CN114456623A - 一种耐候性好的陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐候性好的陶瓷涂料及其制备方法；包括底漆和面漆，底漆包括碱性硅溶胶、甲基三甲氧基硅烷、封端剂、无机颜料、填料、分散剂、流平剂、乙酸和去离子水；面漆包括碱性硅溶胶、甲基三甲氧基硅烷、封端剂、铝银粉、流平剂、乙酸和甲醇。本发明的陶瓷涂料通过在溶胶‑凝胶反应后期加入单官能团的硅烷作为封端剂，消除分子链上残留的活性反应基团，形成稳定的Si‑O‑Si的分子结构，利用化学手段提高陶瓷涂层的耐候性；通过底漆中加入耐候性优异的无机颜料、具有较高太阳光反射比的填料，面漆中加入可反射太阳光的铝银粉，来减少照射到涂层表面的太阳光，利用物理手段提高涂层的耐候性。

Description

一种耐候性好的陶瓷涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，涉及一种陶瓷涂料，尤其涉及一种耐候性好的陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

随着中国城市化进程的快速推进，数量庞大的大型公共建筑、商业楼宇及高端住宅不断涌现，建筑铝幕墙的需求也快速增长。建筑铝幕墙常用的涂料有氟碳涂料和陶瓷涂料两种，氟碳漆由于C-F键键能为485.6kJ/moL，远高于紫外线370KJ/mol的能量，紫外线的照射不会对其造成破坏，所以氟碳漆具有优异的耐候性，在建筑外幕墙中的被大量应用。但是目前铝幕墙板所涂装的氟碳涂料仍然以溶剂型为主，VOC排放量大，不利于环保，且喷涂废气的处理成本高；陶瓷涂料具有硬度高、耐划伤性好、水性环保等特点，近年来在铝幕墙板上的应用越来越多，陶瓷涂料是通过溶胶-凝胶法制备而成，硅溶胶与硅烷在酸性条件下水解聚合后形成Si-O-Si的分子链结构，由于陶瓷涂料分子链上Si-O键键能为452KJ/mol，也高于紫外光的能量，紫外光对其主分子链也无法造成破坏，但是陶瓷涂料分子链末端会有残留少量未反应完全的活性基团，这些活性基团在氧、紫外光作用下使得分子链发生断裂，涂料产生失光、变色等老化现象，所以陶瓷涂料的耐候性与氟碳漆相比略显不足。特别是在外幕墙的应用推广上陶瓷涂料不占优势。为了能尽快推进陶瓷涂料在外幕墙上的应用，急需提高陶瓷涂料的耐候性。

发明内容

针对上述现有技术存在的由于陶瓷涂料成膜后分子链上会残留少量未反应的活性基团，当应用在外幕墙上时，由于氧气和紫外光的作用，活性基团会形成自由基，使得分子链发生断裂，进而使涂膜产生失光、变色等老化现象，使得陶瓷涂料的耐候性略显不足等缺陷，本发明提供了一种耐候性好的陶瓷涂料及其制备方法。本发明的陶瓷涂料，通过在溶胶-凝胶反应后期，加入少量单官能团物质作为封端剂，消除分子链上残留的活性反应基团，利用化学手段提高涂膜的耐候性。另外通过底漆中加入耐候性好的无机颜料、具有良好光反射能力的填料，面漆中加入可反射太阳光的铝银粉，利用物理手段提高涂膜的耐候性。在双重作用下，大幅提升了陶瓷涂料的耐候性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种高耐候性陶瓷涂料，包括底漆和面漆，

以占底漆总重的100％计，所述底漆包括碱性硅溶胶25-27％，甲基三甲氧基硅烷20-25％，封端剂0.8-1.0％，无机颜料15-18％，填料12-15％，分散剂1-2％，流平剂1-1.5％，乙酸5-6％，去离子水余量；

以占面漆总重的100％计，所述面漆包括碱性硅溶胶47-50％，甲基三甲氧基硅烷33-35％，封端剂0.8-1.0％，铝银粉0.2-0.3％，流平剂2-3％，乙酸2-3％，甲醇余量。

