CN111440488A - 一种具有自清洁功能的建筑涂料及其制备方法 - Google Patents

一种具有自清洁功能的建筑涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有自清洁功能的建筑涂料及其制备方法，所述制备方法包括：将成膜物质、填料、偶联剂和溶剂混合，得到第一混合物，其中，所述填料包括疏水性的白炭黑粒子和微米级的二氧化硅粒子，所述成膜物质为疏水性的树脂，且所述树脂的分子链中含有羟基；将所述第一混合物进行第一研磨处理，使所述白炭黑粒子负载于所述二氧化硅粒子的表面，自组装形成具有微纳结构的复合粒子，得到第二混合物；以及将所述第二混合物进行第二研磨处理，得到具有自清洁功能的建筑涂料，将该建筑涂料形成涂层后，涂层表面具有微纳结构，可同时阻止水和油滴的浸润，自清洁能力强。

Description

一种具有自清洁功能的建筑涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及具有自清洁功能的建筑涂料及其制备方法。
背景技术
自清洁表面是指污染物在重力或雨水、风力等外力作用下能够自动脱落或被降解的一种表面，而基于超疏水原理的自清洁表面主要是基于超疏水涂层的超疏水性能，一般要求疏水角大于等于110°。但是，这种传统的超疏水涂层难以同时兼具疏油性能或者超疏油性能，一般会黏附油污。而当超疏水涂层的表面一旦被油污覆盖后，也无法发挥基于超疏水的自清洁能力。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种具有自清洁功能的建筑涂料及其制备方法；所述制备方法获得的建筑涂料在形成涂层后，涂层表面具有微纳结构，可同时阻止水和油滴的浸润，自清洁能力强。
一种具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，包括：
S1、将成膜物质、填料、偶联剂和溶剂混合，得到第一混合物；其中，所述填料包括疏水性的白炭黑粒子和微米级的二氧化硅粒子，所述成膜物质为疏水性的树脂，且所述树脂的分子链中含有羟基；
S2、将所述第一混合物进行第一研磨处理，使所述白炭黑粒子负载于所述二氧化硅粒子的表面，自组装形成具有微纳结构的复合粒子，得到第二混合物；
S3、所述第二混合物进行第二研磨处理，得到具有自清洁功能的建筑涂料。
在其中一个实施例中，以1份所述成膜物质计，所述填料的用量为0.2份-1.2份，所述偶联剂的用量为0.01份-0.02份，所述溶剂的用量为20份-30份。
在其中一个实施例中，所述白炭黑粒子与所述二氧化硅粒子的质量比为10:1-1:1。
在其中一个实施例中，所述树脂为羟基氟树脂。
在其中一个实施例中，所述树脂为氟含量为58％的羟基氟树脂。
在其中一个实施例中，所述溶剂包括二甲苯、醋酸丁酯和甲基异丁酮，所述二甲苯与所述醋酸丁酯、所述甲基异丁酮的质量比为(10-1):(4-1):1。
在其中一个实施例中，所述第一研磨处理的转速为800转/分钟-1000转/分钟，时间为40分钟-50分钟。
在其中一个实施例中，通过所述第二研磨处理使所述涂料的细度为0.01mm-1mm。
在其中一个实施例中，在所述第二研磨处理之后，还进行干燥处理。
一种建筑涂料，所述建筑涂料由上述制备方法得到，包括成膜物质、复合粒子、偶联剂和溶剂，其中，所述成膜物质为疏水性的树脂，且所述树脂的分子链中含有羟基，所述复合粒子包括微米级的二氧化硅粒子和负载于所述二氧化硅粒子表面的疏水性的白炭黑粒子。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的制备方法中，当白炭黑粒子和二氧化硅粒子的表面被本发明的树脂浸润后，两种粒子的聚集会被抑制，同时，本发明树脂分子链中的羟基可与白炭黑粒子和二氧化硅粒子形成氢键，所以，在第一研磨处理的过程中，纳米级的白炭黑粒子能够负载于微米级的二氧化硅粒子表面，自组装形成一种类似于“草莓状结构”的复合粒子，该复合粒子具有微纳结构。
