CN107141936A - 一种超疏水耐沾污多彩涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超疏水耐沾污多彩涂料及其制备方法，该超疏水耐沾污多彩涂料包括以下重量百分比的组分：10‑30％的保护溶胶，30‑50％的分散相基础漆，20‑50％的连续相清漆。本发明通过将超疏水表面的制备技术应用到连续相清漆中，使得整个多彩涂层表现出荷叶效应。在喷涂干燥后，本发明涂膜表面与水的接触角可达超疏水表面标准，赋予了多彩涂料低粘附、自清洁的能力，水滴在涂层表面难以粘附，容易在表面滚动滑落并带走污染物，达到自清洁的效果。本发明集合了经济、美观、环保等优点，符合可持续发展要求，具有巨大的市场发展潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种多彩涂料，尤其涉及到一种超疏水耐沾污的多彩涂料，以及制备该多彩涂料的方法。
背景技术
多彩涂料，又称液态石或仿花岗岩外墙涂料，是一种仿花岗岩外墙涂料。施工时，通过一次性喷涂可形成天然石材的花纹、色彩，或是个性化的装饰图案，更有普通涂料所无法比拟的高抗裂等涂装特性，可以说，多彩涂料是集高档装饰性能与功能性于一体。与天然石材相比，多彩涂料具有自重轻、安全环保、创意和适应性强等特点，能够使建筑物达到花岗石、大理石等的外观豪华效果，是未来仿石涂料的支柱性产品。
随着环境污染的不断加剧，越来越严重的雾霾、油性烟雾、尾气废气等给建筑外墙带来了严重的侵蚀，影响其美观性、功能性及耐久性。耐沾污性已成为考察建筑外墙涂料性能的重要指标。因此，针对目前外墙涂料耐污能力不足的问题，具有自清洁功能的涂料成为本领域技术人员研究开发的热点。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种超疏水耐沾污多彩涂料，通过赋予多彩涂层超疏水表面，极大地提高了多彩涂料的耐沾污能力，使其无需罩面也能达到耐沾污的要求。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
本发明提供一种超疏水耐沾污多彩涂料，包括以下重量百分比的组分：10-30％的保护溶胶，30-50％的分散相基础漆，20-50％的连续相清漆；其中，
所述保护溶胶包括以下重量百分比的组分：
去离子水 90-93％
保护胶体盐 7-10％
所述分散相基础漆包括以下重量百分比的组分：
所述连续相清漆包括以下重量百分比的组分：
进一步的，所述超疏水耐沾污多彩涂料包括以下重量百分比的组分：20-25％的保护溶胶，40-45％的分散相基础漆，30-40％的连续相清漆；其中，
所述保护溶胶包括以下重量百分比的组分：
去离子水 90-93％
保护胶体盐 7-10％
所述分散相基础漆包括以下重量百分比的组分：
所述连续相清漆包括以下重量百分比的组分：
进一步的，所述保护胶体盐为LAPONITE-S 482、LAPONITE-RDS、LAPONIE-RD中的一种或多种。
进一步的，所述多功能助剂为2-氨基-2甲基-1-丙醇；
任选的，所述分散润湿剂为铵盐类分散润湿剂、钾盐类分散润湿剂中的一种或多种。
进一步的，所述消泡剂为矿物油类消泡剂、有机硅类消泡剂中的一种或多种。
进一步的，所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯；
任选的，所述防冻剂为乙二醇；
任选的，所述乳液为纯丙烯酸乳液、硅改性丙烯酸乳液中的一种或多种。
进一步的，所述纳米TiO2为30-100nm经氟硅烷表面改性后的TiO2纳米颗粒。
进一步的，所述防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4异噻唑啉-3-酮、甲醛中的一种或多种。
进一步的，所述增稠剂为聚氨酯增稠剂、碱溶胀增稠剂中的一种或多种。
本发明还提供一种制备上述超疏水耐沾污多彩涂料的方法，包括以下步骤：
按重量百分比称取各组分原料；
制备保护溶胶：
