CN113429841A - 用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物以及含有该保温涂层的墙体反射隔热涂层体系 - Google Patents
用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物以及含有该保温涂层的墙体反射隔热涂层体系 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物以及含有该保温涂层的墙体反射隔热涂层体系。具体地，所述水性涂料组合物，基于所述水性涂料组合物的总重，包含至少65wt％的水性胶乳；至少5wt％的已膨胀有机聚合物微珠；至少10wt％的水；和0至15wt％的附加添加剂，所述附加添加剂包括增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、疏水剂、偶联剂、杀菌剂、防霉剂或其任意组合。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物以及含有该保温涂层的墙体反射隔热涂层体系。
背景技术
目前，随着经济的日益发展，能耗问题越来越受到人们的关注。作为能源消耗的大户，建筑能耗每年约占全国能耗的30％至40％左右。因此，如何降低建筑能耗成为各类节能研究中最紧迫、最亟待解决的问题。
建筑节能主要体现在两个方面：保温和隔热，两者都是为了保持室内具有适宜的温度而采取的措施。保温一般指维护结构在冬季阻止室内向室外传热，而使室内保持适当的温度；而隔热通常指维护结构在夏季隔离太阳辐射热和室外高温的影响，使其内表面保持适当温度。在建筑隔热材料中，隔热涂层或涂层体系因使用方便、隔热效果好及经济可行等优点而越来越受到人们的青睐。
目前，建筑用隔热层主要以无机发泡水泥板、岩棉板(带)、无机保温砂浆为基础，佐以包含空心微珠和玻化微珠的饰面涂层。这种产品以整体饰面板为主，需要在工厂制作好，现场拼装，所以灵活度低。在遇到异形建筑结构时，这种产品的适用性受限。
因此，涂料工业中仍然需要改进的隔热涂层。
发明内容
本发明一方面提供了一种用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其基于所述水性涂料组合物的总重包含，至少65wt％的水性胶乳；至少5wt％的已膨胀有机聚合物微珠；至少10wt％的水；0至5wt％的气凝胶；和0至15wt％的附加添加剂，所述附加添加剂包括增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、疏水剂、偶联剂、杀菌剂、防霉剂或其任意组合，其中，所述水性涂料组合物基本上不含无机矿物填料。
在根据本发明的一个实施方式中，所述用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，基于所述涂料组合物的总重，包含：
65至80wt％的所述水性乳液；
5至15wt％的所述已膨胀有机聚合物微珠；
10至12wt％的水；
0.1至4wt％的气凝胶；和
0.1-10wt％的附加添加剂，所述附加添加剂包括增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、疏水剂、偶联剂、杀菌剂、防霉剂或其任意组合，
其中所述水性涂料组合物基本上不含无机矿物填料。
在本发明的另一个方面中，本发明提供了一种墙体反射隔热涂层体系，其包含由根据本发明的水性涂料组合物形成的保温涂层。在根据本发明的一个实施方式中，所述墙体反射隔热涂层体系包含：
(a)疏水性底涂层，所述底涂层具有至多0.3mL/24小时的透水率；
(b)由本发明的水性涂料组合物形成的保温涂层；
(c)反射性面涂层，所述面涂层的太阳反射比为至少85％，和/或半球发射比为至少85％。
本发明人惊讶地发现，在不额外添加无机矿物填料的情况下，将具有优异保温性能的空心材料，特别是已膨胀有机聚合物微珠，与显著大量(例如相对于水性涂料组合物的总重至少65wt％)的水性胶乳进行组合，可以制备得到具有优异储存稳定性的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，该水性涂料组合物可以长时间放置而不会分层，并且由此种水性涂料组合物形成的墙体保温涂层具有优异的弹性，可以很好地抵御基材开裂的问题，适用于异形建筑结构，且以较低的厚度即可达到良好的保温效果。
而且，本发明的发明人更惊讶地发现，由上述水性涂料组合物形成的墙体保温涂层当与树脂含量较高的疏水性底涂层和热反射性面涂层进行组合时，可以产生协同效应，得到热反射性能和隔热性能二者良好叠加的涂层体系。
此外，根据本发明的用于墙体保温涂层的水性涂料组合物容易施工，操作便利，适于大面积推广应用。
定义
在本文中使用时，除非另有说明，“一种”、“这种”、“至少一种”和“一种或多种”以及不使用数量词的情形可互换使用。因此，例如包含“一种”添加剂的涂料组合物可以被解释为表示该涂料组合物中包含“一种或多种”添加剂。除本文中另有说明外，本文中单数形式的使用还意在包括复数形式。
在组合物被描述为包括或包含特定组分的情况下，不排除该组合物包含其它可选组分，并且除非明确地另有指明，预计该组合物也可由所涉及的特定组分构成或组成，或者在方法被描述为包括或包含特定工艺步骤的情况下，不排除该方法包含其它的可选工艺步骤，并且除非明确地另有指明，预计该方法也可由所涉及的特定工艺步骤构成或组成。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文中使用的术语“已膨胀有机聚合物微珠”是指热塑性空心丙烯酸类聚合物微球，其是已经经历过热膨胀加工工艺的膨胀了的微球，在加热条件下基本上不会进一步膨胀，不同于“可膨胀有机聚合物微球”。
