CN107083135B - 有机无机复配外墙水性涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种有机无机复配外墙水性涂料及其制备方法，包含有水性合成树脂、无机粘结材料、稳定剂、助剂、颜填料和水，其中水性合成树脂为紫外交联改性的纯丙乳液，无机粘结材料为硅酸盐和硅溶胶组成的混合物，稳定剂为硅氧烷。制备的有机无机复配外墙水性涂料的成膜效果好，不但具有合适的柔韧性，对物体表面的附着力也极佳，稳定性良好，而且涂料的耐候性、耐磨性和耐湿热性能极佳，能够满足多方面的需求。

Description

有机无机复配外墙水性涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工材料领域，尤其涉及涂料领域，具体涉及一种有机无机复配外墙水性涂料及其制备方法。
背景技术
目前，外墙涂料大多数为有机合成的乳液为主，其施工简便，装饰性以及色彩丰富，但是在生产以及施工过程中有有害物质挥发，而且在耐候性、耐湿热性以及附着力方面表现较差，容易收紫外线影响而老化。而且涂层致密将墙体密封无法使水蒸气透过，出现脱落现象。而单纯的无机涂料则存在这稳定性差，装饰性差等缺点，不便于进行大规模的推广与使用。
CN101117477A公开了一种有机-无机复合防水涂料制备方法，但是参与反应原料众多，成分含量不易控制，工艺步骤相对复杂。
CN104559507A公开了一种有机-无机复合型涂料及其制备方法，其具有良好的耐水、耐碱及耐沾污性能，但是其他方面的性能还需要进一步提高。
为解决上述问题，需要提供一种能够克服现有技术的缺点，具有良好的柔韧性与稳定性，耐湿热性、耐候性、耐磨性以及附着力等方面都具有很好表现的有机无机复配水性涂料来满足人们的多方面需求。
发明内容
为了解决上述问题中的至少一个问题，本发明提供了一种有机无机复配外墙水性涂料，包含有水性合成树脂、无机粘结材料、稳定剂、助剂、颜填料和水，其中，
所述水性合成树脂为紫外交联改性的纯丙乳液，
所述无机粘结材料为硅酸盐和硅溶胶组成的混合物，
所述稳定剂为硅氧烷。
在某些实施例中，所述水性合成树脂的固含量为56-60％。
在某些实施例中，所述硅溶胶中SiO2的含量为35-45％，颗粒粒径为10-20nm。所述硅酸盐与所述硅溶胶的质量比优选为0.25-1：1。
所述硅酸盐优选为硅酸钾或硅酸钠。
在某些实施例中，所述硅氧烷为三甲基硅烷。
在某些实施例中，所述助剂为pH调节剂、润湿剂、消泡剂、分散剂、增稠剂、流平剂中的至少一种。
在某些实施例中，所述的有机无机复配外墙水性涂料包括按质量份计的下述组分：
在某些实施例中，
所述pH调节剂为醇胺类，
所述润湿剂为聚醚改性硅氧烷类化合物、阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂中的一种或多种，
所述消泡剂为有机硅表面活性剂和矿物油类中的一种或多种，
所述分散剂为有机和高分子聚合物分散剂和无机盐分散剂中的一种或多种，
所述增稠剂为无机增稠剂和纤维素醚中的一种或多种，
所述流平剂为聚氨酯类，
所述颜填料为金红石型二氧化钛、碳酸钙、沉淀硫酸钡、高岭土中的一种或几种。
本发明的另一方面还提供了一种所述的有机无机复配外墙水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
制备无机粘结溶液：按照配方量，将硅溶胶加入A缸中，搅拌并升温至30-40℃，然后加入稳定剂，继续搅拌并加入硅酸盐，搅拌后得到无机粘结溶液备用，
制备漆浆：按照配方量，将pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水加入B缸中，搅拌并加入颜填料，然后搅拌至漆浆细度≤50μm，得到漆浆，
混合步骤：将所述无机粘结溶液与所述漆浆混合搅拌，然后加入水性合成树脂乳液和流平剂并搅拌均匀得到有机无机复配外墙水性涂料。
在某些实施例中，所述有机无机复配外墙水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
制备无机粘结溶液：按照配方量，将硅溶胶加入A缸中，以400-600r/min的速度搅拌并升温至30-40℃，然后加入稳定剂，以400-600r/min速度搅拌10-30min，然后加入硅酸盐，以600-800r/min速度搅拌10-30min，在A缸中得到无机粘结溶液备用，