2、在将本发明的建筑涂料制成涂层后，涂层的表面包括具有微纳结构的复合粒子，从而，使得涂层表面具有很多微小的气囊，这些微小的气囊既可以阻止水的浸润，也可以阻止油滴的浸润。因此，无论污染物是亲水性的还是亲油性的，均难以在涂层的表面附着，所述涂层具有很好的自清洁能力，且性能稳定，坚固耐用。
具体实施方式
以下将对本发明提供的具有自清洁功能的建筑涂料及其制备方法作进一步说明。
本发明提供的具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，包括：
S1、将成膜物质、填料、偶联剂和溶剂混合，得到第一混合物，其中，填料包括疏水性的白炭黑粒子和微米级的二氧化硅粒子，成膜物质为疏水性的树脂，且树脂的分子链中含有羟基。
具体地，以1份所述成膜物质计，填料的用量为0.2-1.2份，偶联剂的用量为0.01-0.02份，溶剂的用量为20-30份。
其中，白炭黑粒子与二氧化硅粒子的质量比为10:1-1:1，优选为6:1-1:1，同时，考虑到气相法白炭黑粒子的粒径可达10nm-20nm，白炭黑粒子可以优选为气相法白炭黑粒子，从而，可使白炭黑粒子能够更好、更均匀的负载于二氧化硅粒子的表面，进而使得复合粒子的表面具有更多的微纳结构，能够在涂层表面形成更多的微小的气囊。
考虑到树脂中含有氟成分后，可在一定程度上提高涂料的耐候性，使涂层的性能稳定、坚固耐用，所以，树脂优选为羟基氟树脂，进一步优选为氟含量为58％的羟基氟树脂，如羟基氟树脂F100，以使涂料具有更好的黏度、流动性和成膜性。
为了更好的溶解羟基氟树脂，并使填料在其中形成稳定的悬浮体系，溶剂优选包括二甲苯、醋酸丁酯和甲基异丁酮(MIBK)，且二甲苯与醋酸丁酯、甲基异丁酮的质量比为(10-1):(4-1):1。
具体地，偶联剂可优选为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
S2、将第一混合物进行第一研磨处理，使白炭黑粒子负载于二氧化硅粒子的表面，自组装形成具有微纳结构的复合粒子，得到第二混合物。
具体地，研磨过程可采用QZM.1型锥形研磨机进行操作，研磨时，通过变速器将电动机转速传递到凸磨，使凸磨相对固定的凹磨作旋转运动，通过调整凸磨与凹磨的间隙，经过两者的相对转动研磨，使第二混合物中的粒子逐渐细化。
通过填料和成膜物质的选择，在步骤S2的第一研磨处理过程中，纳米级的白炭黑粒子与微米级的二氧化硅粒子之间能够产生机械化学反应，自组装形成具有微纳结构的复合粒子。
具体地，第一研磨处理的转速为800转/分钟-1000转/分钟，时间为40分钟-50分钟，以使纳米级的白炭黑粒子与微米级的二氧化硅粒子能够更好、更充分的自组装形成具有微纳结构的复合粒子。
S3、将第二混合物进行第二研磨处理，得到具有自清洁功能的建筑涂料。
考虑到第二混合物中的复合粒子会聚集、结块，本发明还通过步骤S3对第二混合物进行第二研磨处理，以使得到的涂料的细度为0.01mm-1mm。同时由于各原料和研磨处理时可能会带入水分，在第二研磨处理之后，还进行干燥处理，去除水分，干燥处理的温度优选为40℃-50℃。
本发明的涂料中，填料选择疏水性的白炭黑粒子和微米级的二氧化硅粒子，不仅粒径的选择性大，而且，有利于涂料在建筑物上涂敷和黏附，形成牢固的涂层。
白炭黑粒子和二氧化硅粒子由于组分的相容性，在热力学驱动下能够聚集。当二者的表面被本发明的树脂浸润后，两种粒子的聚集会被抑制，同时，本发明树脂分子链中的羟基可与白炭黑粒子和二氧化硅粒子形成氢键。所以，在第一研磨处理的过程中，纳米级的白炭黑粒子能够负载于微米级的二氧化硅粒子表面，自组装形成一种类似于“草莓状结构”的复合粒子，该复合粒子具有微纳结构。