在分散机内加入保护胶体盐和去离子水，搅拌至保护胶体盐完全溶解，得到保护溶胶，取出待用；
制备分散相基础漆：
在分散机内加入羟乙基纤维素和去离子水，搅拌至羟乙基纤维素溶解，之后依次加入多功能助剂、分散润湿剂、消泡剂，搅拌均匀后，再加入钛白粉、高岭土，分散至均匀后依次加入成膜助剂、防冻剂、保护溶胶、乳液和防腐剂，继续分散至均匀，加入色浆并搅拌均匀，得到分散相基础漆；
制备连续相清漆：
在分散机低速分散条件下，依次加入去离子水、多功能助剂、消泡剂、成膜助剂、防冻剂，适当提高转速分散至表面无浮油，再依次加入乳液、氟化学添加剂、纳米二氧化钛、消泡剂、防腐剂。调节转速，保持形成漩涡而不露出分散盘，分散15-30min，再依次缓慢加入增稠剂，调节转速分散至均匀，得到连续相清漆；
制备成品：
将制备好的分散相基础漆与保护溶胶混合，用多彩专用真空筛网造粒机造粒，得到彩点颗粒后，向彩点颗粒中加入连续相清漆，搅拌均匀即得到超疏水耐沾污多彩涂料成品。
自然界中普遍存在通过形成疏水表面来达到自清洁功能的现象，例如以荷叶为代表的多种植物的叶子和花均表现出低粘附、自清洁能力，这种现象被称为“荷叶效应”。大量研究证实，这种现象是由于荷叶表面微米、纳米级的微观粗糙结构及具有低表面能的蜡质晶体的共同作用，使其具有高水接触角、低滚动角，从而表现出超疏水自清洁效果。由此我们知道，多彩涂料超疏水涂层的制备必须同时满足两个前提条件：(1)实现涂层表面的低表面能；(2)在具有低表面能的表层构造微纳米结构。
为满足上述条件，本发明创造性地采取以下技术方案：
首先通过添加一种含氟类表面活性剂赋予涂层低表面能。氟化学添加剂的改性原理主要源于氟碳链RF和CF3基团的低极性和超低表面张力。由于表面张力的差异，氟化学添加剂在涂料干燥成膜过程中取向于涂料表面，在涂膜表面富集一层疏水层。
超疏水表面要求对水接触角大于150°，滑动角小于5°，通过现有常规的化学方法调节表面能并不能完全实现超疏水效果。为解决该技术难题，本发明创造性地引入氟硅烷改性后的纳米TiO2颗粒，以构建合适的微观粗糙结构，实现更好地实现疏水自清洁。
虽然TiO2颗粒是单一粒子，但它们在形成涂膜过程中会发生团聚，出现平均直径为0.2-0.5μm的微米级凸体，同时在微米级凸体上存在纳米级的TiO2颗粒，整个涂膜呈现出微纳米双重结构的复合粗糙结构。
此外，TiO2的用量也需要相当审慎地选择：当改性TiO2纳米粉体含量较少时，纳米粒子完全被有机树脂包裹，得不到微米粗糙度或只有较小的微米起伏，涂层的疏水性得不到明显提高；随着TiO2添加量逐渐增多，水的接触角逐渐增大，涂层的疏水效果逐渐增强；在TiO2超过一定添加量后，涂层的机械性能有所下降。因此，为达到最优的疏水效果，本发明中将连续相里纳米TiO2的添加量定为8-12％。
本发明的有益效果在于：
本发明通过将超疏水表面的制备技术应用到连续相清漆中，使得整个多彩涂层表现出荷叶效应。在喷涂干燥后，本发明涂膜表面与水的接触角可达超疏水表面标准，赋予了多彩涂料低粘附、自清洁的能力，水滴在涂层表面难以粘附，容易在表面滚动滑落并带走污染物，达到自清洁的效果。
本发明通过赋予多彩涂层超疏水表面，极大地提高其耐沾污能力，使其无需罩面也能达到耐沾污要求。
本发明集合了经济、美观、环保等优点，符合可持续发展要求，具有巨大的市场发展潜力。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：一种超疏水耐沾污多彩涂料的制备
表1 实施例1-3超疏水耐沾污多彩涂料配方表(w/w％)
原料配方见表1，其中：
所述保护胶体盐为LAPONITE-S 482；所述多功能助剂为2-氨基-2甲基-1-丙醇；所述分散润湿剂为铵盐类分散润湿剂；所述消泡剂为矿物油类消泡剂；所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯；所述防冻剂为乙二醇；所述乳液为纯丙烯酸乳液；所述纳米TiO2为30-100nm经氟硅烷表面改性后的TiO2纳米颗粒；所述防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮；所述增稠剂为聚氨酯增稠剂。
