CN113234365A - 一种水性耐候自洁涂料及其制备方法、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性耐候自洁涂料及其制备方法、应用。该水性耐候自洁涂料包括如下原料：水、纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂、成膜助剂、纳米二氧化钛、钛白粉、高岭土、重钙、水性氟碳乳液树脂、消泡剂、流平剂和增稠剂。本发明提供的水性耐候自洁涂料，通过各原料的相互配合，不仅能够达到自洁净的功效，而且能够提高涂膜的防流挂性和防结皮性，以及涂层的耐温变、耐腐蚀和耐污染等特性。

Description

一种水性耐候自洁涂料及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种水性耐候自洁涂料及其制备方法、应用。
背景技术
丙烯酸酯类涂料在紫外线照射下不易分解或变黄，长期使用仍可保持原有的光彩和色泽，因此，丙烯酸酯类涂料在外墙建筑上得到了广泛应用。
但是随着经济的发展，人们对外墙涂料的性能要求也日益提高。不仅要求外墙涂料具有保色保光性，还要求其具有耐候性和自洁性。但是现有的丙烯酸酯类涂料存在高温易返粘、低温易脆裂、自洁性差等缺陷，不能满足人们对外墙涂料的性能需求。
如何开发出一种具有高耐候性、高自洁性的建筑外墙用涂料，一直是建筑涂料领域难以解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种水性耐候自洁涂料及其制备方法、应用，该水性耐候自洁涂料不仅具有耐温变、耐腐蚀及耐污染等特性，而且具有自清洁功能。该水性耐候自洁涂料的一次涂层能使用的年限长达20年，并且涂抹后的涂层无色透明，不改变外墙建筑的原色，也可以在该涂料中添加颜料，涂抹后得到不同颜色的建筑外墙。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种水性耐候自洁涂料，包括如下重量份的原料：水15-20份、纤维素0.2-0.3份、分散剂0.5-0.7份、润湿剂0.15-0.25份、防冻剂12-16份、成膜助剂10-15份、纳米二氧化钛3-5份、钛白粉18-22份、高岭土3-5份、重钙10-15份、水性氟碳乳液树脂40-45份、消泡剂0.4-0.6份、流平剂0.5-1份和增稠剂0.1-0.2份。
本发明提供的水性耐候自洁涂料，在建筑外墙上施工完毕后，涂层在1h内即可干燥，而且在涂层表面会形成一层薄薄的涂膜，该涂膜中的钛白粉和纳米二氧化钛吸收可见光后会产生自由电子和空穴，使涂膜表面吸咐的污染物发生氧化还原反应被分解，分解后的产物会被雨水冲洗干净或者被风吹净，进而达到自洁的目的。通过水性氟碳乳液树脂和成膜助剂、流平剂的相互配合，不仅可提高涂层对建筑外墙的附着力，而且还可提高涂膜的防流挂性和防结皮性。水性氟碳乳液树脂与纳米二氧化钛相互配合，能够提高涂层的耐温变、耐腐蚀、耐污染等特性。
通过控制纳米二氧化钛的用量，防止用量过多影响体系的稳定性，使后续增稠严重，且成本增加；防止用量过少，达不到成膜效果。本发明中特定用量的纳米二氧化钛，既能够达到成膜的效果，又可以降低成本。
本发明提供的水性耐候自洁涂料，不仅具有耐温变、耐腐蚀及耐污染等特性，而且具有自清洁功能。该水性耐候自洁涂料的一次涂层能使用的年限长达20年，并且涂抹后的涂层无色透明，不改变外墙建筑的原色，也可以在该涂料中添加颜料，涂抹后得到不同颜色的建筑外墙。
可选地，所述钛白粉为金红石型钛白粉。金红石型钛白粉的晶型更趋向六面体，相比于锐钛矿型钛白粉，金红石型钛白粉更容易分散均匀，通过采用金红石型钛白粉，可提高水性耐候自洁涂料的均匀性。
可选地，所述纳米二氧化钛的粒径小于100nm。小于100nm的纳米级超微细二氧化钛不仅具有半导体性质，而且具有高稳定性、高透明性、高活性和高分散性。此外，小于100nm的二氧化钛无毒性，还具有颜色效应，以及抗紫外线、抗菌、自洁净和抗老化等性能。
可选地，所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇醚聚氧乙烯、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物中的任意一种；
所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂；