作为一个实施方案，所述封端剂为单官能团封端剂。

作为一个实施方案，所述封端剂为甲氧基三甲基硅烷或者三甲基羟基硅烷。

作为一个实施方案，所述无机颜料包括氧化铁红、钛白粉、炭黑、铬黄、钴蓝、钴绿中的一种或几种。

作为一个实施方案，所述填料为高太阳反射比填料。

作为一个实施方案，所述填料包括硫酸钡、高岭土、重钙、滑石粉、陶土粉、氧化锌、碳酸钙中的一种或几种。

作为一个实施方案，施用时，底漆厚度25-35μm，面漆厚度8-15μm。

本发明还涉及一种高耐候性陶瓷涂料的制备方法，底漆的制备包括如下步骤：

A1、先将乙酸与甲基三甲氧基硅烷混合均匀，再加入碱性硅溶胶混合均匀，反应；然后加入封端剂，继续反应，得到无机陶瓷树脂；

A2、在所述无机陶瓷树脂中依次加入无机颜料、填料、分散剂、去离子水，混合均匀后分散研磨至细度15μm以下，检测pH值在4.2-4.8之间，过滤后出料，然后加入流平剂，即得到底漆。

作为一个实施方案，步骤A1中，反应的时间为3-3.5小时，继续反应的时间为1-1.5小时。

作为一个实施方案，面漆的制备包括如下步骤：先将乙酸与甲基三甲氧基硅烷混合均匀，再加入碱性硅溶胶混合均匀，反应3-3.5小时，然后加入封端剂，继续反应1-1.5小时后，检测pH值在4.2-4.8之间，再加入铝银粉、流平剂、甲醇，混合均匀后即得到面漆。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的陶瓷涂料通过在溶胶-凝胶反应后期加入单官能团的硅烷作为封端剂，消除分子链上残留的活性反应基团，形成稳定的Si-O-Si的分子结构，利用化学手段提高陶瓷涂层的耐候性；

(2)通过底漆中加入耐候性优异的无机颜料、具有较高太阳光反射比的填料，面漆中加入可反射太阳光的铝银粉，来减少照射到涂层表面的太阳光，利用物理手段提高涂层的耐候性。

(3)本发明的陶瓷涂料为单组份，由于分子链上没有可反应的活性基团的残留，故可使用时间长达1年以上。

(4)本发明的陶瓷涂层具有优异的耐候性，4000小时耐人工老化后涂层色差ΔE≤0.12，光泽保持率≥90％。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

本发明提供了一种高耐候性陶瓷涂料，采用底漆+面漆的双涂层。

底漆以100％计，配方如下：

碱性硅溶胶：25-27％，

甲基三甲氧基硅烷：20-25％，

甲氧基三甲基硅烷或三甲基羟基硅烷：0.8-1.0％，

无机颜料：15-18％，

填料：12-15％，

分散剂：1-2％，

流平剂：1-1.5％，

乙酸：5-6％，

去离子水：余量。

其中：

碱性硅溶胶：主要成膜物质，常见市售产品，例如：阿克苏诺贝尔Bindzil S30、日产化学的ST-30、格雷斯AS-40等。

甲基三甲氧基硅烷：辅助成膜物质

甲氧基三甲基硅烷或三甲基羟基硅烷：单官能团物质，作为封端剂使用。用量不可太多，否则仍会有具有反应活性的-OH的残留，影响涂层的耐候性。

无机颜料：赋予涂层不同的颜色，无机颜料耐候性较好，例如：氧化铁红、钛白粉、炭黑、铬黄、钴蓝、钴绿等。

填料：硫酸钡、高岭土、重钙、滑石粉、陶土粉、氧化锌、碳酸钙等，这些填料具有较高的太阳反射比，可反射部分太阳光，减少太阳光对于涂层的损伤。

流平剂：具有优异的底材润滑和流平性能，能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，还能防止缩孔、橘皮等漆膜缺陷的产生。

