CN113817392A - 一种长效自清洁涂层、制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种长效自清洁涂层、制备方法和应用，属于自清洁涂层技术领域。其技术方案为：长效自清洁涂层由A组分和B组分按6:1的重量份的原料组成；其制备方法是分别制备A组分与B组分，再以6：1比例混合搅拌均匀，以无气喷枪在建筑内外墙、玻璃、钢铁、铝、混凝土等基材表面进行喷涂获得自清洁涂层。本发明的有益效果为：本发明通过多种不同空间构型的无机填料组合和高羟基含量的纳米树脂提高涂层致密性，实现更好的抗污渍渗透效果；施工后涂层表面形成一层硅油面，实现抗污自洁效果；同时通过将羟基硅油与过量异氰酸酯预混合改性，使其能够接枝到大分子支链和带羟基无机物表面，使自洁效果更长效稳定。
Description
技术领域
本发明涉及自清洁涂层技术领域，尤其涉及一种长效自清洁涂层、制备方法和应用。
背景技术
自清洁涂层是依靠自身亲疏水特性使基材表面起到防污和易清洁的作用。自清洁涂层主要是基于荷叶效应、光催化技术等理论。通过调整涂层表面水接触角，可以使涂层表面具有亲水性和疏水性，从而实现自洁抗污的作用。然而基于荷叶效应的涂层技术存在如下不足：1、大部分涂层疏水不疏油，油性污渍容易造成基材表面污染；2、涂层的疏水成分会随时间流失，导致自洁抗污作用持效周期短，长时间使用也可造成污渍积累；3、疏水涂层难以进行重涂，不易修复后补。基于光催化技术的涂层技术存在如下不足：1、光催化的污渍降解需要有紫外光触发，无紫外光触发的室内环境效用不明显；2、越是致密和遮盖力良好的涂层越会影响光催化成分与光照的接触，导致效用不明显；3、光催化材料本身会对涂层中的有机成分起氧化作用，导致涂层黄变、涂层耐久性能下降。
如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长效自清洁涂层、制备方法和应用，该自清洁涂层具有抗污渍及长效自清洁的功能。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种长效自清洁涂层，其中，所述长效自清洁涂层由A组分和B组分按6:1的重量份的原料组成；
其制备方法是分别制备A组分与B组分，再以6：1比例混合搅拌均匀，以无气喷枪在建筑内外墙、玻璃、钢铁、铝、混凝土等基材表面进行喷涂获得自清洁涂层。
所述A组分由以下重量份数的原料制备而成：纳米羟基丙烯酸分散体30-50重量份数、纳米聚酯型聚氨酯分散体10-30重量份数、硅酸锂树脂5-15重量份数、成膜助剂2-10重量份数、分散剂1-5重量份数、增稠剂2-10重量份数、润湿剂0.2-1重量份数、消泡剂0.2-1重量份数、多功能助剂0.1-0.5重量份数、硅烷偶联剂0.1-0.5重量份数、无机填料15-35重量份数和水10-20重量份数；
所述B组分由以下重量份数的原料制备而成：异氰酸酯固化剂70-85重量份数、羟基硅油5-15重量份数、丙二醇二乙酸酯(PGDA)5-20重量份数和催化剂0.01-0.2重量份数。
作为本发明提供的一种长效自清洁涂层进一步优化方案，所述纳米羟基丙烯酸分散体固含量为40％-65％，粒径范围30nm-200nm，羟基含量2％-4％；
所述纳米聚酯型聚氨酯分散体固含量为45％-70％，粒径范围30-200nm，羟基含量2％-5％；
所述硅酸锂树脂固含量为20％-40％，模数范围4-6。
作为本发明提供的一种长效自清洁涂层进一步优化方案，所述成膜助剂为丙二醇、DPNB、DPM、TPNB的一种或多种；
所述增稠剂为缔合型增稠剂和碱溶胀型增稠剂的一种或多种；
作为本发明提供的一种长效自清洁涂层进一步优化方案，所述无机填料从空间构型上分主要包括零维无机物、一维无机物、二维无机物中的一种或几种。
所述零维无机物包括碳酸钙粉末、二氧化硅粉末、钛白粉、多孔石英粉中的一种或几种，粒径为0.3-4微米，其中碳酸钙粉末和多孔石英粉表面带有一定数量羟基(-OH)，作为极性官能团，能够与异氰酸酯等其他成分发生交联反应，同时通过偶联剂处理能够提高产品的稳定性和力学性能。
所述一维无机物包括硫酸钡晶须、石棉粉、凹凸棒石中的一种或几种，长度为1-5微米，长径比1:(10-30)；