制备方法：
按重量百分比称取各组分原料。
制备保护溶胶：
在分散机内加入保护胶体盐和去离子水，搅拌至保护胶体盐完全溶解，得到保护溶胶，取出待用。
制备分散相基础漆：
在分散机内加入羟乙基纤维素和去离子水，搅拌至羟乙基纤维素溶解，之后依次加入多功能助剂、分散润湿剂、消泡剂，搅拌均匀后，再加入钛白粉、高岭土，分散至均匀后依次加入成膜助剂、防冻剂、保护溶胶、乳液和防腐剂，继续分散至均匀，加入色浆并搅拌均匀，得到分散相基础漆。在此步骤中，可以根据不同色点所需颜色效果，分别加入水性色浆，制备彩色分散相基础漆。
制备连续相清漆：
在分散机低速分散条件下，依次加入去离子水、多功能助剂、消泡剂、成膜助剂、防冻剂，适当提高转速分散至表面无浮油，再依次加入乳液、氟化学添加剂、纳米二氧化钛、消泡剂、防腐剂。调节转速，保持形成漩涡而不露出分散盘，分散15-30min，再依次缓慢加入增稠剂，调节转速分散至均匀，得到连续相清漆。
制备成品：
将制备好的40％分散相基础漆与20％保护溶胶混合，用多彩专用真空筛网造粒机造粒，得到彩点颗粒后，向彩点颗粒中加入40％连续相清漆，搅拌均匀即得到超疏水耐沾污多彩涂料成品。
实验效果：
本实施例1制备的成品喷涂干燥后，其涂膜表面与水的接触角可达146.57°，达超疏水表面标准。
实施例2：一种超疏水耐沾污多彩涂料的制备
原料配方见表1，其中：
所述保护胶体盐为LAPONITE-RDS、LAPONIE-RD的混合；所述多功能助剂为2-氨基-2甲基-1-丙醇；所述分散润湿剂为钾盐类分散润湿剂；所述消泡剂为矿物油类消泡剂、有机硅类消泡剂中的混合；所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯；所述防冻剂为乙二醇；所述乳液为硅改性丙烯酸乳液；所述纳米TiO2为30-100nm经氟硅烷表面改性后的TiO2纳米颗粒；所述防腐剂为甲醛；所述增稠剂为碱溶胀增稠剂。
制备方法同实施例1。
实验效果：
本实施例2制备的成品喷涂干燥后，其涂膜表面与水的接触角可达151.30°，达超疏水表面标准。
实施例3：一种超疏水耐沾污多彩涂料的制备
原料配方见表1，其中：
所述保护胶体盐为LAPONITE-RDS；所述多功能助剂为2-氨基-2甲基-1-丙醇；所述分散润湿剂为铵盐类分散润湿剂；所述消泡剂为矿物油类消泡剂；所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯；所述防冻剂为乙二醇；所述乳液为纯丙烯酸乳液、硅改性丙烯酸乳液中的混合；所述纳米TiO2为30-100nm经氟硅烷表面改性后的TiO2纳米颗粒；所述防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4异噻唑啉-3-酮的混合；所述增稠剂为聚氨酯增稠剂、碱溶胀增稠剂的混合。
制备方法同实施例1。
实验效果：
本实施例3制备的成品喷涂干燥后，其涂膜表面与水的接触角可达154.21°，达超疏水表面标准。
对比例1：制备多彩涂料
表2 对比例1-2多彩涂料配方表(w/w％)
原料配方见表2，具体组分同实施例1。
制备方法同实施例1。
实验效果：
本对比例1因其在连续相清漆中未添加氟化学添加剂与纳米二氧化钛，所得到的成品喷涂干燥后，涂膜表面与水的接触角仅为68.27°，无法达到超疏水表面标准，没有耐沾污能力。
对比例2：制备多彩涂料
原料配方见表2，具体组分同实施例1。
制备方法同实施例1。
实验效果：
本对比例2因其在连续相清漆中未添加纳米二氧化钛，所得到的成品喷涂干燥后，涂膜表面与水的接触角仅为85.37°，无法达到超疏水表面标准，没有耐沾污能力。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超疏水耐沾污多彩涂料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：10-30％的保护溶胶，30-50％的分散相基础漆，20-50％的连续相清漆；其中，所述保护溶胶包括以下重量百分比的组分：