所述纤维素为羟乙基纤维素；
所述防冻剂为甲醇、乙醇和乙二醇中的一种或两种以上的混合物。
可选地，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐类分散剂；
所述消泡剂为矿物油类消泡剂；
所述流平剂为聚氨酯类流平剂；
所述成膜助剂为醇类、醇酯类和醇醚类中的一种或两种以上的混合物。
可选地，所述水性耐候自洁涂料还包括杀菌剂0.1-0.2份。通过在涂料中添加少量的杀菌剂，可提高涂料的杀菌性能，防止由于外界环境湿度大滋生细菌。
可选地，所述杀菌剂为陶氏的LXE。
本发明还提供了一种水性耐候自洁涂料的制备方法，包括如下步骤：
根据上述水性耐候自洁涂料的原料重量份配比称取各原料，在搅拌状态下，将纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂和成膜助剂加入到水中，混合均匀，然后加入纳米二氧化钛、钛白粉、高岭土和重钙，分散均匀后刮板至细度≤55μm，得备料浆；
向备料浆中加入水性氟碳乳液树脂和消泡剂，分散均匀，然后加入流平剂，分散均匀后加入增稠剂，即得所述水性耐候自洁涂料。
可选地，上述水性耐候自洁涂料的制备方法还包括将杀菌剂加入到水中的步骤。
本发明还提供了上述的水性耐候自洁涂料或上述的水性耐候自洁涂料的制备方法制得的水性耐候自洁涂料在建筑外墙中的应用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的水性耐候自洁涂料可广泛应用于建筑物外墙。现有的用于建筑物外墙的涂料大多为丙烯酸酯类涂料，普遍存在自洁性和耐候性差的缺陷，自洁性差会影响建筑物的美观，耐候性差会导致涂料的使用年限较短，增加成本。为解决上述问题，有的在现有涂料的基础上添加了纳米硅溶胶和/或纳米二氧化钛，虽然一定程度上提高了自洁性能，但是仍然存在高温易返粘，低温易脆裂，附着力、防潮性和抗大气腐蚀性差，干燥时间较长，防流挂性能和防结皮性较差等缺陷。
为提高建筑外墙用的水性涂料的自清洁、耐候性、附着力、防流挂性和防结皮性，减少涂层干燥时间等，本发明实施例对现有的涂料进行了改进，通过添加水性氟碳乳液树脂，并利用其与其它原料的相互配合作用，使得涂层不仅具有超长的耐候性，优异的保光、保色性，耐酸，耐盐雾，超强的抗污染性，高强度，高光泽，而且具有极强的附着力，涂膜致密性，优异的耐磨性和装饰性。此外，水性氟碳乳液树脂中含有的F-C化学键具有极好的稳定性，对紫外线抵抗能力强，该水性涂料的室外涂装可保护20年以上，具有比任何其它类型涂料更为优异的使用性能。
水性氟碳乳液树脂与纳米二氧化钛两者相互配合，利用水性氟碳乳液树脂具有极低的表面能的特性，结合纳米二氧化钛光催化反应产生的高活性的氧化-还原电子对污物进行分解，产生亲水性变化的特性，使得该水性涂料涂层的表面形成一层薄薄的纳米级的涂膜，该涂膜表面的污物很容易被雨水冲洗干净，不会粘尘结垢，防污性好，从而达到自清洁的作用。
本发明的水性耐候自洁涂料，相比传统的自清洁材料具有更显著的效果。
本发明实施例中水性耐候自洁涂料，包括如下重量份的原料：水15-20份、纤维素0.2-0.3份、分散剂0.5-0.7份、润湿剂0.15-0.25份、防冻剂12-16份、成膜助剂10-15份、纳米二氧化钛3-5份、钛白粉18-22份、高岭土3-5份、重钙10-15份、水性氟碳乳液树脂40-45份、消泡剂0.4-0.6份、流平剂0.5-1份和增稠剂0.1-0.2份。
其中，水性耐候自洁涂料中的各原料不再进行具体限定，只要是本领域内的现有的均能满足本方案的实施，此处只是进行简单列举，如：钛白粉可选自金红石型钛白粉，纳米二氧化钛的粒径可选自小于100nm的；
润湿剂可选自烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇醚聚氧乙烯、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物等中的任意一种；如科莱恩LCN407、科莱恩2070等
增稠剂为聚氨酯类增稠剂，如陶氏8W、陶氏12W等；
纤维素为羟乙基纤维素，科莱恩HS30000等；
防冻剂为甲醇、乙醇和乙二醇等中的一种或两种以上的混合物；
分散剂为聚丙烯酸铵盐类分散剂，如巴斯夫(科宁)Texaphor 963等；
消泡剂为矿物油类消泡剂，如巴斯夫FoamStar 2410等；
流平剂为聚氨酯类流平剂，如法国高泰2025等；