所述二维无机物包括高岭土、蒙脱土、云母粉中的一种或几种,直径3-5微米，厚度0.5-2微米。
作为本发明提供的一种长效自清洁涂层进一步优化方案，所述的羟基硅油为改性聚硅氧烷，浅黄色透明液体，粘度5000-8000mpa.s，含反应性-OH活性基团，能与树脂形成化学键合，使成膜表面获得憎水、憎油特性。
作为本发明提供的一种长效自清洁涂层进一步优化方案，所述异氰酸酯固化剂为六亚甲基二异氰酯的亲水性脂肪族聚异氰酸酯，粘度1000-4000mpa.s。
为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供一种长效自清洁涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、A组分的制备
按照所述重量份数，向纳米羟基丙烯酸分散体中加入成膜助剂、消泡剂、分散剂、润湿剂、增稠剂、多功能助剂、硅烷偶联剂以及去离子水以500rpm/min分散速率进行分散，分散时间20min；再加入多种不同空间构型配比的无机填料以1000rpm/min分散速率进行分散，分散时间40min，直至细度小于30um，无油窝；最后,缓慢加入所述重量份数的聚酯型聚氨酯分散体、硅酸锂树脂和水，分散时间20min，再添加所述重量份数的增稠剂调节黏度，得A组分的涂层浆体；
步骤二、B组分的制备
按照所述重量份数，将所述羟基硅油与丙二醇二乙酸酯预混合搅拌均匀静置一旁；再将所述重量份数的异氰酸酯固化剂加热至60℃,调整转速为100rpm/min，加入有机锡催化剂及所得的羟基硅油和丙二醇二乙酸(PGDA)酯预混合溶液，反应120min后得B组分，含有机硅的异氰酸酯预聚体；
步骤三、A、B组分混合施工
将步骤一所得的A组分与步骤二所得的B组分以6：1比例混合搅拌均匀，用无气喷枪喷涂于试板表面即得长效自清洁涂层。
所述的长效自清洁涂层施工于建筑内外墙、玻璃、钢铁、铝、混凝土等基材表面作为表面涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明将多种不同空间构型的无机填料，包括球状零维填料、纤维状一维填料和层片状二维填料复配，利用不同形貌、不同尺寸填料的配合，同时以高羟的纳米树脂作为基料，可充分提高填料的致密性，从而污渍无法渗透进涂层，提高了涂层抗污性能。
(2)本发明采用将羟基硅油与异氰酸酯预聚反应的工艺，使羟基硅油与过量异氰酸酯预混合改性，将硅分子接枝到异氰酸酯分子链中，相比将羟基硅油直接加入到A组分中，其与异氰酸酯反应充分，可减少副产物的产生。
(3)本发明利用无机粉体表面羟基、树脂分子链上的羟基和硅油末端的羟基在成膜固化时与异氰酸酯固化剂反应，硅油与无机粉体、树脂大分子发生化学键合，从而能够长期保留在涂层表面，硅油成分不会随时间耗损，提高了涂层的抗污持久性能。
(4)本发明利用利用涂层固化过程中硅油分子会逐渐向涂层表面迁移的特性，在涂层表面形成一层硅油膜，使得涂层同时具有疏水性和疏油性，实现自洁效果。
(5)本发明通过加入细粒径、高渗透性的硅酸锂树脂可进一步提高涂层致密性、耐候性、耐热性，同时提高与玻璃、钢铁、铝、混凝土等基材的附着力，使该抗污自清洁涂层的应用面更广。
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。以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
实施例1
步骤一，A组分制备
将40重量份数的纳米羟基丙烯酸分散体加入到分散机中，调整转速为500rpm/min；后依次缓速加入丙二醇2重量份数、DPM3重量份数、TEGO 8100.3重量份数、901W 0.2重量份数、分散剂BYK 1912重量份数、润湿剂BYK 3470.3重量份数、增稠剂RM-20202.5重量份数、AMP-950.1重量份数、硅烷偶联剂0.1重量份数及去离子水5重量份数，分散时间20min；再加入无机填料钛白粉15重量份数，多孔石英粉6重量份数，高岭土3.5重量份数，硫酸钡晶须0.5重量份数，调整转速为1000rpm/min分散速率进行分散，分散时间40min，直至细度小于30um,无油窝；最后,缓慢加入聚酯型聚氨酯分散体10重量份数、硅酸锂树脂5重量份数，去离子水2.6重量份数，分散时间20min；再添加增稠剂1.4重量份数调节黏度，得A组分的涂层浆体。