在涉及“已膨胀有机聚合物微球”的上下文中，术语“含水率”是用于衡量湿粉形式的已膨胀有机聚合物微球中的水的含量的参数。具体地，在根据本发明的一些实施方式中，湿粉形式的已膨胀有机聚合物微球由已膨胀有机聚合物微球、水以及其他溶剂组成，其中，相对于湿粉形式的已膨胀有机聚合物微球的总重，水的含量为至少70wt％或更高，优选为75wt％或更高。
在涉及“已膨胀有机聚合物微球”的上下文中，术语“固含量”是用于衡量湿粉形式的已膨胀有机聚合物微球中的已膨胀有机聚合物微球的含量的参数。具体地，在根据本发明的一些实施方式中，湿粉形式的已膨胀有机聚合物微球由已膨胀有机聚合物微球、水以及其他溶剂组成，其中，相对于湿粉形式的已膨胀有机聚合物微球的总重，已膨胀有机聚合物微球的含量在15-20wt％的范围内。
在本发明的上下文中，术语“无机矿物填料”是指主要原料为无机矿物或非金属矿物、经过加工后的具有一定化学成分、几何形状和表面特性的粉体材料。从化学组成上来分，无机矿物填料可以分成氧化物或氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、碳质及复合矿物填料几大类。在本发明的实施方式中，水性涂料组合物基本上不含“无机矿物填料”。在该种实施方式中，短语“水性涂料组合物基本上不含无机矿物填料”是指，该水性涂料组合物的各组分以及配制形成的涂料组合物中不含任何额外添加的上述无机矿物填料，优选地不含任何本领域已知的无机矿物填料。当在本文中使用短语“基本上不含”时，此类短语并非旨在排除存在可能作为环境污染物存在或由于环境污染而存在的痕量相关无机矿物填料。
在本文中使用的术语“透水率”是衡量涂层疏水性以及孔隙率二者的量度。具体地，透水率是指，在环境条件下，例如室温(25℃)、大气压下，特定时间段内，例如24小时内，渗透通过涂层的水量。一般而言，建筑墙体用涂层的透水率小于或等于0.5mL/24小时。在本发明中，疏水性底涂层的透水率为至多0.3mL/24小时，但可以大于或等于0.15mL/24小时，或大于或等于0.1mL/24小时。
本文中使用的术语“太阳反射比”是指，物体反射到半球空间的太阳辐射通量与入射在物体表面上的太阳辐射通量的比值。在本发明中，热反射面涂层的太阳反射比为至少85％。
本文中使用的术语“半球发射率”是指，一个辐射源在半球方向上的辐射出射度与具有同一温度的黑体辐射源的辐射出射度的比值。在本发明中，热反射面涂层的半球发射率为至少85％。
本文中使用的术语“导热系数”是指，在由建筑墙体构成的围护结构两侧的空气温度差为1K的条件下，在单位时间内通过单位厚度围护结构的导热量，单位为W/(m.K)。
当在“涂层涂覆在表面或基材上”这样的上下文中使用时，术语“在……上”包括涂层直接地或间接地涂覆到表面或基材上。因此，例如涂层涂覆到基材上的底涂层上相当于涂层涂覆在基材上。
本文中提及的“墙体”包括建筑物内墙或外墙。本发明的用于墙体保温涂层的水性涂料组合物以及涂层体系优选应用于建筑外墙。
当出现在本说明书和权利要求中时，术语“包含”、“包括”、“含有”及其变体不具有限制性含义。
在本发明中，通过端点限定的数值范围包括该范围内的所有任何数值，例如1到5的范围涵盖了数值1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等。而且，公开的数值范围包括在该较宽范围内的所有子集范围，例如1到5的范围包括了子范围1到4、1.5到4.5、1到2等。
术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本发明实施方案。然而，在相同或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。另外，一个或多个优选的实施方案的叙述不意味着其他实施方案是不可用的，并且不旨在将其他实施方案排除在本发明范围外。
具体实施方式
本发明实施例的一个方面提供了一种用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其基于所述水性涂料组合物的总重包含，至少65wt％的水性胶乳；至少5wt％的已膨胀有机聚合物微珠；至少10wt％的水；0至5wt％的气凝胶；和0至15wt％的附加添加剂，所述附加添加剂包括增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、疏水剂、偶联剂、杀菌剂、防霉剂或其任意组合，其中，所述水性涂料组合物基本上不含无机矿物填料。
如上所述，在根据本发明的实施方式中，水性涂料组合物基本上不含无机矿物填料。众所周知，在涂料组合物的配制过程中，通常向涂料组合物中添加一定量的无机矿物填料以提高提高涂层的机械强度。在涂料领域中，常用的无机矿物填料包括但不限于氧化物或氢氧化物，诸如氧化镁、氧化铝、氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钙、钛白粉等；硅酸盐，诸如滑石粉、云母粉、高岭土、煅烧高岭土、硅灰石、硅藻土、石英粉、长石粉、膨润土、海泡石、凹凸棒是、石棉、锆石等；碳酸盐，诸如碳酸钙、碳酸镁等；硫酸盐，诸如石膏粉、硫酸钡、明矾石等；复合矿物填料，诸如硫酸钙/硅灰石复合填料、氢氧化镁/氢氧化铝复合填料；滑石/透辉石复合填料等等。然而，在根据本发明的实施方式中，在配制用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物时，需要减少甚至避免无机矿物填料的添加，因为无机矿物填料的添加会导致涂层的导热系数上升，降低涂层的隔热性能。因此，在根据本发明的一个优选实施方式中，水性涂料组合物不含无机矿物填料。