因此，在将本发明的涂料制成涂层后，具有微纳结构的复合粒子在涂层的表面能够形成微纳结构，从而，使得涂层表面具有很多微小的气囊，这些微小的气囊既可以防止水的浸润，又可以防止油滴的浸润，进而，无论污染物是亲水性的还是亲油性的，均难以在涂层的表面附着。即涂层同时具有疏水性和疏油性，自清洁能力优异，且性能稳定，坚固耐用。
本发明通过填料和成膜物质的选择，在第一研磨处理的过程中即可使纳米级的白炭黑粒子与微米级的二氧化硅粒子自组装形成具有微纳结构的复合粒子，方法简单，适应于工业化生产。
为此，本发明还提供一种具有自清洁功能的建筑涂料，由上述制备方法得到，包括成膜物质、复合粒子、偶联剂和溶剂，其中，成膜物质为疏水性的树脂，且树脂的分子链中含有羟基，复合粒子包括微米级的二氧化硅粒子和负载于二氧化硅粒子表面的疏水性的白炭黑粒子。
从而，在使用本发明制备得到的涂料制成涂层后，复合粒子在涂层的表面能够形成微纳结构，使得污染物无论是亲水性的还是亲油性的，均难以在涂层的表面附着，涂层具有很好的自清洁能力，且性能稳定，坚固耐用。
以下，将通过以下具体实施例对具有自清洁功能的建筑涂料及其制备方法做进一步的说明。
实施例1：
将0.1g疏水性的白炭黑、0.6g微米级的二氧化硅、0.02gKH550、1g氟含量为58％的羟基氟树脂F100和20g溶剂混合，其中，溶剂为质量比为7:2:1的二甲苯、醋酸丁酯和MIBK的混合物。先采用INVT无级变频高速搅拌器对进行搅拌，搅拌时，将反应罐置于搅拌器叶轮下，并上下调整叶轮高度，以叶轮居于混合物中间为宜，用左右固定夹固定反应罐，防止移位，再通过搅拌器在800r/min转速下的进行搅拌45min，得到第一混合物。
将第一混合物加入SHR高速搅拌混合机中进行第一研磨处理，以1000r/min的转速保持45min，得到第二混合物。
第二混合物采用QZM.1型锥形研磨机进行第二研磨处理，研磨时，通过变速器将电动机转速传递到凸磨，使凸磨相对固定的凹磨作旋转运动，经过两者的相对转动研磨，将第二混合物中的粒子逐渐细化，用细度板检测，当细度达到25μm时停止研磨，从锥形研磨机中取出并放置在干燥炉中，调整至45℃下烘干处理1h，得到具有自清洁功能的建筑涂料。
实施例2：
将0.6g疏水性的白炭黑、0.1g微米级的二氧化硅、0.01gKH550、1g氟含量为58％的羟基氟树脂F100和20g溶剂混合，其中，溶剂为质量比为7:2:1的二甲苯、醋酸丁酯和MIBK的混合物。先采用INVT无级变频高速搅拌器对进行搅拌，搅拌时，将反应罐置于搅拌器叶轮下，并上下调整叶轮高度，以叶轮居于混合物中间为宜，用左右固定夹固定反应罐，防止移位，再通过搅拌器在800r/min转速下的进行搅拌50min，得到第一混合物。
将第一混合物加入SHR高速搅拌混合机中进行第一研磨处理，以1000r/min的转速保持45min，得到第二混合物。
第二混合物采用QZM.1型锥形研磨机进行第二研磨处理，研磨时，通过变速器将电动机转速传递到凸磨，使凸磨相对固定的凹磨作旋转运动，经过两者的相对转动研磨，将第二混合物中的粒子逐渐细化，用细度板检测，当细度达到25μm时停止研磨，从锥形研磨机中取出并放置在干燥炉中，调整至45℃下烘干处理1h，得到具有自清洁功能的建筑涂料。
实施例3：
将0.3g疏水性的白炭黑、0.3g微米级的二氧化硅、0.01gKH550、1g氟含量为58％的羟基氟树脂F100和30g溶剂混合，其中，溶剂为质量比为7:2:1的二甲苯、醋酸丁酯和MIBK的混合物。先采用INVT无级变频高速搅拌器对进行搅拌，搅拌时，将反应罐置于搅拌器叶轮下，并上下调整叶轮高度，以叶轮居于混合物中间为宜，用左右固定夹固定反应罐，防止移位，再通过搅拌器在800r/min转速下的进行搅拌50min，得到第一混合物。
将第一混合物加入SHR高速搅拌混合机中进行第一研磨处理，以1000r/min的转速保持45min，得到第二混合物。
第二混合物采用QZM.1型锥形研磨机进行第二研磨处理，研磨时，通过变速器将电动机转速传递到凸磨，使凸磨相对固定的凹磨作旋转运动，经过两者的相对转动研磨，将第二混合物中的粒子逐渐细化，用细度板检测，当细度达到25μm时停止研磨，从锥形研磨机中取出并放置在干燥炉中，调整至45℃下烘干处理1h，得到具有自清洁功能的建筑涂料。