步骤二，B组分制备
将5重量份数的羟基硅油与10重量份数的PGDA预混合搅拌均匀静置一旁；再将84.9重量份数的二异氰酸酯加热至60℃,调整转速为100rpm/min，加入有机锡催化剂DBTDL-T120.1重量份数及上述所得的羟基硅油和PGDA预混合溶液，反应120min后得B组分，含有机硅的异氰酸酯预聚体；
步骤三：A、B组分混合施工
将步骤一所得的A组分与步骤二所得的B组分以6：1比例混合搅拌均匀(混合后羟基硅油含量占A、B组分总和的0.71％)用无气喷枪喷涂于150mm*70mm硅钙板表面，即得长效自清洁涂层。
实施例2
步骤一，A组分制备
将30重量份数的纳米羟基丙烯酸分散体加入到分散机中，调整转速为500rpm/min；后依次缓速加入丙二醇2重量份数、DPM 1重量份数、DPNB 1.5重量份数、TEGO 8100.2重量份数、901W 0.1重量份数、分散剂BYK 1912重量份数、润湿剂BYK 3470.3重量份数、增稠剂OMG04342.5重量份数、AMP-950.1重量份数、硅烷偶联剂0.1重量份数及去离子水4重量份数，分散时间20min；再加入无机填料钛白粉15重量份数，碳酸钙粉末6重量份数，多孔石英粉3重量份数，高岭土2.5重量份数，硫酸钡晶须0.5重量份数，调整转速为1000rpm/min分散速率进行分散，分散时间40min，直至细度小于30um,无油窝；最后,缓慢加入聚酯型聚氨酯分散体10重量份数、硅酸锂树脂5重量份数，去离子水2.8重量份数，分散时间20min；再添加增稠剂OMG06201.4重量份数调节黏度，得A组分的涂层浆体。
步骤二，B组分制备
将7.5重量份数的羟基硅油与10重量份数的PGDA预混合搅拌均匀静置一旁；再将82.4重量份数的二异氰酸酯加热至60℃,调整转速为100rpm/min，加入有机锡催化剂DBTDL-T120.1重量份数及上述所得的羟基硅油和PGDA预混合溶液，反应120min后得B组分，含有机硅的异氰酸酯预聚体；
步骤三：A、B组分混合施工
将步骤一所得的A组分与步骤二所得的B组分以6：1比例混合搅拌均匀(混合后羟基硅油含量占A、B组分总和的1.07％)，用无气喷枪喷涂于150mm*70mm硅钙板表面，即得长效自清洁涂层。
实施例3
步骤一，A组分制备
将30重量份数的纳米羟基丙烯酸分散体加入到分散机中，调整转速为500rpm/min；后依次缓速加入丙二醇2重量份数、DPNB 2.5重量份数、BYK0280.2重量份数、BYK0240.1重量份数、分散剂BYK 1912重量份数、润湿剂BYK 3470.3重量份数、增稠剂RM-20202.5重量份数、AMP-950.1重量份数、硅烷偶联剂0.1重量份数及去离子水5重量份数，分散时间20min；再加入无机填料钛白粉15重量份数，多孔石英粉5重量份数，滑石粉5重量份数，高岭土1.5重量份数，硫酸钡晶须0.5重量份数，调整转速为1000rpm/min分散速率进行分散，分散时间40min，直至细度小于30um,无油窝；最后,缓慢加入聚酯型聚氨酯分散体12重量份数、硅酸锂树脂5重量份数，去离子水1.5重量份数，分散时间20min；再添加增稠剂1.2重量份数调节黏度，得A组分的涂层浆体。
步骤二，B组分制备
将10重量份数的羟基硅油与10重量份数的PGDA预混合搅拌均匀静置一旁；再将79.9重量份数的二异氰酸酯加热至60℃,调整转速为100rpm/min，加入有机锡催化剂DBTDL-T120.1重量份数及上述所得的羟基硅油和PGDA预混合溶液，反应120min后得B组分，含有机硅的异氰酸酯预聚体；
步骤三：A、B组分混合施工
将步骤一所得的A组分与步骤二所得的B组分以6：1比例混合搅拌均匀(混合后羟基硅油含量占A、B组分总和的1.67％)，用无气喷枪喷涂于150mm*70mm硅钙板表面，即得长效自清洁涂层。
对比例1：
