 | 1.3 | 1.2 | 1.1 |
| 3 | 耐水性(28d) | 漆膜正常 | 漆膜正常 | 漆膜正常 | 漆膜正常 | 漆膜正常 |
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种自洁净防水涂料，其特征在于，其由改性丙烯酸酯乳液、水、矿物填充料、纳米光催化剂以及化学添加剂组成，其中，矿物填充料包括多孔石英粉、煅烧高岭土以及叶腊石；纳米光催化剂包括掺杂型纳米氧化钛粉体、掺杂型纳米氧化锌粉体、纳米钛酸锌粉体、纳米钛酸铋粉体以及石墨烯；化学添加剂包括增稠剂、防水剂、分散剂、增塑剂、消泡剂、防腐剂以及成膜助剂。
2.根据权利要求1所述的自洁净防水涂料，其特征在于，所述自洁净防水涂料以重量份计由下列组分组成：400～450份硅氧烷改性丙烯酸酯乳液；120～150份水；30～40份改性多孔石英粉；50～60份煅烧高岭土；20～25份叶腊石；80～100份掺杂型纳米氧化钛粉体；40～60份掺杂型纳米氧化锌粉体；20～25份纳米钛酸锌粉体；10～15份纳米钛酸铋粉体；15份石墨烯；20～25份增稠剂；4～6份憎水剂；3～5份分散剂；2～4份增塑剂；2～3份消泡剂；1～1.5份防腐剂；以及3～4份成膜助剂。
3.根据权利要求2所述的自洁净防水涂料，其特征在于，改性丙烯酸酯乳液由以下重量份含量的原料制成：56份甲基丙烯酸甲酯；42份丙烯酸丁酯；2份丙烯酸；12份改性剂；2份十二基苯磺酸钠；2份烷基酚聚氧乙烯醚；0.3份过硫酸钾；20份丙二醇；0.5份碳酸氢钠；以及120份蒸馏水，其中，改性剂为甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷。
4.根据权利要求3所述的自洁净防水涂料，其特征在于，改性多孔石英粉通过3-氨丙基三乙氧基硅烷改性，其中，多孔石英粉的粒度组成为D90不大于5μm。
5.根据权利要求4所述的自洁净防水涂料，其特征在于，掺杂型纳米氧化钛为铜掺杂纳米氧化钛，掺杂型纳米氧化锌为铝掺杂纳米氧化锌。
6.根据权利要求5所述的自洁净防水涂料，其特征在于，所述增稠剂为月桂酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-乙烯共聚乳胶粉，所述憎水剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷。
7.一种如权利要求6所述的自洁净防水涂料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S100通过甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷对丙烯酸酯的改性，制备改性丙烯酸酯乳液；
S200将相应质量份的改性多孔石英粉、煅烧高岭土、叶腊石、掺杂型纳米氧化钛粉体、掺杂型纳米氧化锌粉体、纳米钛酸锌粉体、纳米钛酸铋粉体、石墨烯分散在水中，加入分散剂，搅拌分散均匀；
S300在搅拌中，将分散均匀地混合液缓慢喷洒于改性丙烯酸酯乳液中，继续搅拌30分钟；以及
S400向含有纳米粉体的改性丙烯酸酯乳液中加入增稠剂、憎水剂、增塑剂、消泡剂、防腐剂以及成膜助剂，在600r/min下搅拌1小时，混合均匀，制得自洁净防水防水涂料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S100包括步骤：
S110将相应质量份的水、烷基酚聚氧乙烯醚、十二基苯磺酸钠、丙二醇以及碳酸氢钠置于45℃的反应容器中高速搅拌均匀；
S120滴加甲基丙烯酰氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷和丙烯酸酯混合单体于所述反应容器中，将水浴温度调至75℃；
S130加入过硫酸钾引发剂，将温度升高到80℃，恒温回流反应4小时；以及
S140冷却至室温，用氨水调节pH至7.0，过滤制得硅氧烷改性丙烯酸酯乳液。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S200中的掺杂型纳米氧化钛粉体，其制备方法包括步骤：
在磁力搅拌下，向钛酸丁酯与乙醇的混合溶液中滴加浓硝酸，得到淡黄色透明溶液；
加入氯化铜溶液，在剧烈搅拌下向混合液中缓慢滴加氨水进行水解生成白色沉淀，其中，溶液温度为20℃；以及
用蒸馏水和乙醇离心洗涤沉淀物多次，干燥得白色粉末，在400℃下锻烧2小时得到铜掺杂纳米氧化钛，其中，铜掺杂纳米氧化钛的平均粒径为16nm。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S200中的掺杂型纳米氧化锌粉体，其制备方法包括步骤：
在硝酸锌溶液中加入硝酸铝溶液和表面活性剂，在磁力搅拌下，向硝酸锌溶液中缓慢滴加尿素溶液进行沉淀反应；
滴加完成后使反应保持4小时至反应完全，将得到的沉淀产物洗涤、过滤以及烘干；以及
在500℃下煅烧2小时，制得铝掺杂纳米氧化锌，其中，铝掺杂纳米氧化锌的平均粒径为20nm。
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