CN114031996A - 一种建筑用防水保温外墙涂料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑用防水保温外墙涂料的制备方法，所述涂料包括以下组分：氟硅改性丙烯酸乳液、石墨烯‑丙烯酸复合乳液、硅溶胶、活性炭纤维粉、氟硅烷、钛白粉和助剂，其中，所述助剂包括分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂、成膜助剂和防冻剂。所述制备方法包括以下步骤：先将硅溶胶、活性炭纤维粉、钛白粉混匀，再在其中加入氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯‑丙烯酸复合乳液混匀，再加入助剂混匀，最后混入氟硅烷。该建筑用防水保温外墙涂料防水和保温性能优越、自洁耐洗，适用于各类外部环境。

Description

一种建筑用防水保温外墙涂料的制备方法
技术领域
本发明为申请号“202011207818.2”，名称为“一种建筑用防水保温外墙涂料及其制备方法”的分案申请。
背景技术
建筑外墙涂料是涂刷于整个建筑物外墙的涂料，其主要功能是装饰和保护外墙，使建筑物看上去平整美观，同时起到保护建筑物的作用。外墙涂料需要暴露于户外环境中，相对于内墙涂料，面对的环境恶劣程度更大，尤其是在一些南方潮湿地区，对外墙涂料的防水功能要求更高。
现有技术中，往往使用丙烯酸乳液作为基料，制备得到的水性丙烯酸涂料具有成本适中、可调整性好等优点。但是市面上的水性丙烯酸涂料往往热黏冷脆，在我国北方冬季长时间低于0℃的干燥环境下，容易开裂，且需要涂料能起到一定的保温作用，到了我国南方既温暖又潮湿的环境下，水蒸气、雨水等容易渗入墙面、腐蚀墙体，不仅影响了建筑物的美观程度，而且降低建筑物的使用寿命。因此，制备防水、保温效果好，综合性能优越的外墙涂料仍具有广泛应用前景。
发明内容
本发明为克服现有技术的缺点和不足，提供一种防水保温性能优越、自洁耐洗，适用于各类外部环境的建筑用防水保温外墙涂料。
本发明提供的一种建筑用防水保温外墙涂料，包括以下组分：氟硅改性丙烯酸乳液、石墨烯-丙烯酸复合乳液、硅溶胶、活性炭纤维粉、氟硅烷、钛白粉和助剂，其中，助剂包括分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂、成膜助剂和防冻剂。
可选地，氟硅改性丙烯酸乳液的制备方法如下：
（1）将甲基丙烯酸酯、丙烯酸烷基酯、羟烷基酯、交联单体混合均匀，得到丙烯酸乳液；
（2）将引发剂、乳化剂用水溶解，得到助剂溶液；
（3）将助剂溶液滴加到丙烯酸乳液中，混合均匀后，再加入活性炭纤维粉粉末；
（4）在步骤（3）得到的混合物中加入有机硅单体和氟单体后，混合均匀，进行微波加热后，得到氟硅改性丙烯酸乳液。
石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法如下：
（1）将甲基丙烯酸酯、丙烯酸烷基酯、羟烷基酯、交联单体混合均匀，得到丙烯酸乳液；
（2）将引发剂、乳化剂用水溶解，得到助剂溶液；
（3）将助剂溶液滴加到丙烯酸乳液中，混合均匀后，再加入活性炭纤维粉粉末；
（4）在步骤（3）得到的混合物中加入石墨烯后，混合均匀，进行微波加热后，得到石墨烯-丙烯酸复合乳液。
可选地，各组分的质量份数为：氟硅改性丙烯酸乳液40-60份；石墨烯-丙烯酸复合乳液20-30份；硅溶胶10-20份；活性炭纤维粉10-20份；氟硅烷10-20份；钛白粉20-30份；助剂1-8份；水15-35份；氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液的质量比为（1.5-2.5）:1，氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液的固含量为50%-60%。