优选巴斯夫品牌硅丙乳液30重量份数和14份去离子水加入到分散机中，调整转速为500rpm/min；后依次缓速加入成膜助剂丙二醇1.5重量份数和伊仕曼TEXANOL 1重量份数、诺普科的消泡剂SN1540.3重量份数、分散剂罗门哈斯731A 1.5重量份数、润湿剂X-4050.3重量份数、AMP-950.1重量份数、羟乙基纤维素HEC20001.8重量份数，分散时间20min；再加入无机填料钛白粉15重量份数、重钙8重量份数、轻钙5重量份数、滑石粉7重量份数、疏水助剂3份重量份数，调整转速为1000rpm/min分散速率进行分散，分散时间30min，直至细度小于50um,无油窝；再添加去离子水8重量分数，分散时间5min，最后添加增稠剂旭化成TH300.5重量份数调节黏度，得到涂层浆体，用无气喷枪喷涂于150mm*70mm硅钙板表面，即得自清洁涂层。
对比例2：
优选巴斯夫品牌硅丙乳液50重量份数和4份去离子水加入到分散机中，调整转速为500rpm/min；后依次缓速加入成膜助剂丙二醇1.5重量份数和伊仕曼TEXANOL 2重量份数、诺普科的消泡剂SN1540.3重量份数、分散剂罗门哈斯731A 0.8重量份数、润湿剂X-4050.3重量份数、AMP-950.1重量份数、硅烷偶联剂0.1重量份数、羟乙基纤维素HEC20001.1重量份数，分散时间20min；再加入无机填料钛白粉15重量份数、重钙5重量份数、轻钙3重量份数、滑石粉3重量份数、疏水助剂3份重量份数，调整转速为1000rpm/min分散速率进行分散，分散时间30min，直至细度小于50um,无油窝；再添加去离子水10重量分数，分散时间5min，最后添加增稠剂旭化成TH300.8重量份数调节黏度，得到涂层浆体，用无气喷枪喷涂于150mm*70mm硅钙板表面，即得自清洁涂层。
对比例3：
优选有机氟改性丙稀酸乳液国产CHANGHUI LS-WBR 7717W 50重量份数和6.5份去离子水加入到分散机中，调整转速为500rpm/min；后依次缓速加入成膜助剂丙二醇1.5重量份数和伊仕曼TEXANOL 2重量份数、消泡剂BNK-G408 0.3重量份数、分散剂罗门哈斯731A0.8重量份数、润湿剂BNK-NSF067 0.3重量份数、AMP-950.1重量份数、羟乙基纤维素HEC2000 1.2重量份数，分散时间20min；再加入无机填料钛白粉15重量份数、轻钙3重量份数、滑石粉8重量份数、光触媒纳米二氧化硅0.5重量份数，调整转速为1000rpm/min分散速率进行分散，分散时间30min，直至细度小于50um,无油窝；再添加去离子水10重量分数，分散时间5min，最后添加增稠剂旭化成TH300.8重量份数调节黏度，得到涂层浆体，用无气喷枪喷涂于150mm*70mm硅钙板表面，即得自清洁涂层。
测试方法
1、依照每种配方方案制备150mm*70mm的涂层试板各三块，按《GB/T 9780-2013_建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》中的A法进行测试，得到人工老化前的耐沾污性。
2、依照每种配方方案制备150mm*70mm的涂层试板各三块，先模拟自然条件下的紫外光辐射和雨水条件对涂层性能的影响，依据《GB T 23987-2009色漆和清漆涂层的人工气候老化曝露》中的方法对试板进行400h的加速老化，再按《GB/T 9780-2013_建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》中的A法进行测试，得到人工老化后的耐沾污性。
3、计算耐沾污性变化率＝(人工老化后的耐沾污性-人工老化前的耐沾污性)/人工老化前的耐沾污性,变化率越低说明自洁性能的长效性更好。
4、依照每种配方方案在70mm*50mm玻璃板上制作涂层试板，按GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》进行附着力测试，得到附着力性能数据。
不同实施例及对比例得到性能测试结果如下表格1。
由表1可知，应用本发明所涉及技术方案的实施例1、实施例2和实施例3相较于采用目前现有技术方案的对比例1、对比例2和对比例3，耐沾污性有着显著的提高，说明其自洁性能更好；且经过400h在同样条件下的人工老化处理后，实施例1、实施例2和实施例3相较于对比例1、对比例2和对比例3，耐沾污性变化率更低，说明其自洁性能更加长效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，任何在此基础上，对其中配方和工艺的局部变动，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种长效自清洁涂层，其特征在于，所述长效自清洁涂层由A组分和B组分按6:1的重量份的原料组成；