乙酸：溶胶-凝胶反应催化剂，调节硅烷水解反应的pH值为2.5-3.5之间的酸性环境。

面漆以100％计，配方如下：

碱性硅溶胶：47-50％

甲基三甲氧基硅烷：33-35％

甲氧基三甲基硅烷或三甲基羟基硅烷：0.8-1.0％

铝银粉：0.2-0.3％

流平剂：2-3％

乙酸：2-3％

甲醇：余量。

其中：

碱性硅溶胶：主要成膜物质，常见市售产品，例如：阿克苏诺贝尔Bindzil S30、日产化学的ST-30、格雷斯AS-40等。

甲基三甲氧基硅烷：辅助成膜物质

甲氧基三甲基硅烷或三甲基羟基硅烷：单官能团物质，作为封端剂使用，用量不可太多，否则仍会有具有反应活性的-OH的残留，影响涂层的耐候性。

铝银粉：鳞片状，分散到涂层后具有与底材平行的特点，可反射涂膜外的太阳光线。用量不可太多，否则会遮盖住底漆的颜色，影响底漆的展色力。

流平剂：具有优异的底材润滑和流平性能，能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，还能防止缩孔、橘皮等漆膜缺陷的产生。

乙酸：溶胶-凝胶反应催化剂，调节硅烷水解反应的pH值为2.5-3.5之间的酸性环境。

1、底漆制备步骤如下：

(1)无机陶瓷树脂的制备：先将乙酸与甲基三甲氧基硅烷混合均匀，再加入碱性硅溶胶混合均匀，反应3-3.5小时，然后加入甲氧基三甲基硅烷，继续反应1-1.5小时后，得到无机陶瓷树脂。

上述反应过程如下：首先甲基三甲氧基硅烷在pH值为2.5-3.5的酸性条件下发生水解生成三官能团的硅醇，然后硅醇与硅溶胶反应生成无机陶瓷树脂，但是反应过程中由于空间位阻和副反应的发生使得陶瓷树脂分子链的末端残留少量未反应的羟基(-OH)，这些残留羟基具有反应活性，在氧气、光照的情况下会形成自由基，导致分子链断裂，从而影响涂层的耐候性。在反应后期通过加入甲氧基三甲基硅烷，水解后形成单官能团的硅醇，可与分子链末端残留的羟基(-OH)进行反应，消除活性基团，形成稳定的分子结构，通过化学手段来提高涂层的耐候性。同时这种稳定的分子结构使得陶瓷涂料可做成单组份，且使用时间延长至1年以上。

(2)底漆制备：在步骤(1)得到的无机陶瓷树脂中依次加入无机颜料、填料、分散剂、去离子水，混合均匀后分散研磨至细度15μm以下，检测pH值在4.2-4.8之间，滤布过滤后出料，然后加入流平剂，即得到底漆。

配方中选用的填料均具有较高的太阳光反射比，可反射涂膜外部分的太阳光线，减少照射到涂层表面太阳光，通过物理手段提高涂层的耐候性。陶瓷底漆pH值为酸性，应用于外幕墙，可以抵抗酸雨对涂层的腐蚀。

2、面漆的制备：先将乙酸与甲基三甲氧基硅烷混合均匀，再加入碱性硅溶胶混合均匀，反应3-3.5小时，然后加入甲氧基三甲基硅烷，继续反应1-1.5小时后，检测pH值在4.2-4.8之间，再加入铝银粉、流平剂、甲醇，混合均匀后即得到面漆。

面漆中加入少量铝银粉，铝银粉为鳞片状，成膜后与基材平行分布，可反射涂膜外部分的太阳光线，减少照射到涂层表面太阳光，通过物理手段提高涂层的耐候性。陶瓷面漆pH值为酸性，应用于外幕墙，可以抵抗酸雨对涂层的腐蚀。

详见以下各实施例：

实施例1～5

实施例1～5涉及一种耐候性好的陶瓷涂料组合物；其组成如表1所示。

该陶瓷涂料组合物的制备方法如下：

底漆制备：

(1)无机陶瓷树脂的制备：先将乙酸与甲基三甲氧基硅烷混合均匀，再加入碱性硅溶胶混合均匀，反应3小时，然后加入封端剂，继续反应1.5小时后，得到无机陶瓷树脂。采用三甲氧基硅烷[R-Si-(OCH₃)₃]，溶胶-凝胶反应可形成交联结构的体型聚合物，涂膜的致密度、耐候性都要更胜一筹，而采用二甲氧基硅烷[R₂-Si-(OCH₃)₂]，则会生成线性或者是支链结构的聚合物，涂膜的致密性和耐候性则差一些；三甲氧基硅烷里面，当R为甲基时，水解速度最快，生产效率也最高，且聚合时的空间位阻最小，所以能形成的聚合物的分子量最大，最终涂膜的致密度、耐候性也最好。若采用甲基三乙氧基硅烷时，其水解所需时间是甲基三甲氧基硅烷的5倍以上，效率太低。