去离子水 90-93％
保护胶体盐 7-10％
所述分散相基础漆包括以下重量百分比的组分：
所述连续相清漆包括以下重量百分比的组分：
2.根据权利要求1所述的超疏水耐沾污多彩涂料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：20-25％的保护溶胶，40-45％的分散相基础漆，30-40％的连续相清漆；其中，
所述保护溶胶包括以下重量百分比的组分：
去离子水 90-93％
保护胶体盐 7-10％
所述分散相基础漆包括以下重量百分比的组分：
所述连续相清漆包括以下重量百分比的组分：
3.根据权利要求1所述的超疏水耐沾污多彩涂料，其特征在于，所述保护胶体盐为LAPONITE-S 482、LAPONITE-RDS、LAPONIE-RD中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的超疏水耐沾污多彩涂料，其特征在于，所述多功能助剂为2-氨基-2甲基-1-丙醇；
任选的，所述分散润湿剂为铵盐类分散润湿剂、钾盐类分散润湿剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的超疏水耐沾污多彩涂料，其特征在于，所述消泡剂为矿物油类消泡剂、有机硅类消泡剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的超疏水耐沾污多彩涂料，其特征在于，所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯；
任选的，所述防冻剂为乙二醇；
任选的，所述乳液为纯丙烯酸乳液、硅改性丙烯酸乳液中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的超疏水耐沾污多彩涂料，其特征在于，所述纳米TiO2为30-100nm经氟硅烷表面改性后的TiO2纳米颗粒。
8.根据权利要求1所述的超疏水耐沾污多彩涂料，其特征在于，所述防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4异噻唑啉-3-酮、甲醛中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的超疏水耐沾污多彩涂料，其特征在于，所述增稠剂为聚氨酯增稠剂、碱溶胀增稠剂中的一种或多种。
10.一种制备权利要求1-9任一所述的超疏水耐沾污多彩涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
按重量百分比称取各组分原料；
制备保护溶胶：
在分散机内加入保护胶体盐和去离子水，搅拌至保护胶体盐完全溶解，得到保护溶胶，取出待用；
制备分散相基础漆：
在分散机内加入羟乙基纤维素和去离子水，搅拌至羟乙基纤维素溶解，之后依次加入多功能助剂、分散润湿剂、消泡剂，搅拌均匀后，再加入钛白粉、高岭土，分散至均匀后依次加入成膜助剂、防冻剂、保护溶胶、乳液和防腐剂，继续分散至均匀，加入色浆并搅拌均匀，得到分散相基础漆；
制备连续相清漆：
在分散机低速分散条件下，依次加入去离子水、多功能助剂、消泡剂、成膜助剂、防冻剂，适当提高转速分散至表面无浮油，再依次加入乳液、氟化学添加剂、纳米二氧化钛、消泡剂、防腐剂。调节转速，保持形成漩涡而不露出分散盘，分散15-30min，再依次缓慢加入增稠剂，调节转速分散至均匀，得到连续相清漆；
制备成品：
将制备好的分散相基础漆与保护溶胶混合，用多彩专用真空筛网造粒机造粒，得到彩点颗粒后，向彩点颗粒中加入连续相清漆，搅拌均匀即得到超疏水耐沾污多彩涂料成品。
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