在根据本发明的实施方式中，在用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物中包含显著大量(例如相对于水性涂料组合物的总重至少65wt％)的水性胶乳，其明显高于常规水性涂料组合物中水性胶乳的用量。本发明的发明人惊讶地，在用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物的制备中，将上述显著大量的水性胶乳与已膨胀有机聚合物微珠相配合不仅可以提供具有优异弹性的涂层以解决基材开裂的问题，还可以解决已膨胀有机聚合物微珠在水性分散体中稳定性较差这个技术难题，这在本申请之前是难以预见的。众所周知，已膨胀聚合物作为具有优异隔热性能的材料能够赋予涂层优异的隔热性能，然而，这种已膨胀聚合物在水性体系中特别容易出现分层，从而导致体系不稳定。并非受敷于任何理论，本发明的发明人相信，在采用已膨胀有机聚合物微珠配制的水性涂料组合物中，较大量的水性胶乳的存在能够起到有效分散聚合物微珠的作用，从而使其能够在水性体系中稳定地分散，而不会出现分层。因此，在根据本发明的一个优选实施方式中，基于所述水性涂料组合物的总重，所述水性胶乳以65-80wt％的量存在。
本文中使用的术语“水性胶乳”是指，天然树脂或合成树脂(即聚合物)以微粒形式在水性介质中形成的乳液或水分散体。因此，在本申请中当针对聚合物使用时，除非另有声明，术语“水性胶乳”、“乳液”和“水性分散体”可以交替使用。所述“水性胶乳”可以采用乳液聚合工艺得到，也可以通过其它聚合方式制备后再次分散在水性体系中。适当的乳液聚合工艺是本领域普通技术人员已知的，其通常包含如下步骤：可选在适当的乳化剂和/或分散稳定剂的作用下并借助于搅拌，使可聚合单体在水中分散成乳状液，并且例如通过添加引发剂引发单体的聚合。在本发明中，可以通过例如有机官能团(包括，但不限于羧基、羟基、氨基、异氰酸酯基、磺酸基等等)的修饰对聚合物颗粒进行改性，从而获得具有所需性能(例如分散性)的水性胶乳。因此，在本发明中，术语“水性胶乳”不仅包括未经改性的聚合物颗粒在水性介质中的分散体，还包括经有机官能团改性的聚合物颗粒在水性介质中的分散体。水性胶乳中的聚合物颗粒的尺寸可以通过本领域所公知的z均粒径来进行度量，其是指，采用动态光散射法，例如采用Marvlen Zetasizer 3000HS微观粒径分析仪测定的颗粒的尺寸。在本发明中，水性胶乳中聚合物颗粒的z均粒径为至多200nm，优选为至多150nm、更优选小于130nm、还要更优选小于125nm，甚至更优选小于110nm或更小。但水性胶乳中聚合物颗粒的z均粒径优选为至少50nm，优选为至少80nm或更大。
在本发明的一个实施方式中，在用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物中，水性胶乳包括有机硅水性胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯水性胶乳、纯丙烯酸酯水性胶乳、有机硅改性的丙烯酸酯水性胶乳、醋酸乙烯酯水性胶乳、醋酸乙烯酯-丙烯酸酯水性胶乳、乙烯-醋酸乙烯酯水性胶乳、醋酸乙烯酯-乙烯水性胶乳、醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-叔碳酸酯(例如叔碳酸乙烯酯VeoVa 10)水性胶乳或其组合。
在本发明的一个具体实施方式中，在用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物中，水性胶乳包括纯丙烯酸酯水性胶乳和苯乙烯-丙烯酸酯水性胶乳的组合。
如上所述，水性乳液可以采用本领域普通技术人员所熟知的适当的乳液聚合方法制备。或者，作为水性乳液的实例，可以使用任意适当的可商购产品，诸如苯乙烯-丙烯酸酯水性乳液，例如购自巴德富实业有限公司的RS 998A或RS 968；纯丙烯酸酯水性乳液，例如万华化学公司的
所述水性胶乳的固含量在45-55wt％的范围内。
在根据本发明的实施方式中，在用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物中包含一定量的已膨胀有机聚合物微球，从而提供具有保温效果的涂层。如上所述，已膨胀有机聚合物微球是中空的球体，这种微球在涂层成膜过程中通常会均匀地排列形成致密连续的类真空结构，从而使得所得涂层具有优异的保温效果。根据本发明，基于所述水性涂料组合物的总重，已膨胀有机聚合物微球以至少5wt％的量存在，但优选不超过20wt％的范围内。如果已膨胀有机聚合物微球的用量过低，则其在成膜过程中难以形成致密连续的类真空结构，从而难以获得想要的保温效果；如果已膨胀有机聚合物微球的用量过高，则由其配制的水性涂料组合物容易分层，不能稳定存在。因此，在根据本发明的优选实施方式中，基于所述水性涂料组合物的总重，已膨胀有机聚合物微球的用量在5至15wt％的范围内。
在根据本发明的一个实施方式中，已膨胀有机聚合物微珠为湿粉形式。如上所述，湿粉形式的已膨胀有机聚合物微球由已膨胀有机聚合物微球、水以及其他溶剂组成，其包含较高的水含量。本发明的发明人发现，已膨胀有机聚合物微珠的含水率越高，其与水性涂料组合物中的其他组分的相容性越好，而且其在水性涂料组合物中的分散性也越好。因此，采用具有较高含水率的已膨胀有机聚合物微珠对于获得具有优异储存稳定性的水性涂料组合物来说是重要的。优选地，已膨胀有机聚合物微珠具有70％或更高的含水率，优选具有75％或更高的含水率，更优选具有80％或更高的含水率。而且，已膨胀有机聚合物微珠具有15-20wt％的固含量，优选具有15-18wt％的固含量。
在根据本发明的一个实施方式中，已膨胀有机聚合物微珠是空心的细小微珠。在一个实施方式中，所述已膨胀有机聚合物微珠是具有丙烯酸类树脂壳的空心微珠。已膨胀有机聚合物微珠的平均粒径，即D50，可以在宽范围内变化，例如优选在约50至约100微米的范围内变化，更优选在约60至约90微米的范围内变化。
作为已膨胀有机聚合物微珠的实例，可以使用任意适当的可商购产品，诸如使用商购自松尾中国的已膨胀微球MH-60W16或MH-80W15。