制备漆浆：按照配方量，将pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水加入B缸中，以900-1100r/min搅拌5-10min；然后颜填料加入B缸中，以1300-1500r/min分散20-40min，测试漆浆细度≤50μm，得到漆浆，
混合步骤：将A缸中无机粘结溶液加入B缸中，以1000-1200r/min的速度搅拌5-10min，然后加入水性合成树脂乳液、流平剂并以1000-1200r/min的速度搅拌10-20min。
有益效果：本发明所述的有机无机复配外墙水性涂料，由于采用了有机乳液和无机粘结材料复配，漆膜的成膜效果好，不但具有合适的柔韧性，对物体表面的附着力也极佳，稳定性良好，而且涂料的耐候性、耐磨性和耐湿热性能极佳，能够满足多方面的需求。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了部分实施例的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”或％如无特别说明，均按质量计。
本发明采用了有机无机复配的方式，综合了有机涂料以及无机涂料的优点，用硅氧烷作为稳定剂处理过的10-20nm硅溶胶，复配硅酸盐例如硅酸钾得到高稳定性的无机粘结材料，同时复配以紫外交联改性的纯丙乳液，改善了漆膜的脆性并提高了漆膜的柔韧性以及成膜效果，极大的保证漆膜的耐候性。
本发明所述的紫外交联改性的纯丙乳液是指经过紫外照射进行改性处理过的纯丙乳液，通过调节紫外交联改性的时间来获得固含量在56-60％的乳液。本发明所述的固含量是指乳液在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。所述紫外交联改性的纯丙乳液的固含量保持在56-60％时，能够使制备的涂料成膜速度更快，不但具有合适的柔韧性和良好的附着力，而且耐候性和耐湿热性更好。
本发明所述的硅溶胶是指纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，可以通过多种工艺制备得到，例如离子交换法。在本发明中，所述的硅溶胶的颗粒粒径在10-20nm之间，SiO2含量为35-45％，能够使硅溶胶在经过硅氧烷稳定剂处理后能够更好的与硅酸钾起到协同作用，尤其是两者的质量比例在0.25-1：1之间，制备的涂料的耐磨性更好，对物体表面的附着力也更强。
本发明所述的增稠剂是一种流变助剂，不仅可以使涂料增稠，防止施工中出现流挂现象，而且能赋予涂料优异的机械性能和贮存稳定性。本发明所述的增稠剂可以为任何常用的增稠剂，在本发明的某些实施例中，所述的增稠剂为2-4份凹凸棒土和1份羟基纤维素组合成的组合物，其能够改善制备的涂料的施工性以及储存稳定性。
本发明所述的漆膜柔韧性通过参考国家标准《GB1731—79漆膜柔韧性测定法》来测试，规定使用轴棒测定器，测试时是将涂漆的马口铁板在不同直径的轴棒上弯曲，以其弯曲后不引起漆膜破坏的最小轴棒的直径(mm)来表示。
本发明所述的漆膜的耐湿热性是涂膜对高温高湿环境作用的抵抗能力，也能体现了涂膜耐腐蚀性的好坏，通过控制一定的温度、湿度和时间来进行检验，以样板的外观破坏程度评定等级，观察生锈等级和超泡等级来进行评定，具体可以参考GB/T 1740-2007《漆膜耐湿热测定法》。
本发明所述的漆膜的耐磨性通过接触性摩擦法来测定，采用100N力，用不同转速摩擦带旋转摩擦至涂层未见底。具体可参考GB/T 1768-2006《色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶砂轮法》。本发明所述的漆膜的耐候性是指镀层或涂覆层对气候的耐受能力，是评价镀层或涂层耐久性的一项重要指标。在本发明中对涂膜进行人工加速老化60℃/8H+50℃/4H冷却循环，在保光性≥50％；颜色稳定性≤3时，通过涂膜能够进行冷却循环的最长时间来确定涂膜耐候性的好坏。
本发明所述的漆膜的附着力是指涂膜与被涂物件通过物理和化学力的作用结合在一起的坚固程度。通过划格法进行测定。
实施例1
本实施例中所用的物质及含量如下：
制备无机粘结溶液：按照配方量，将硅溶胶加入A缸中，以500r/min的速度搅拌并升温至35℃，然后加入稳定剂，以500r/min速度搅拌20min，然后加入硅酸钾，以700r/min速度搅拌20min，在A缸中得到无机粘结溶液备用，