实施例4：
将0.6g疏水性的白炭黑、0.3g微米级的二氧化硅、0.02gKH550、1g氟含量为58％的羟基氟树脂F100和28g溶剂混合，其中，溶剂为质量比为7:2:1的二甲苯、醋酸丁酯和MIBK的混合物。先采用INVT无级变频高速搅拌器对进行搅拌，搅拌时，将反应罐置于搅拌器叶轮下，并上下调整叶轮高度，以叶轮居于混合物中间为宜，用左右固定夹固定反应罐，防止移位，再通过搅拌器在800r/min转速下的进行搅拌50min，得到第一混合物。
将第一混合物加入SHR高速搅拌混合机中进行第一研磨处理，以1000r/min的转速保持45min，得到第二混合物。
第二混合物采用QZM.1型锥形研磨机进行第二研磨处理，研磨时，通过变速器将电动机转速传递到凸磨，使凸磨相对固定的凹磨作旋转运动，经过两者的相对转动研磨，将第二混合物中的粒子逐渐细化，用细度板检测，当细度达到25μm时停止研磨，从锥形研磨机中取出并放置在干燥炉中，调整至45℃下烘干处理1h，得到具有自清洁功能的建筑涂料。
实施例5：
将1.0g疏水性的白炭黑、0.2g微米级的二氧化硅、0.015gKH550、1g氟含量为58％的羟基氟树脂F100和25g溶剂混合，其中，溶剂包括16份二甲苯、5份醋酸丁酯和4份MIBK。先采用INVT无级变频高速搅拌器对进行搅拌，搅拌时，将反应罐置于搅拌器叶轮下，并上下调整叶轮高度，以叶轮居于混合物中间为宜，用左右固定夹固定反应罐，防止移位，再通过搅拌器在800r/min转速下的进行搅拌45min，得到第一混合物。
将第一混合物加入SHR高速搅拌混合机中进行第一研磨处理，以1000r/min的转速保持45min，得到第二混合物。
第二混合物采用QZM.1型锥形研磨机进行第二研磨处理，研磨时，通过变速器将电动机转速传递到凸磨，使凸磨相对固定的凹磨作旋转运动，经过两者的相对转动研磨，将第二混合物中的粒子逐渐细化，用细度板检测，当细度达到25μm时停止研磨，从锥形研磨机中取出并放置在干燥炉中，调整至45℃下烘干处理1h，得到具有自清洁功能的建筑涂料。
实施例6：
将0.1g疏水性的白炭黑、0.1g微米级的二氧化硅、0.01gKH550、1g氟含量为58％的羟基氟树脂F100和20g溶剂混合，其中，溶剂包括14份二甲苯、4份醋酸丁酯和2份MIBK。先采用INVT无级变频高速搅拌器对进行搅拌，搅拌时，将反应罐置于搅拌器叶轮下，并上下调整叶轮高度，以叶轮居于混合物中间为宜，用左右固定夹固定反应罐，防止移位，再通过搅拌器在800r/min转速下的进行搅拌45min，得到第一混合物。
将第一混合物加入SHR高速搅拌混合机中进行第一研磨处理，以1000r/min的转速保持45min，得到第二混合物。
第二混合物采用QZM.1型锥形研磨机进行第二研磨处理，研磨时，通过变速器将电动机转速传递到凸磨，使凸磨相对固定的凹磨作旋转运动，经过两者的相对转动研磨，将第二混合物中的粒子逐渐细化，用细度板检测，当细度达到25μm时停止研磨，从锥形研磨机中取出并放置在干燥炉中，调整至45℃下烘干处理1h，得到具有自清洁功能的建筑涂料。
实施例7：
将0.8g疏水性的白炭黑、0.1g微米级的二氧化硅、0.01gKH550、1g氟含量为58％的羟基氟树脂F100和20g溶剂混合，其中，溶剂包括14份二甲苯、4份醋酸丁酯和2份MIBK。先采用INVT无级变频高速搅拌器对进行搅拌，搅拌时，将反应罐置于搅拌器叶轮下，并上下调整叶轮高度，以叶轮居于混合物中间为宜，用左右固定夹固定反应罐，防止移位，再通过搅拌器在800r/min转速下的进行搅拌45min，得到第一混合物。
将第一混合物加入SHR高速搅拌混合机中进行第一研磨处理，以1000r/min的转速保持45min，得到第二混合物。