可选地，甲基丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯中的一种或多种；丙烯酸烷基酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯中的一种或多种；羟烷基酯为丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-3-羟基丙酯、丙烯酸-2-羟基丁酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯中的一种或多种；交联单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或多种；乳化剂为烷基苯磺酸钠或烷基苯磺酸铵；引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾；有机硅单体为甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷中的一种或多种；氟单体为间三氟甲基苯乙烯、3,5-双三氟甲基苯乙烯、五氟苯乙烯中的一种或多种。
可选地，氟硅改性丙烯酸乳液的制备方法中，各组分的质量份数为：甲基丙烯酸酯30-50份；丙烯酸烷基酯10-20份；羟烷基酯5-10份；交联单体5-10份；引发剂2-5份；乳化剂2-5份；有机硅单体5-10份；氟单体10-15份；水20-40份；
石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法中，各组分的质量份数为甲基丙烯酸酯30-50份；丙烯酸烷基酯10-20份；羟烷基酯5-10份；交联单体5-10份；引发剂2-5份；乳化剂2-5份；石墨烯1-3份；水20-40份；。
可选地，活性炭纤维粉的平均粒径为200-400目。
可选地，氟硅改性丙烯酸乳液的制备方法中，微波加热的温度为30-50℃，时间为3-5h，调pH至7-9；石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法中，微波加热的温度为30-50℃，时间为1-3h，调pH至7-9。
可选地，分散剂为六偏磷酸钠或分散剂5040；润湿剂为CO-630；增稠剂为羟乙基纤维素；消泡剂为矿物油或有机硅消泡剂；成膜助剂为十二碳醇酯；防冻剂为乙二醇。
除此之外，本发明还提供了一种用于制备上述建筑用防水保温外墙涂料的方法，包括以下步骤：先将硅溶胶、活性炭纤维粉、钛白粉混匀，再在其中加入氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液混匀，再加入助剂混匀，最后混入氟硅烷。
本发明具有以下有益效果：
（1）氟硅改性丙烯酸乳液的加入不仅可以有效克服丙烯酸酯乳液热黏冷脆的自身缺陷，而且成功保留了丙烯酸酯乳液耐碱性的特点，综合具有耐候性、防水性，适用于各类复杂外部环境，不论是我国北方还是南方，使用寿命均可保障。石墨烯-丙烯酸复合乳液的加入有效提高了涂料的稳定性和耐腐蚀性，也使得涂料的光泽度有所提高，可适用于装饰要求苛刻的外墙。氟硅烷的加入，与氟硅改性丙烯酸乳液、石墨烯-丙烯酸复合乳液形成交联结构，起到协同作用，大大提高了涂料的防水性和强度。
（2）氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备过程中，活性炭纤维粉的加入，为改性提供了足够细而密集的吸附位点，在低温微波加热（30-50℃）甚至常温下，就能达到改性效果，提高了改性的效率，进而保障了涂料的防水性。
（3）活性炭纤维粉具有丰富的孔道，且表面活性位点多，与氟硅改性丙烯酸乳液、石墨烯-丙烯酸复合乳液、硅溶胶混合后，形成密闭的空岛结构，产生优异的保温效果。
（4）本发明提供的制备方法中，氟硅烷的加入时机不仅可以促进交联结构的形成，还可以最大限度的保护交联结构不受破坏。
（5）本发明提供的建筑用防水保温外墙涂料中，不含苯和醛类物质，对人体和环境友好。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
具体实施方式
本发明为克服现有技术的缺点和不足，提供一种防水保温性能优越、自洁耐洗，适用于各类外部环境的建筑用防水保温外墙涂料。下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供的第一种建筑用防水保温外墙涂料，包括按质量份数计的以下组分：
氟硅改性丙烯酸乳液50份
石墨烯-丙烯酸复合乳液25份
氟硅烷15份
硅溶胶15份
活性炭纤维粉15份
钛白粉25份
助剂5份
水25份。
其中：氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液的固含量为50%-60%；所述活性炭纤维粉的平均粒径为200-400目；分散剂为六偏磷酸钠；润湿剂为CO-630；增稠剂为羟乙基纤维素；消泡剂为矿物油；成膜助剂为十二碳醇酯；防冻剂为乙二醇。
实施例2