(2)底漆制备：在步骤(1)得到的无机陶瓷树脂中依次加入无机颜料、填料、分散剂、流平剂、去离子水，混合均匀后分散研磨至细度15μm以下，检测pH值在4.2-4.8之间，滤布过滤后出料，然后加入流平剂，即得到底漆。

面漆的制备：

先将乙酸与甲基三甲氧基硅烷混合均匀，再加入碱性硅溶胶混合均匀，反应3.5小时，然后加入封端剂，继续反应1小时后，检测pH值在4.2-4.8之间，再加入铝银粉、流平剂、甲醇，混合均匀后即得到面漆。

对比例1～5

对比例1～5涉及一种陶瓷涂料组合物；其组成如表1所示。

该陶瓷涂料组合物的制备方法基本同实施例1。

表1

对以上实施例和对比例的陶瓷组合物进行测试，测试方法如表2，结果如表3所示。

表2、主要性能测试方法

表3、主要性能测试结果

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高耐候性陶瓷涂料，包括底漆和面漆，其特征在于，

以占底漆总重的100％计，所述底漆包括碱性硅溶胶25-27％，甲基三甲氧基硅烷20-25％，封端剂0.8-1.0％，无机颜料15-18％，填料12-15％，分散剂1-2％，流平剂1-1.5％，乙酸5-6％，去离子水余量；

以占面漆总重的100％计，所述面漆包括碱性硅溶胶47-50％，甲基三甲氧基硅烷33-35％，封端剂0.8-1.0％，铝银粉0.2-0.3％，流平剂2-3％，乙酸2-3％，甲醇余量。

2.根据权利要求1所述的高耐候性陶瓷涂料，其特征在于，所述封端剂为单官能团封端剂。

3.根据权利要求1所述的高耐候性陶瓷涂料，其特征在于，所述封端剂为甲氧基三甲基硅烷或者三甲基羟基硅烷。

4.根据权利要求1所述的高耐候性陶瓷涂料，其特征在于，所述无机颜料包括氧化铁红、钛白粉、炭黑、铬黄、钴蓝、钴绿中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高耐候性陶瓷涂料，其特征在于，所述填料为高太阳反射比填料。

6.根据权利要求5所述的高耐候性陶瓷涂料，其特征在于，所述填料包括硫酸钡、高岭土、重钙、滑石粉、陶土粉、氧化锌、碳酸钙中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的高耐候性陶瓷涂料，其特征在于，施用时，底漆厚度25-35μm，面漆厚度8-15μm。

8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的高耐候性陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，底漆的制备包括如下步骤：

A1、先将乙酸与甲基三甲氧基硅烷混合均匀，再加入碱性硅溶胶混合均匀，反应；然后加入封端剂，继续反应，得到无机陶瓷树脂；

A2、在所述无机陶瓷树脂中依次加入无机颜料、填料、分散剂、去离子水，混合均匀后分散研磨至细度15μm以下，检测pH值在4.2-4.8之间，过滤后出料，然后加入流平剂，即得到底漆。

9.根据权利要求8所述的高耐候性陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，步骤A1中，反应的时间为3-3.5小时，继续反应的时间为1-1.5小时。

10.根据权利要求8所述的高耐候性陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，面漆的制备包括如下步骤：先将乙酸与甲基三甲氧基硅烷混合均匀，再加入碱性硅溶胶混合均匀，反应3-3.5小时，然后加入封端剂，继续反应1-1.5小时后，检测pH值在4.2-4.8之间，再加入铝银粉、流平剂、甲醇，混合均匀后即得到面漆。