制备漆浆：按照配方量，将pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水加入B缸中，以1000r/min搅拌10min；然后颜填料加入B缸中，以1400r/min分散30min，测试漆浆细度≤50μm，得到漆浆，
混合步骤：将A缸中无机粘结溶液加入B缸中，以1100r/min的速度搅拌10min，然后加入水性合成树脂乳液、流平剂并以1100r/min的速度搅拌20min，得到有机无机复配外墙水性涂料。
实施例2
本实施例中所用的物质及含量如下：
制备无机粘结溶液：按照配方量，将硅溶胶加入A缸中，以400r/min的速度搅拌并升温至40℃，然后加入稳定剂，以600r/min速度搅拌30min，然后加入硅酸钾，以600r/min速度搅拌10min，在A缸中得到无机粘结溶液备用，
制备漆浆：按照配方量，将pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水加入B缸中，以900r/min搅拌5min；然后颜填料加入B缸中，以1300r/min分散40min，测试漆浆细度≤50μm，得到漆浆，
混合步骤：将A缸中无机粘结溶液加入B缸中，以1000r/min的速度搅拌5min，然后加入水性合成树脂乳液和流平剂并以1000r/min的速度搅拌10min，得到有机无机复配外墙水性涂料。
实施例3
本实施例中所用的物质及含量如下：
制备无机粘结溶液：按照配方量，将硅溶胶加入A缸中，以600r/min的速度搅拌并升温至30℃，然后加入稳定剂，以400r/min速度搅拌10min，然后加入硅酸钠，以800r/min速度搅拌30min，在A缸中得到无机粘结溶液备用，
制备漆浆：按照配方量，将pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水加入B缸中，以1100r/min搅拌10min；然后颜填料加入B缸中，以1500r/min分散20min，测试漆浆细度≤50μm，得到漆浆，
混合步骤：将A缸中无机粘结溶液加入B缸中，以1000-1200r/min的速度搅拌10min，然后加入水性合成树脂乳液、流平剂并以1200r/min的速度搅拌20min，得到有机无机复配外墙水性涂料。
实施例4
本实施例中所用的物质及含量如下：
制备无机粘结溶液：按照配方量，将硅溶胶加入A缸中，以500r/min的速度搅拌并升温至35℃，然后加入稳定剂，以500r/min速度搅拌20min，然后加入硅酸钾，以700r/min速度搅拌20min，在A缸中得到无机粘结溶液备用，
制备漆浆：按照配方量，将pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水加入B缸中，以1000r/min搅拌5min；然后颜填料加入B缸中，以1400r/min分散30min，测试漆浆细度≤50μm，得到漆浆，
混合步骤：将A缸中无机粘结溶液加入B缸中，以1100r/min的速度搅拌8min，然后加入水性合成树脂乳液、流平剂并以1000r/min的速度搅拌10min，得到有机无机复配外墙水性涂料。
实施例5
本实施例中所用的物质及含量如下：
制备无机粘结溶液：按照配方量，将硅溶胶加入A缸中，以600r/min的速度搅拌并升温至35℃，然后加入稳定剂，以500r/min速度搅拌30min，然后加入硅酸钾，以800r/min速度搅拌10min，在A缸中得到无机粘结溶液备用，
制备漆浆：按照配方量，将pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水加入B缸中，以1000r/min搅拌5min；然后颜填料加入B缸中，以1400r/min分散30min，测试漆浆细度≤50μm，得到漆浆，
混合步骤：将A缸中无机粘结溶液加入B缸中，以1200r/min的速度搅拌10min，然后加入水性合成树脂乳液、流平剂并以1000r/min的速度搅拌15min，得到有机无机复配外墙水性涂料。
对比例1
将所用乳液改为固含量为50％的紫外交联改性的纯丙乳液，其他条件与实施例1相同，制备得到有机无机复配外墙水性涂料。
对比例2
将所用乳液改为固含量为65％的紫外交联改性的纯丙乳液，其他条件与实施例1相同，制备得到有机无机复配外墙水性涂料。
对比例3