在根据本发明的实施方式中，在用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物中还可以包含一定量水，以调节水性涂料组合物的粘度。例如，根据本发明的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物包含至少10wt％的水，优选包含10-12wt％的水。当然，在根据本发明的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物中，水的添加量可以根据需要在更宽的范围内变化，甚至落在上述范围以外。
在根据本发明的实施方式中，在用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物中还可选包含一定量气凝胶，以进一步提高涂层的保温效果。例如，根据本发明的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物包含0至5wt％的气凝胶，优选包含0.1-4wt％的气凝胶。当然，在根据本发明的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物中，气凝胶的添加量可以根据需要在更宽的范围内变化，甚至落在上述范围以外。
在根据本发明的实施方式中，在用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物中还可选包含附加添加剂，这些添加剂不会不利地影响水性涂料组合物或由其得到的固化涂层。适当的添加剂包括例如会改善组合物的加工性能或制造性能、改善水性涂料组合物或由其得到的固化涂层的特定功能性质或特性(诸如对基材的粘附性)或者降低成本的那些试剂。可以包含的添加剂例如是增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、疏水剂、偶联剂、杀菌剂、防霉剂、润滑剂、增塑剂、表面活性剂、着色剂、抗氧化剂、流动控制剂、触变剂、粘着促进剂、UV稳定剂或其组合。各个可选成分的含量足以起到其意欲达到目的，但优选地，这样的含量不会不利地影响水性涂料组合物或由其得到的固化涂层。在一个优选的实施方式中，本发明的水性涂料组合物还可选地包含增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、疏水剂、偶联剂、杀菌剂、防霉剂或其任意组合作为附加添加剂。根据本发明，附加添加剂的总量相对于水性涂料组合物的总重为0wt％至约15wt％，优选为0.1-10wt％。
在根据本发明的一个优选实施方式中，用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其基于所述涂料组合物的总重包含：
65至80wt％的所述水性胶乳；
5至15wt％的所述已膨胀有机聚合物微珠；
10至12wt％的水；
0.1至4wt％的所述气凝胶；和
0.1-10wt％的附加添加剂，所述附加添加剂包括增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、疏水剂、偶联剂、杀菌剂、防霉剂或其任意组合。
在根据本发明的一个实施方式中，所述水性涂料组合物的固含量为70wt％或更高，明显高于传统水性涂料组合物的固含量40％。
在根据本发明的一个实施方式中，所述水性涂料组合物在室温下静止1周或更长、优选1个月或更长，还要更优选3个月或更长，甚至更优选6个月或更长的时间段后不分层。
本发明用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物的制备可以采用本领域普通技术人员所熟知的任何适当的混合方法来实现。例如水性涂料组合物可以通过如下制成：将水性乳液、已膨胀有机聚合物微珠、水和存在的额外添加剂添加到容器中，然后将所得混合物搅拌至均匀。或者水性涂料组合物可以通过如下制成：将部分附加添加剂与已膨胀有机聚合物微珠混乳液以及剩余的附加添加剂，从而形成均匀的混合物。
本发明的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物可以通过本领域普通技术人员已知的常规方法涂覆。例如，水性涂料组合物可以通过喷枪、辊子或涂刷进行涂覆。以这种方式，可由本发明的水性涂料组合物形成保温涂层，该涂层也落在本发明的保护范围内。
因此，在本发明实施例的另一方面中，提供了一种墙体反射隔热涂层体系，其包含由上述本发明的水性涂料组合物形成的保温涂层。
在根据本发明的一个实施方式中，所述保温涂层的厚度在1-5毫米范围内。在根据本发明的一个具体实施方式中，所述保温涂层的湿膜厚度和干膜厚度均在1-5毫米范围内。
在根据本发明的一个实施方式中，所述保温涂层的断裂伸长率在50％-120％范围内。
在根据本发明的一个实施方式中，所述保温涂层具有0.050w/m.k或更低的导热系数。
在根据本发明的墙体反射隔热涂层体系的一个实施方式中，根据本发明的墙体反射隔热涂层体系包含(a)疏水性底涂层，所述底涂层具有至多0.3mL/24小时的透水率；
(b)上述保温涂层；和
(c)反射性面涂层，所述面涂层的太阳反射比为至少85％，和/或半球发射比为至少85％。
在本发明一个更具体的实施例中，墙体反射隔热涂层体系包括由内到外依次涂敷的腻子层、疏水性底涂层、本发明上述实施例的保温涂层，以及反射性面涂层。
疏水性底涂层
本发明的疏水性底涂层由第一涂料组合物形成，其中所述第一涂料组合物包含基于所述第一涂料组合物的总重至少30wt％的水性胶乳。
本发明的第一涂料组合物进一步包含水性胶乳。所述水性胶乳可以具有与前述用于形成保温涂层的水性涂料组合物中涉及的水性胶乳相同或类似的组成，但也可以是不同的水性胶乳。优选地，第一涂料组合物中的水性胶乳与用于形成保温涂层的水性涂料组合物中的水性胶乳相同或类似，以利于涂层间的粘附。