本实施例提供的第二种建筑用防水保温外墙涂料，包括按质量份数计的以下组分：
氟硅改性丙烯酸乳液50份
石墨烯-丙烯酸复合乳液20份
氟硅烷20份
硅溶胶20份
活性炭纤维粉20份
钛白粉30份
助剂8份
水35份。
其中：氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液的固含量为50%-60%；所述活性炭纤维粉的平均粒径为200-400目；分散剂为分散剂5040；润湿剂包括CO-630；增稠剂为羟乙基纤维素；消泡剂为有机硅消泡剂；成膜助剂为十二碳醇酯；防冻剂为乙二醇。
实施例3
本实施例提供的第三种建筑用防水保温外墙涂料，包括按质量份数计的以下组分：
氟硅改性丙烯酸乳液45份
石墨烯-丙烯酸复合乳液15份
氟硅烷10份
硅溶胶10份
活性炭纤维粉10份
钛白粉20份
助剂1份
水15份。
其中：氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液的固含量为50%-60%；所述活性炭纤维粉的平均粒径为200-400目；分散剂为六偏磷酸钠；润湿剂为CO-630；增稠剂为羟乙基纤维素；消泡剂为矿物油；成膜助剂为十二碳醇酯；防冻剂为乙二醇。
实施例4
本实施例提供的第四种建筑用防水保温外墙涂料，包括按质量份数计的以下组分：
氟硅改性丙烯酸乳液60份
石墨烯-丙烯酸复合乳液28份
氟硅烷13份
硅溶胶18份
活性炭纤维粉18份
钛白粉20份
助剂5份
水30份。
其中：氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液的固含量为50%-60%；所述活性炭纤维粉的平均粒径为200-400目；分散剂为六偏磷酸钠；润湿剂为CO-630；增稠剂为羟乙基纤维素；消泡剂为矿物油；成膜助剂为十二碳醇酯；防冻剂为乙二醇。
关于氟硅改性丙烯酸乳液及石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法说明：
第一、制备方法说明：
1、氟硅改性丙烯酸乳液的制备方法如下：
（1）将甲基丙烯酸酯、丙烯酸烷基酯、羟烷基酯、交联单体混合均匀，得到丙烯酸乳液；
（2）将引发剂、乳化剂用水溶解，得到助剂溶液；
（3）将助剂溶液滴加到丙烯酸乳液中，混合均匀后，再加入活性炭纤维粉粉末；
（4）在步骤（3）得到的混合物中加入有机硅单体和氟单体后，混合均匀，进行微波加热后，得到氟硅改性丙烯酸乳液。
2、石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法如下：
（1）将甲基丙烯酸酯、丙烯酸烷基酯、羟烷基酯、交联单体混合均匀，得到丙烯酸乳液；
（2）将引发剂、乳化剂用水溶解，得到助剂溶液；
（3）将助剂溶液滴加到丙烯酸乳液中，混合均匀后，再加入活性炭纤维粉粉末；
（4）在步骤（3）得到的混合物中加入石墨烯后，混合均匀，进行微波加热后，得到石墨烯-丙烯酸复合乳液。
第二、组分说明：
氟硅烷为十七氟癸基三甲氧基硅烷或十三氟辛基三甲氧硅烷。所述甲基丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯中的一种或多种。所述丙烯酸烷基酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯中的一种或多种。所述羟烷基酯为丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-3-羟基丙酯、丙烯酸-2-羟基丁酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯中的一种或多种。所述交联单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或多种。所述乳化剂为烷基苯磺酸钠或烷基苯磺酸铵。所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾；所述有机硅单体为甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷中的一种或多种。所述氟单体为间三氟甲基苯乙烯、3,5-双三氟甲基苯乙烯、五氟苯乙烯中的一种或多种。活性炭纤维粉的平均粒径为200-400目。
第三、组分配比说明：
1、氟硅改性丙烯酸乳液的制备方法中，各组分的质量份数为：
甲基丙烯酸酯30-50份