成膜助剂为醇类、醇酯类和醇醚类等中的一种或两种以上的混合物，如齐鲁伊斯曼特种化工有限公司
Figure BDA0003129782230000051
酯醇等。
水性耐候自洁涂料还可以包括杀菌剂0.1-0.2份。
杀菌剂为陶氏的LXE等。
为进一步提高水性耐候自洁涂料的防流挂性能和防结皮性能，本申请实施例提供了水性耐候自洁涂料的制备方法：
根据上述水性耐候自洁涂料的原料重量份配比称取各原料，在搅拌状态下，将纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂和成膜助剂加入到水中，混合均匀，然后加入纳米二氧化钛、钛白粉、高岭土和重钙，分散均匀后刮板至细度≤55μm，得备料浆；
向备料浆中加入水性氟碳乳液树脂和消泡剂，分散均匀，然后加入流平剂，分散均匀后加入增稠剂，即得所述水性耐候自洁涂料。
当水性耐候自洁涂料中含有杀菌剂时，可以将杀菌剂、纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂和成膜助剂加入到水中。
为了验证本发明水性耐候自洁涂料的性能，本发明依据HG/T 4104-2009建筑用水性氟涂料对水性耐候自洁涂料进行了测试，具体方法见HG/T 4104-2009，检测结果见下方实验例部分。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。
为便于比较，以下各实施例和对比例中的原料均采用如下表所示的厂家型号。
表1
Figure BDA0003129782230000061
实施例1
本实施例提供一种水性耐候自洁涂料，其制备方法如下：
(1)将15kg去离子水加入反应罐中，然后在150rpm的搅拌速度下，依次加入0.1kg杀菌剂、0.25kg纤维素、0.5kg分散剂、0.15kg润湿剂、12kg防冻剂和12kg成膜助剂，加入完毕后，继续在150rpm的搅拌速度下搅拌5min；
(2)继续向反应罐中依次加入18kg金红石钛白粉、3kg纳米二氧化钛、3kg高岭土、12kg重钙，加入完毕后，在1200rpm的搅拌速度下搅拌30min至均匀，然后用刮板细度计刮细至细度为55um，得备料浆；
(3)向备料浆中依次加入40kg水性氟碳乳液树脂和0.4kg消泡剂，然后在700rpm的搅拌速率下搅拌10min至均匀；然后加入0.5kg流平剂，并以900rpm的速度搅拌5min后，加入0.1kg增稠剂进行增稠，即得水性耐候自洁涂料。
25℃采用斯托默粘度计测得该水性耐候自洁涂料的粘度为93KU。
实施例2
本实施例提供一种水性耐候自洁涂料，其制备方法如下：
(1)将18kg去离子水加入反应罐中，然后在150rpm的搅拌速度下，依次加入0.15kg杀菌剂、0.3kg纤维素、0.7kg分散剂、0.25kg润湿剂、16kg防冻剂和10kg成膜助剂，加入完毕后，继续在150rpm的搅拌速度下搅拌5min；
(2)继续向反应罐中依次加入20kg金红石钛白粉、5kg纳米二氧化钛、4kg高岭土、10kg重钙，加入完毕后，在1200rpm的搅拌速度下搅拌30min至均匀，然后用刮板细度计刮细至细度为50um，得备料浆；
(3)向备料浆中依次加入45kg水性氟碳乳液树脂和0.6kg消泡剂，然后在700rpm的搅拌速率下搅拌10min至均匀；然后加入0.8kg流平剂，并以900rpm的速度搅拌5min后，加入0.15kg增稠剂进行增稠，即得水性耐候自洁涂料。
25℃采用斯托默粘度计测得该水性耐候自洁涂料的粘度为100KU。
实施例3
本实施例提供一种水性耐候自洁涂料，其制备方法如下：
(1)将20kg去离子水加入反应罐中，然后在150rpm的搅拌速度下，依次加入0.2kg杀菌剂、0.2kg纤维素、0.6kg分散剂、0.2kg润湿剂、15kg防冻剂和15kg成膜助剂，加入完毕后，继续在150rpm的搅拌速度下搅拌5min；
(2)继续向反应罐中依次加入22kg金红石钛白粉、5kg纳米二氧化钛、5kg高岭土、15kg重钙，加入完毕后，在1200rpm的搅拌速度下搅拌30min至均匀，然后用刮板细度计刮细至细度为45um，得备料浆；
(3)向备料浆中依次加入42kg水性氟碳乳液树脂和0.2kg消泡剂，然后在700rpm的搅拌速率下搅拌10min至均匀；然后加入1kg流平剂，并以900rpm的速度搅拌5min后，加入0.2kg增稠剂进行增稠，即得水性耐候自洁涂料。