第二混合物采用QZM.1型锥形研磨机进行第二研磨处理，研磨时，通过变速器将电动机转速传递到凸磨，使凸磨相对固定的凹磨作旋转运动，经过两者的相对转动研磨，将第二混合物中的粒子逐渐细化，用细度板检测，当细度达到25μm时停止研磨，从锥形研磨机中取出并放置在干燥炉中，调整至45℃下烘干处理1h，得到具有自清洁功能的建筑涂料。
对比例1：
采用市场上采购到的鑫菏功能性纳米涂料XHC-900系列；
对比例2：
采用市场上采购到的抗污易清洁复合涂料XHC-901系列。
将上述实施例1-7和对比例1-2的涂料以相同的条件制成涂层，并对涂层的性能进行测试，部分测试标准和结果如下。
耐老化性：在常温下，测试涂层表面首次出现明显裂纹的的时间。
耐水性：将涂层置于60℃的水温环境下，涂层表面首次出现明显气泡的时间。
户外雨水污痕试验：将涂层置于相同的户外雨水环境中2个月的效果。
表1
Figure BDA0002486696210000101
Figure BDA0002486696210000111
从表1可知，本发明涂层的自清洁能力明显高于对比例涂层的自清洁能力。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将成膜物质、填料、偶联剂和溶剂混合，得到第一混合物；其中，所述填料包括疏水性的白炭黑粒子和微米级的二氧化硅粒子，所述成膜物质为疏水性的树脂，且所述树脂的分子链中含有羟基；
S2、将所述第一混合物进行第一研磨处理，使所述白炭黑粒子负载于所述二氧化硅粒子的表面，自组装形成具有微纳结构的复合粒子，得到第二混合物；
S3、所述第二混合物进行第二研磨处理，得到具有自清洁功能的建筑涂料。
2.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，其特征在于，以1份所述成膜物质计，所述填料的用量为0.2份-1.2份，所述偶联剂的用量为0.01份-0.02份，所述溶剂的用量为20份-30份。
3.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，其特征在于，所述白炭黑粒子与所述二氧化硅粒子的质量比为10:1-1:1。
4.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，其特征在于，所述树脂为羟基氟树脂。
5.根据权利要求4所述的具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，其特征在于，所述树脂为氟含量为58％的羟基氟树脂。
6.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括二甲苯、醋酸丁酯和甲基异丁酮，所述二甲苯、所述醋酸丁酯与所述甲基异丁酮的质量比为(10-1):(4-1):1。
7.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，其特征在于，所述第一研磨处理的转速为800转/分钟-1000转/分钟，时间为40分钟-50分钟。
8.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，其特征在于，通过所述第二研磨处理使所述涂料的细度为0.01mm-1mm。
9.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的建筑涂料的制备方法，其特征在于，在所述第二研磨处理之后，还进行干燥处理。
10.一种具有自清洁功能的建筑涂料，其特征在于，所述建筑涂料由权利要求1-9任一项所述制备方法得到，包括成膜物质、复合粒子、偶联剂和溶剂，其中，所述成膜物质为疏水性的树脂，且所述树脂的分子链中含有羟基，所述复合粒子包括微米级的二氧化硅粒子和负载于所述二氧化硅粒子表面的疏水性的白炭黑粒子。
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