在本发明的一些实施方式中，第一涂料组合物中的水性胶乳包括醋酸乙烯酯类水性胶乳、丙烯酸类水性胶乳、有机硅类水性胶乳、聚氨酯类水性胶乳、含氟聚合物类水性胶乳或其组合。优选地，用于形成疏水性底涂层的第一涂料组合物中的水性胶乳包括有机硅水性胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯水性胶乳、纯丙烯酸酯水性胶乳、有机硅改性的丙烯酸酯水性胶乳、醋酸乙烯酯水性胶乳、醋酸乙烯酯-丙烯酸酯水性胶乳、乙烯-醋酸乙烯酯水性胶乳、醋酸乙烯酯-乙烯水性胶乳、醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-叔碳酸酯(例如叔碳酸乙烯酯VeoVa10)水性胶乳或其组合。更优选地，用于形成疏水性底涂层的第一涂料组合物中的水性胶乳包括纯丙烯酸酯水性胶乳和苯乙烯-丙烯酸酯水性胶乳的组合。
在第一涂料组合物的成膜过程中，水性胶乳中的聚合物颗粒随着涂料组合物中水分的蒸发而聚集在一起，从而形成涂层。一方面，由第一涂料组合物形成的涂层具有疏水性，液态水不太容易渗透通过该涂层。另一方面，由于第一涂料组合物中水性胶乳颗粒具有适当的粒径尺寸范围，因而所形成的涂层具有一定的孔隙率，从而墙体内的水汽分子可以通过这些孔隙向外部扩散，并且具有适当的内聚强度。如果水性胶乳颗粒的粒径过大，例如大于200nm或更大，则形成的涂层不够致密、内聚强度不佳；而如果水性胶乳颗粒的粒径过小，例如小于50nm或更小，则无法在墙体表面形成具有孔隙率的涂层。在本发明中，由本发明的第一涂料组合物形成的涂层不仅具有疏水性，而且具有一定的孔隙率，使得所述涂层具有适当的透水率，例如当根据JG/T210-2007测定时具有至多0.3mL/24小时的透水率，优选具有小于或等于0.2mL/24小时的透水率，但可以大于或等于0.15mL/24小时，或大于或等于0.1mL/24小时。也就是说，本发明的疏水性底涂层由于具有疏水性因而能够减少外部水分向墙体内的渗透，同时由于存在一定孔隙率因而能够提高墙体水汽向外的扩散，这使得涂布有该涂层的墙体能够长期具有低水含量，从而抑制了由于墙体材料吸水而导致的墙体导热系数(或传热系数)的增大，并且提高了人体在涂布有该涂料组合物的室内的舒适度。
如上所述，水性乳液可以采用本领域普通技术人员所熟知的适当的乳液聚合方法制备。或者，作为水性乳液的实例，可以使用任意适当的可商购产品，诸如苯乙烯-丙烯酸酯水性乳液，例如购自巴德富实业有限公司的RS 998A或RS 968；纯丙烯酸酯水性乳液，例如PolyWell公司的PE-2133。
优选地，所述水性胶乳在第一涂料组合物中的含量，相对于第一涂料组合物的总重，在约30至90wt％的范围内。优选地，水性胶乳在第一涂料组合物中的含量，基于所述第一涂料组合物的总重，为至少约35wt％、更优选至少约40wt％、甚至更优选至少约45wt％或最佳地至少约50wt％。而且优选地，水性胶乳在第一涂料组合物中的含量，基于所述第一涂料组合物的总重，为至多约85wt％、优选为至多约80wt％、更优选为至多约75wt％、还更优选至多约70wt％。
用于形成疏水性底涂层的第一涂料组合物基本上不含无机矿物填料。
用于形成疏水性底涂层的第一涂料组合物也可以包含一定量水，以调节水性涂料组合物的粘度。例如，根据本发明的用于形成疏水性底涂层的水性涂料组合物包含至少20wt％的水，优选包含20-40wt％的水。当然，在根据本发明的用于形成疏水性底涂层的水性涂料组合物中，水的添加量可以根据需要在更宽的范围内变化，甚至落在上述范围以外。
如果需要，用于形成疏水性底涂层的第一涂料组合物可选包含附加添加剂，这些添加剂不会不利地影响涂料组合物或由其得到的固化涂层。适当的添加剂包括例如会改善组合物的加工性能或制造性能、增强组合物的美感、或改善涂料组合物或由其得到的固化组合物的特定官能性质或特性(诸如对基材的粘附性)的那些试剂。可以包含的添加剂是载剂(例如水)、乳化剂、颜料、金属粉末或膏体、填料、抗迁移助剂、抗菌剂、扩链剂、固化剂、润滑剂、凝结剂、润滑剂、生物杀灭剂、增塑剂、交联剂、消泡剂、着色剂、蜡、抗氧化剂、防腐蚀剂、流动控制剂、触变剂、分散剂、粘着促进剂、UV稳定剂、清除剂、增稠剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、溶剂、或其组合。各个可选成分的含量足以起到其意欲达到目的，但优选地，这样的含量不会不利地影响涂料组合物或由其得到的固化涂层。在优选的实施方式中，本发明的第一涂料组合物可以包含增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、有机硅疏水剂、成膜助剂、溶剂、杀菌剂、防霉剂、偶联剂或其任意组合作为附加添加剂。
根据本发明，附加添加剂的总量可以在宽范围内变化，例如其总量相对于所述组合物的总重为0wt％至约20wt％，优选为约0.1wt％至约20wt％。根据本发明，优选的第一涂料组合物所包含的附加添加剂的量，相对于所述组合物的总重，可以为至少约0.5wt％、更优选至少约1.0wt％、甚至更优选至少约2.0wt％、最优选至少约2.5wt％。根据本发明，优选的第一涂料组合物所包含的附加添加剂的量，相对于所述组合物的总重，可以为至多约15wt％、更优选至多约12wt％、甚至更优选至多约10wt％、最优选至多约8.0wt％。
在本发明的一个实施方式中，用于形成疏水性底涂层的第一涂料组合物包含，基于所述第一涂料组合物的总重，
30至90wt％的水性胶乳；
至少20wt％的水；
0至20wt％的附加添加剂，其中所述附加添加剂包括增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、有机硅疏水剂、成膜助剂、溶剂、杀菌剂、防霉剂或其任意组合。
热反射性面涂层
本发明的热反射性面涂层由第二涂料组合物形成，其中所述第二涂料组合物包含热反射填料，并且包含基于所述第二涂料组合物的总重至少30wt％的水性胶乳。