25℃采用斯托默粘度计测得该水性耐候自洁涂料的粘度为110KU。
实施例4
本实施例提供的水性耐候自洁涂料及其制备方法与实施例1相似，区别仅在于，本实施例中没有添加杀菌剂。
25℃采用斯托默粘度计测得该水性耐候自洁涂料的粘度为92KU。
对比例1
本对比例提供的水性耐候自洁涂料及其制备方法与实施例1相似，区别仅在于，本对比例中将40kg水性氟碳乳液树脂替换为10kg纳米硅溶胶(澳汉化工AH-G3)和30kg苯丙乳液(上海保立佳新材料有限公司BLJ-8618F)；
制备方法的步骤(3)中，向备料浆中依次加入10kg纳米硅溶胶、30kg丙烯酸酯共聚乳液和0.2kg消泡剂。
25℃采用斯托默粘度计测得该水性耐候自洁涂料的粘度为90KU。
实验例
将各实施例和对比例制得的水性耐候自洁涂料分别按照HG/T 4104-2009建筑用水性氟涂料进行相关性能测试，具体测试结果如下表所示。
表2测试结果
Figure BDA0003129782230000091
由上表中的数据可知，本发明提供的水性耐候自洁涂料满足了外墙涂料的基础性能，综合性能优异。该水性耐候自洁涂料不仅具有自洁净功能，而且能够提高涂料对建筑外墙的附着力，提高涂层的防流挂性、防结皮性、耐温变、耐腐蚀和耐污染等特性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水性耐候自洁涂料，其特征在于，包括如下重量份的原料：水15-20份、纤维素0.2-0.3份、分散剂0.5-0.7份、润湿剂0.15-0.25份、防冻剂12-16份、成膜助剂10-15份、纳米二氧化钛3-5份、钛白粉18-22份、高岭土3-5份、重钙10-15份、水性氟碳乳液树脂40-45份、消泡剂0.4-0.6份、流平剂0.5-1份和增稠剂0.1-0.2份。
2.根据权利要求1所述的水性耐候自洁涂料，其特征在于，所述钛白粉为金红石型钛白粉。
3.根据权利要求1所述的水性耐候自洁涂料，其特征在于，所述纳米二氧化钛的粒径小于100nm。
4.根据权利要求1所述的水性耐候自洁涂料，其特征在于，所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇醚聚氧乙烯、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物中的任意一种；和/或
所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂；和/或
所述纤维素为羟乙基纤维素；和/或
所述防冻剂为甲醇、乙醇和乙二醇中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的水性耐候自洁涂料，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐类分散剂；和/或
所述消泡剂为矿物油类消泡剂；和/或
所述流平剂为聚氨酯类流平剂；和/或
所述成膜助剂为醇类、醇酯类和醇醚类中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1-5任一项所述的水性耐候自洁涂料，其特征在于，所述水性耐候自洁涂料还包括杀菌剂0.1-0.2份。
7.根据权利要求6所述的水性耐候自洁涂料，其特征在于，所述杀菌剂为陶氏的LXE。
8.一种水性耐候自洁涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据权利要求1-7任一项所述水性耐候自洁涂料的原料重量份配比称取各原料，在搅拌状态下，将所述纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂和成膜助剂加入到所述水中，然后加入所述纳米二氧化钛、钛白粉、高岭土和重钙，分散均匀后刮板至细度≤55μm，得备料浆；
向所述备料浆中加入水性氟碳乳液树脂和消泡剂，分散均匀，然后加入所述流平剂，分散均匀后加入所述增稠剂，即得所述水性耐候自洁涂料。
9.根据权利要求8所述的水性耐候自洁涂料的制备方法，其特征在于，还包括将所述杀菌剂加入到水中的步骤。
10.权利要求1-7任一项所述的水性耐候自洁涂料或权利要求8或9所述的水性耐候自洁涂料的制备方法制得的水性耐候自洁涂料在建筑外墙中的应用。
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