所述A组分由以下重量份数的原料制备而成：纳米羟基丙烯酸分散体30-50重量份数、纳米聚酯型聚氨酯分散体10-30重量份数、硅酸锂树脂5-15重量份数、成膜助剂2-10重量份数、分散剂1-5重量份数、增稠剂2-10重量份数、润湿剂0.2-1重量份数、消泡剂0.2-1重量份数、多功能助剂0.1-0.5重量份数、硅烷偶联剂0.1-0.5重量份数、无机填料15-35重量份数和水10-20重量份数；
所述B组分由以下重量份数的原料制备而成：异氰酸酯固化剂70-85重量份数、羟基硅油5-15重量份数、丙二醇二乙酸酯(PGDA)5-20重量份数和催化剂0.01-0.2重量份数。
2.根据权利要求1所述的长效自清洁涂层，其特征在于，所述纳米羟基丙烯酸分散体固含量为40％-65％，粒径范围30nm-200nm，羟基含量2％-4％；
所述纳米聚酯型聚氨酯分散体固含量为45％-70％，粒径范围30-200nm，羟基含量2％-5％；
所述硅酸锂树脂固含量为20％-40％，模数范围4-6。
3.根据权利要求1所述的长效自清洁涂层，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇、DPNB、DPM、TPNB的一种或多种；
所述增稠剂为缔合型增稠剂和碱溶胀型增稠剂的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的长效自清洁涂层，其特征在于，所述无机填料从空间构型上分主要包括零维无机物、一维无机物、二维无机物中的一种或几种；
所述零维无机物包括碳酸钙粉末、二氧化硅粉末、钛白粉、多孔石英粉中的一种或几种，粒径为0.3-4微米；
所述一维无机物包括硫酸钡晶须、石棉粉、凹凸棒石中的一种或几种，填料表面带有羟基，长度为1-5微米，长径比1:(10-30)；
所述二维无机物包括高岭土、蒙脱土、云母粉中的一种或几种,直径3-5微米，厚度0.5-2微米。
5.根据权利要求1所述的长效自清洁涂层，其特征在于，所述的羟基硅油为改性聚硅氧烷，浅黄色透明液体，粘度5000-8000mpa.s，含反应性OH活性基团，与树脂形成化学键合。
6.根据权利要求1所述的长效自清洁涂层，其特征在于，所述异氰酸酯固化剂为六亚甲基二异氰酯的亲水性脂肪族聚异氰酸酯，粘度1000-4000mpa.s。
7.根据权利要求1-6任一项所述的长效自清洁涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、A组分的制备
按照所述重量份数，向纳米羟基丙烯酸分散体中加入成膜助剂、消泡剂、分散剂、润湿剂、增稠剂、多功能助剂、硅烷偶联剂以及去离子水以500rpm/min分散速率进行分散，分散时间20min；再加入多种不同空间构型配比的无机填料以1000rpm/min分散速率进行分散，分散时间40min，直至细度小于30um，无油窝；最后,缓慢加入所述重量份数的聚酯型聚氨酯分散体、硅酸锂树脂和水，分散时间20min，再添加所述重量份数的增稠剂调节黏度，得A组分的涂层浆体；
步骤二、B组分的制备
按照所述重量份数，将所述羟基硅油与丙二醇二乙酸酯(PGDA)预混合搅拌均匀静置一旁；再将所述重量份数的异氰酸酯固化剂加热至60℃,调整转速为100rpm/min，加入有机锡催化剂及所得的羟基硅油和丙二醇二乙酸(PGDA)酯预混合溶液，反应120min后得B组分，含有机硅的异氰酸酯预聚体；
步骤三、A、B组分混合施工
将步骤一所得的A组分与步骤二所得的B组分以6：1比例混合搅拌均匀，用无气喷枪喷涂于试板表面即得长效自清洁涂层。
8.根据权利要求7所述的长效自清洁涂层应用于建筑内外墙、玻璃、钢铁、铝、混凝土基材表面作为表面涂层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211221 |
|
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