本文中使用的术语“热反射填料”是指，提高涂料组合物对太阳光的反射能力的填料。在本发明中，含有热反射填料的面涂层的太阳反射比为至少85％，和/或半球发射比为至少85％，优选地，这种面涂层的太阳反射比为至少88％，和/或半球发射比为至少87％。
在本发明的实施方式中，所述第二涂料组合物中的热反射填料包括氧化钛、陶瓷微珠或其任意组合。在本发明的优选实施方式中，第二涂料组合物中的热反射填料包括陶瓷微珠和二氧化钛的组合，并且这种陶瓷微珠的含量，相对于所述第二涂料组合物的总重，在5至15wt％的范围内。
本发明的陶瓷微珠可以是半透明的、高强度的细小微珠。在一个实施方式中，所述陶瓷微珠可以是硅酸盐陶瓷微珠，优选为硅酸铝陶瓷微珠，更具体为碱性硅酸铝陶瓷微珠。陶瓷微珠的平均粒径，例如D50，可以在宽范围内变化，例如优选在约1至约50微米的范围内变化，更优选在约3至约45微米的范围内变化。
在一个实施方式中，所述陶瓷微珠可以包括实心陶瓷微珠、中空陶瓷微珠或其组合。在优选实施方式中，所述陶瓷微珠包括平均粒径(D50)在约3微米至约10微米范围内的实心陶瓷微珠。在另一优选实施方式中，所述陶瓷微珠包括平均粒径(D50)在约10至约50微米范围内的中空陶瓷微珠。
作为陶瓷微珠的实例，可以使用任意适当的可商购产品，诸如使用购自3MCorporation，US的ZeeospheresTM W-610实心陶瓷微珠或购自广州联洁贸易有限公司的LJTF-01空心陶瓷微珠。
本发明的二氧化钛是涂料领域中为制备反射型隔热涂料组合物常用的填料。在一个实施方式中，所述二氧化钛可以是金红石型二氧化钛。
作为二氧化钛的实例，可以使用任意适当的可商购产品，诸如使用购自杜邦公司的R706金红石钛白粉。
根据本发明，热反射填料的含量，相对于所述第二涂料组合物的总重，在约20wt％至约40wt％的范围内，优选在约20wt％至约33wt％的范围内。优选地，热反射填料中，陶瓷微珠的含量，相对于所述第二涂料组合物的总重，在约5至12wt％的范围内。
本发明人惊讶地发现，本发明的第二涂料组合物当含20至40wt％的由金红石二氧化钛和陶瓷微珠组成的热反射填料时，可以形成具有优异热反射性的涂层。此外，本发明人还发现，热反射填料包含空心陶瓷微珠和实心陶瓷微珠的组合会大大降低作为热反射填料的陶瓷微珠的用量，而不会损害涂层的热反射性。
并不希望受缚于任何理论，本发明人理论上认为：在第二涂料组合物的涂层形成过程中，组合物中包含的陶瓷微珠往往会迁移到涂层表面上从而形成富含陶瓷微珠的表面层，这会改善涂层的表面性质，诸如增大了表面的热反射性。
除了陶瓷微珠、二氧化钛等热反射填料以外，掺入本发明第二涂料组合物还可以包含任何适于用在涂料组合物中的其它填料。此后，为了便于讨论，掺入内墙涂料组合物中的除热反射填料陶瓷微珠以外的其它填料被称为“附加填料”。适当的示例性附加填料例如包括高岭土、硅藻土、碳酸钙、滑石、硫酸钡、硅酸镁铝、氧化硅及其任意组合。在优选实施方式中，填料可以包括高岭土、硅藻土、碳酸钙或其组合。
在本发明中，所述附加填料的用量可由本领域技术人员根据需要确定。优选地，第二涂料组合物包含，相对于所述第二涂料组合物的总重，1至5wt％的附加填料。
本发明的第二涂料组合物进一步包含水性胶乳。所述水性胶乳可以具有与前述用于形成保温涂层的水性涂料组合物中涉及的水性胶乳相同或类似的组成，但也可以是不同的水性胶乳。优选地，第二涂料组合物中的水性胶乳与用于形成保温涂层的水性涂料组合物中的水性胶乳相同或类似，以利于涂层间的粘附。
在本发明的实施方式中，所述第二涂料组合物中的水性胶乳包括有机硅水性胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯水性胶乳、纯丙烯酸酯水性胶乳、有机硅改性的丙烯酸酯水性胶乳、醋酸乙烯酯水性胶乳、醋酸乙烯酯-丙烯酸酯水性胶乳、醋酸乙烯酯-乙烯水性胶乳、乙烯-醋酸乙烯酯水性胶乳、醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-叔碳酸酯(例如叔碳酸乙烯酯VeoVa)水性胶乳或其组合，优选地包括纯丙烯酸酯水性胶乳。
如上所述，水性乳液可以采用本领域普通技术人员所熟知的适当的乳液聚合方法制备。或者，作为水性乳液的实例，可以使用任意适当的可商购产品，诸如纯丙烯酸酯水性乳液，例如汉高公司的GD56。
优选地，所述水性胶乳在本发明的第二涂料组合物中的含量，相对于第二涂料组合物的总重，在约30至78wt％的范围内。优选地，水性胶乳在第二涂料组合物中的含量，基于所述第二涂料组合物的总重，为至少约35wt％。而且优选地，水性胶乳在第二涂料组合物中的含量，基于所述第二涂料组合物的总重，为至多约75wt％、更优选至多约70wt％、甚至更优选至多约65wt％或最佳地至多约60wt％。
如果需要，本发明的第二涂料组合物可选包含附加添加剂，这些添加剂不会不利地影响涂料组合物或由其得到的固化涂层。适当的添加剂包括例如会改善组合物的加工性能或制造性能、增强组合物的美感、或改善涂料组合物或由其得到的固化组合物的特定官能性质或特性(诸如对基材的粘附性)的那些试剂。可以包含的添加剂是载剂、乳化剂、颜料、金属粉末或膏体、填料、抗迁移助剂、抗菌剂、扩链剂、固化剂、润滑剂、凝结剂、润滑剂、生物杀灭剂、增塑剂、交联剂、消泡剂、着色剂、蜡、抗氧化剂、防腐蚀剂、流动控制剂、触变剂、分散剂、粘着促进剂、UV稳定剂、清除剂、增稠剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、溶剂、或其组合。各个可选成分的含量足以起到其意欲达到目的，但优选地，这样的含量不会不利地影响涂料组合物或由其得到的固化涂层。在优选的实施方式中，本发明的第二涂料组合物可以包含增稠剂、分散剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、溶剂、杀菌剂、防霉剂、硅烷偶联剂或其任意组合作为附加添加剂。此外，这些添加剂的用量可由本领域技术人员根据需要确定。