丙烯酸烷基酯10-20份
羟烷基酯5-10份
交联单体5-10份
引发剂2-5份
乳化剂2-5份
有机硅单体5-10份
氟单体10-15份
水20-40份。
2、石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法中，各组分的质量份数为：
甲基丙烯酸酯30-50份
丙烯酸烷基酯10-20份
羟烷基酯5-10份
交联单体5-10份
引发剂2-5份
乳化剂2-5份
石墨烯1-3份
水20-40份。
第四、反应条件说明：
1、氟硅改性丙烯酸乳液的制备方法中，微波加热的温度为30-50℃，时间为3-5h，调pH至7-9。
2、石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法中，微波加热的温度为30-50℃，时间为1-3h，调pH至7-9。
第五、上述实施例1-4中氟硅改性丙烯酸乳液及石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法如下：
1、氟硅改性丙烯酸乳液的制备方法如下：
（1）按照以质量份数计，称取甲基丙烯酸乙酯40份、丙烯酸乙酯10份、丙烯酸-2-羟基乙酯10份、甲基丙烯酸8份、过硫酸钠3份、烷基苯磺酸铵2份、石墨烯2份、水40份。将甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸混合均匀，得到丙烯酸乳液；
（2）将过硫酸钠、烷基苯磺酸铵用水溶解，得到助剂溶液；
（3）将助剂溶液滴加到丙烯酸乳液中，混合均匀后，再加入活性炭纤维粉粉末；
（4）在步骤（3）得到的混合物中加入乙烯基三氯硅烷、间三氟甲基苯乙烯后，混合均匀，调pH7-9，30℃微波加热4h后，得到氟硅改性丙烯酸乳液。
2、石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法如下：
（1）按照以质量份数计，称取甲基丙烯酸乙酯40份、丙烯酸乙酯10份、丙烯酸-2-羟基乙酯10份、甲基丙烯酸8份、过硫酸钠3份、烷基苯磺酸铵2份、乙烯基三氯硅烷7份、间三氟甲基苯乙烯14份、水40份。将甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸混合均匀，得到丙烯酸乳液；
（2）将过硫酸钠、烷基苯磺酸铵用水溶解，得到助剂溶液；
（3）将助剂溶液滴加到丙烯酸乳液中，混合均匀后，再加入活性炭纤维粉粉末；
（4）在步骤（3）得到的混合物中加入石墨烯后，混合均匀，调pH7-9，30℃微波加热2h后，得到石墨烯-丙烯酸复合乳液。
建筑用防水保温外墙涂料的制备和检测结果
本发明还提供了一种上述建筑用防水保温外墙涂料的制备方法，包括以下步骤：先将硅溶胶、活性炭纤维粉、钛白粉混匀，再在其中加入氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液混匀，再加入助剂混匀，最后混入氟硅烷。
本发明提供的制备方法中，氟硅烷的加入时机不仅可以促进交联结构的形成，还可以最大限度的保护交联结构不受破坏。相应地，经过对比试验可以验证上述结论的可靠性。不管是在氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液之前加入，还是在氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液之间加入，亦或是在两种丙烯酸乳液和助剂之间加入，其耐水性和保温性试验的结果都要低于本制备方法制备得到的涂料。
经检测，涂膜耐洗刷试验：实施例1-4均能＞8000次。
耐人工老化性试验：800小时时，实施例1-4不起泡、不剥落、无开裂。
耐水性试验：实施例1-4均能96h无异常。
耐沾污性试验：实施例1-4均能＜10%。
低温稳定性：实施例1-43次循环不变质。
导热系数：实施例1-4的导热系数均低于0.45W/m·k。
以上的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

Claims (6)

1.一种建筑用防水保温外墙涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先将硅溶胶、活性炭纤维粉、钛白粉混匀，再在其中加入氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液混匀，再加入助剂混匀，最后混入氟硅烷，其中，所述助剂包括分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂、成膜助剂和防冻剂；