将所用增稠剂由3份凹凸棒土和1份羟乙基纤维素改为4份羟乙基纤维素，其他条件与实施例1相同，制备得到有机无机复配外墙水性涂料。
对比例4
将所用的硅溶胶改为SiO2含量为50％的硅溶胶，其他条件与实施例1相同，制备得到有机无机复配外墙水性涂料。
对比例5
将100份硅酸盐和200份硅溶胶改为200份硅酸盐和100份硅溶胶，其他条件与实施例1相同，制备得到有机无机复配外墙水性涂料。
表1
上述实施例1-5和对比例1-5中制备得到的有机无机复配外墙水性涂料的表征测试结果如表1所示，可以看出，采用本发明所述的技术方案制备的有机无机复配外墙水性涂料在柔韧性、附着力、耐候性、耐磨性和耐湿热性方面都表现出来很优异的性能。而当改变实施例1中的某一反应条件或者原料成分时，而控制其他条件不变时，得到的对比例1-5中的有机无机复配外墙水性涂料，在各方面性能上都有一定下降，这说明本发明提供的技术方案制备的有机无机复配外墙水性涂料性能极佳，能够满足多方面的需求。
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说明本发明的原理，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，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种有机无机复配外墙水性涂料，包括按质量份计的下述组分：
所述水性合成树脂为紫外交联改性的纯丙乳液，所述水性合成树脂的固含量以质量计为56-60％，
所述无机粘结材料为硅酸盐和硅溶胶组成的混合物，所述硅溶胶中SiO2的含量以质量计为35-45％，颗粒粒径为10-20nm，所述硅酸盐与所述硅溶胶的质量比为0.25-1:1，
所述稳定剂为硅氧烷，
所述增稠剂为2-4质量份凹凸棒土与1质量份羟乙基纤维素组成的组合物。
2.根据权利要求1所述的有机无机复配外墙水性涂料，其特征在于：
所述pH调节剂为醇胺，
所述润湿剂为聚醚改性硅氧烷类化合物、阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂中的一种或多种，
所述消泡剂为有机硅表面活性剂和矿物油类中的一种或多种，
所述分散剂为有机和高分子聚合物分散剂和无机盐分散剂中的一种或多种，
所述增稠剂为无机增稠剂和纤维素醚中的一种或多种，
所述流平剂为聚氨酯类，
所述颜填料为金红石型二氧化钛、碳酸钙、沉淀硫酸钡和高岭土中的一种或多种。
3.一种根据权利要求1或2所述的有机无机复配外墙水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
制备无机粘结溶液：按照配方量，将硅溶胶加入A缸中，搅拌并升温至30-40℃，然后加入稳定剂，继续搅拌并加入硅酸盐，搅拌后得到无机粘结溶液备用，
制备漆浆：按照配方量，将pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水加入B缸中，搅拌并加入颜填料，然后搅拌至漆浆细度≤50μm，得到漆浆，
混合步骤：将所述无机粘结溶液与所述漆浆混合搅拌，然后加入水性合成树脂乳液和流平剂并搅拌均匀得到有机无机复配外墙水性涂料。
4.一种根据权利要求1或2所述的有机无机复配外墙水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
制备无机粘结溶液：按照配方量，将硅溶胶加入A缸中，以400-600r/min的速度搅拌并升温至30-40℃，然后加入稳定剂，以400-600r/min速度搅拌10-30min，然后加入硅酸盐，以600-800r/min速度搅拌10-30min，在A缸中得到无机粘结溶液备用，
制备漆浆：按照配方量，将pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水加入B缸中，以900-1100r/min搅拌5-10min；然后颜填料加入B缸中，以1300-1500r/min分散20-40min，测试漆浆细度≤50μm，即可得到漆浆，
混合步骤：将A缸中无机粘结溶液加入B缸中，以1000-1200r/min的速度搅拌5-10min，然后加入水性合成树脂乳液、流平剂并以1000-1200r/min的速度搅拌10-20min，得到有机无机复配外墙水性涂料。
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