在本发明的实施方式中，所述第二涂料组合物包含，基于所述第二涂料组合物的总重，
30至80wt％的水性胶乳；
20至40wt％的热反射填料；
0至40wt％的附加添加剂，其中所述附加添加剂包括附加填料、增稠剂、分散剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、溶剂、杀菌剂、防霉剂、偶联剂或其任意组合。
本发明的发明人惊讶地发现，将根据本发明的保温涂层与以上含有较高树脂含量的疏水性底涂层和热反射性面涂层组合，使得所述保温涂层与疏水性底涂层和热反射性面涂层之间具有良好的附着性，不发生分层，从而得到具有稳定结构稳定性的反射隔热涂层体系，而且所得反射隔热涂层体系的热反射性能和隔热性能二者良好叠加。
因此，在根据本发明的实施方式中，包含底涂层、保温涂层和面涂层的反射隔热涂层体系可以涂覆到各种建筑墙体上，以提高建筑墙体的隔热性能。在具体实施方式中，所述建筑墙体包含如下建筑材料：混凝土砌块、石膏板、灰砂砖、加气混凝土、复合轻质板、水泥纤维板及其任意组合。
以下通过实施例详细描述本发明。然而，本发明并不限于这些实施例。
实施例
测试部分
拉伸强度和断裂伸长率：按照建筑工业行业标准JG/T172-2014的7.15中规定的进行测试。
透水率：根据建筑工业行业标准JG/T 210-2007中的规定进行。
太阳反射比：根据JG/T 235-2014建筑反射隔热涂料中的规定进行。
半球发射率：根据JG/T 235-2014建筑反射隔热涂料中的规定进行。
导热系数：根据国家标准GB/T25261-2018中的规定进行。
实施例1：保温涂层
形成保温涂层的水性涂料组合物中包含的原料列在如下表1中。
表1
用于形成保温涂层的涂料组合物(包括样品1以及对照样品A-C)如下进行制备。
在350-450rpm/分钟的低速搅拌下，向搅拌器中添加90g去离子水以及一定量的增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、纯丙乳液8016和苯丙乳液998A，搅拌5～10分钟至各组分溶解均匀。然后，向搅拌器中加入保温材料(其中，在实施例1中添加已膨胀有机聚合物微球MH-80W15，在对比例A中添加空心玻璃微珠K1，在对比例B中添加气凝胶G500；在对比例C中添加玻化微珠)、气凝胶GM200和20g去离子水。在投料完毕后，以800～1250转/分钟的转速高速分散20～30分钟后形成均匀浆料，再把浆料泵入搅拌缸中，以500～700转/分钟的转速中速搅拌，接着添加、乙二醇、十二碳醇酯、杀菌剂、防霉剂和去离子水，从而形成保温涂层用水性涂料组合物。样品1和对比样品A-C的水性涂料组合物中的各组分的用量列在表2中。
表2：保温涂层用水性涂料组合物的组成及其性能
由以上表2结果可以清楚地看出，由大量水性胶乳和已膨胀有机聚合物微珠配合形成的保温墙体用水性涂料组合物不仅具有优异的稳定性，而且具有优异的弹性，可以抵抗开裂。
实施例2：涂层体系
腻子层
按照如表3所示的组分和用量制备用于形成疏水性腻子层的涂料组合物。将水泥、石英砂、重质碳酸钙、EVA胶粉、增稠剂和有机硅疏水剂依次加入干粉腻子混合搅拌机中，并搅拌均匀，从而得到腻子层的涂料组合物。用于形成腻子层的样品中的各组分的用量列在表3中。
表3.用于形成腻子层的涂料组合物的组成
| 组成 | 腻子层样品(g) |
| 42.5水泥 | 30 |
| EVA胶粉 | 3 |
| 200目石英砂 | 48 |
| 325目重质碳酸钙 | 18 |
| 纤维素增稠剂 | 0.78 |
| 淀粉醚增稠剂 | 0.02 |
| 有机硅疏水剂 | 0.2 |
| 总计 | 100 |
疏水性底涂层
按照如表4所示的组分和用量制备用于形成疏水性底涂层的第一涂料组合物。
在350-450rpm/分钟的低速搅拌下，向搅拌器中添加200g去离子水以及增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂，并搅拌5-10分钟，从而均匀。然后向混合物中添加去离子水，并以800-1250rpm/分钟高速搅拌20-30分钟，从而形成均匀浆料。最后在500-700rpm/分钟的中速搅拌下，向均匀浆料中添加乙二醇、十二烷醇酯、有机硅疏水剂、乳液组合(使用纯丙烯酸酯乳液2133和苯乙烯-丙烯酸酯乳液RS-998A的组合)、杀菌剂、防霉剂、硅烷偶联剂以及剩余的部分去离子水，直到均匀，从而形成第一涂料组合物。用于形成疏水性底涂层的涂料组合物中的各组分的用量列在表4中。
表4：用于形成疏水性底涂层的第一涂料组合物的组成及其性能
| 组成 | 样品(g) |
| 苯丙乳液RS-998A(z均粒径120nm) | 300 |
| 纯丙乳液PE-2133(z均粒径80-100nm) | 300 |
| 分散剂 | 12 |
| 增稠剂 | 7.2 |
| 润湿剂 | 2 |
| 消泡剂 | 5 |
| pH调节剂 | 2 |
| 有机硅疏水剂 | 10 |
| 杀菌剂 | 2 |
| 防霉剂 | 2 |
| 硅烷偶联剂 | 2 |
| 十二烷醇酯 | 25 |
| 乙二醇 | 15 |
| 去离子水 | 300.8 |
| 性能 | |
| 透水率(mL/24小时) | 0.2 |
由以上表4结果可以清楚地看出，用于形成疏水性底涂层的涂料组合物包含较大量的具有适当低z均粒径的水性胶乳，并且基本上不含无机矿物填料，由这种涂料组合物形成的底涂层具有疏水性和一定的孔隙率，其中透水率为0.2mL/24小时，因而这种底涂层能够产生透气疏水效果。而采用传统普通涂料组合物得到的涂层的透水率都不太理想，无法获得本发明所获得的疏水透气性。
热反射性面涂层
按照如表5所示的组分和用量制备用于形成热反射性面涂层的涂料组合物。