所述氟硅改性丙烯酸乳液的制备方法如下：
（1）将甲基丙烯酸酯、丙烯酸烷基酯、羟烷基酯、交联单体混合均匀，得到丙烯酸乳液；
（2）将引发剂、乳化剂用水溶解，得到助剂溶液；
（3）将助剂溶液滴加到丙烯酸乳液中，混合均匀后，再加入活性炭纤维粉粉末；
（4）在步骤（3）得到的混合物中加入有机硅单体和氟单体后，混合均匀，进行微波加热后，得到氟硅改性丙烯酸乳液；
所述石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法如下：
（1）将甲基丙烯酸酯、丙烯酸烷基酯、羟烷基酯、交联单体混合均匀，得到丙烯酸乳液；
（2）将引发剂、乳化剂用水溶解，得到助剂溶液；
（3）将助剂溶液滴加到丙烯酸乳液中，混合均匀后，再加入活性炭纤维粉粉末；
（4）在步骤（3）得到的混合物中加入石墨烯后，混合均匀，进行微波加热后，得到石墨烯-丙烯酸复合乳液；
其中，各组分的质量份数为：氟硅改性丙烯酸乳液50份，石墨烯-丙烯酸复合乳液25份，硅溶胶15份，活性炭纤维粉15份，氟硅烷15份，钛白粉25份，助剂5份，水15-35份；
所述氟硅改性丙烯酸乳液和石墨烯-丙烯酸复合乳液的固含量为50%-60%。
2.根据权利要求1所述的建筑用防水保温外墙涂料的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯中的一种或多种；
所述丙烯酸烷基酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯中的一种或多种；
所述羟烷基酯为丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-3-羟基丙酯、丙烯酸-2-羟基丁酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯中的一种或多种；
所述交联单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或多种；
所述乳化剂为烷基苯磺酸钠或烷基苯磺酸铵；
所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾；
所述有机硅单体为甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷中的一种或多种；
所述氟单体为间三氟甲基苯乙烯、3,5-双三氟甲基苯乙烯、五氟苯乙烯中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的建筑用防水保温外墙涂料的制备方法，其特征在于，所述氟硅改性丙烯酸乳液的制备方法中，各组分的质量份数为：甲基丙烯酸酯30-50份；丙烯酸烷基酯10-20份；羟烷基酯5-10份；交联单体5-10份；引发剂2-5份；乳化剂2-5份；有机硅单体5-10份；氟单体10-15份；水20-40份；
所述石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法中，各组分的质量份数为甲基丙烯酸酯30-50份；丙烯酸烷基酯10-20份；羟烷基酯5-10份；交联单体5-10份；引发剂2-5份；乳化剂2-5份；石墨烯1-3份；水20-40份。
4.根据权利要求2所述的建筑用防水保温外墙涂料的制备方法，其特征在于，所述活性炭纤维粉的平均粒径为200-400目。
5.根据权利要求2所述的建筑用防水保温外墙涂料的制备方法，其特征在于，所述氟硅改性丙烯酸乳液的制备方法中，微波加热的温度为30-50℃，时间为3-5h，调pH至7-9；
所述石墨烯-丙烯酸复合乳液的制备方法中，微波加热的温度为30-50℃，时间为1-3h，调pH至7-9。
6.根据权利要求1所述的建筑用防水保温外墙涂料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为六偏磷酸钠或分散剂5040；所述润湿剂为CO-630；所述增稠剂为羟乙基纤维素；所述消泡剂为矿物油或有机硅消泡剂；成膜助剂为十二碳醇酯；防冻剂为乙二醇。
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