在350-450rpm/分钟的低速搅拌下，向搅拌器中添加160g去离子水以及增稠剂、分散剂、消泡剂、pH调节剂，并搅拌5-10分钟，从而均匀。然后向混合物中添加钛白粉、硅藻土、实心陶瓷微珠、空心陶瓷微珠和去离子水，并以800-1250rpm/分钟高速搅拌20-30分钟，从而形成均匀浆料。最后在500-700rpm/分钟的中速搅拌下，向均匀浆料中添加十二烷醇酯、杀菌剂、防霉剂、纯丙烯酸酯乳液GD56、丙二醇、硅烷偶联剂以及剩余的部分去离子水，直到均匀，从而形成第二涂料组合物。用于形成热反射面涂层的第二涂料组合物中的各组分的用量列在表5中。
表5：用于形成热反射性面涂层的第二涂料组合物的组成及其性能
由以上表5结果可以清楚地看出，用于形成热反射面涂层的涂料组合物含有空心陶瓷微珠、实心陶瓷微珠以及钛白粉等热反射填料，并且含有至少30wt％的水性胶乳，并且由这种涂料组合物形成的面涂层具有强热反射性。
涂层体系
在标准测试基板上，依次涂布上述腻子层、疏水性底涂层、保温涂层和热反射性面涂层。如此获得了热反射性隔热涂层体系。以上获得的涂层体系具有优异的结构稳定性，不会发生分层。而且，本发明的涂层体系即便长期暴露于外界环境中仍能保持其优异的隔热性能，能够满足市面上对于节能的要求。
尽管本发明参照大量实施方式和实施例进行描述，但是本领域普通技术人员根据本发明公开的内容能够认识到可以设计其它实施方式，这并未脱离本发明的保护范围和精神。
Claims (16)
1.一种用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其基于所述水性涂料组合物的总重包含，
至少65wt％的水性胶乳；
至少5wt％的已膨胀有机聚合物微珠；
至少10wt％的水；
0至5wt％的气凝胶；和
0至15wt％的附加添加剂，所述附加添加剂包括增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、疏水剂、偶联剂、杀菌剂、防霉剂或其任意组合。
其中，所述水性涂料组合物基本上不含无机矿物填料。
2.如权利要求1所述的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其中，所述已膨胀有机聚合物微珠具有70％或更高的含水率。
3.如权利要求1所述的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其中，所述已膨胀有机聚合物微珠具有15-20wt％的固含量。
4.如权利要求1所述的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其中，所述已膨胀有机聚合物微珠是空心的。
5.如权利要求1所述的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其中，所述已膨胀有机聚合物微珠的粒径在50-100微米的范围内。
6.如权利要求1所述的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其中，所述水性胶乳选自有机硅水性胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯水性胶乳、纯丙烯酸酯水性胶乳、有机硅改性的丙烯酸酯水性胶乳、醋酸乙烯酯水性胶乳、醋酸乙烯酯-丙烯酸酯水性胶乳、醋酸乙烯酯-乙烯水性胶乳、乙烯-醋酸乙烯酯水性胶乳和醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-叔碳酸酯水性胶乳的一种或多种。
7.如权利要求1所述的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其基于所述涂料组合物的总重包含：
65至80wt％的所述水性胶乳；
5至15wt％的所述已膨胀有机聚合物微珠；
10至12wt％的水；
0.1至4wt％的所述气凝胶；和
0.1-10wt％的附加添加剂，所述附加添加剂包括增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂、疏水剂、偶联剂、杀菌剂、防霉剂或其任意组合。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其中，所述水性涂料组合物的固含量为70wt％或更高。
9.如权利要求1至7中任意一项所述的用于形成墙体保温涂层的水性涂料组合物，其中，所述水性涂料组合物在室温下静止1周或更长、优选1个月或更长，还要更优选3个月或更长，甚至更优选6个月或更长的时间段后不分层。
10.一种墙体反射隔热涂层体系，其包含由权利要求1至9中任意一项所述的水性涂料组合物形成的保温涂层。
11.如权利要求10所述的墙体反射隔热涂层体系，其包含：
(a)疏水性底涂层，所述底涂层具有至多0.3mL/24小时的透水率；
(b)由权利要求1至9中任意一项所述的水性涂料组合物形成的保温涂层；
(c)反射性面涂层，所述面涂层的太阳反射比为至少85％，和/或半球发射比为至少85％。
12.如权利要求10或11所述的墙体反射隔热涂层体系，其中，所述保温涂层的厚度在1-5毫米范围内。
13.如权利要求10或11所述的墙体反射隔热涂层体系，其中，所述保温涂层的断裂伸长率在50％-120％范围内。
14.如权利要求10或11所述的墙体反射隔热涂层体系，其中，所述保温涂层具有0.050w/m.k或更低的导热系数。
15.如权利要求11所述的墙体用反射隔热涂层体系，其中，所述疏水性底涂层是由第一涂料组合物形成的，所述第一涂料组合物包含基于所述第一涂料组合物的总重至少30wt％的水性胶乳。
16.如权利要求11所述的墙体用反射隔热涂层体系，其中，所述反射性面涂层是由第二涂料组合物形成的，所述第二涂料组合物包含热反射填料，并且包含基于所述第二涂料组合物的总重至少30wt％的水性胶乳。
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