CN1171958C - 具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属化工建材领域，是一种具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料的制备方法。其主要步骤是先将一定尺寸的无机颜填料通过低表面张力的化合物或树脂在一定温度下搅拌反应改性，过滤，烘干。然后根据要求，按用量比与丙烯酸类乳液、其它颜填料、助剂混配，从而得到具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料。可直接大规模涂刷于各种建筑物外墙，具有优良的自清洁性和户外耐老化性。

Description

具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料的制备方法

技术领域

本发明属化工建材技术领域，涉及到一种具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料及其制备方法。

发明背景

随着我国经济的持续稳定增长和人们生活水平的不断提高，建筑及装潢业正迅猛发展，据建设部估计，当前我国每年竣工建筑面积，城市在5亿M²以上，农村在7亿M²以上，需要装饰的面积至少在60亿M²以上，再加上同期新建的各种公共高档建筑的装饰。若再以国外普通住宅外墙7年为一翻修周期，高层建筑外墙10年为一翻修周期，则我国外墙建筑涂料的需求量将更为可观，年需求量可达200万吨。但目前国内外墙涂料品种单一、低档产品多，其典型缺点是户外耐久性差，使用寿命短(一般使用寿命5年)，易渗水，易沾污。其直接结果是国内高档外墙装饰方面80％以上使用马赛克，烧结面砖和玻璃幕墙等，缺点是成本高，危险性大，易渗漏，不易修补，颜色单一等。目前，包括上海市和北京市在内的一些主要大城市已出台系列政策限制高层建筑使用玻璃幕墙、马赛克、烧结面砖而必须以外墙建筑涂料取代面砖和马赛克作为建筑物外装饰材料等一系列措施，相信这些措施会在全国被逐步采用。目前的当务之急是尽快开发环境友好的多功能性高性能外墙建筑涂料。近年来，虽已发展出硅-丙外墙乳胶涂料和氟碳涂料，其户外耐久性、防水性和耐污性虽有所提高，但价格太高：硅-丙外墙涂料，3万元/吨以上；氟碳涂料，9万元/吨以上，难以应用到一般建筑物上，并且无论是硅-丙外墙涂料还是氟碳涂料，其耐污性仍不理想，尤其是二者均无自清洁功能(即使是氟碳涂料，其涂层对水的接触角也仅为108°)。

如何通过材料的表面设计和改性使涂层的表面具有象荷叶的自清洁功能是近年来国外高校和大公司所研究开发的热点课题，例如，日本大阪大学KiyoharuTadanaga等人(Chem.Mater.2000，12，590-592)先制备花状Al₂O₃膜，再在Al₂O₃膜上通过溶胶-凝胶法形成5-10nm厚的TiO₂凝胶层，最后以含氟的硅烷试剂处理从而得到超疏水超疏油界面材料。日本东京大学Toshiya Watanabe等人(Langmuir，2000，16，7044-7047，7048-7050)和欧州专利(EP0772514)先通过溶胶-凝胶法得到Al₂O₃，或TiO₂或SiO₂薄膜，然后以含氟的硅烷试剂处理得到具有自清洁效果的仿生材料。JanGenzer和Kirill Efimenko(Science，2000，Vol.2000，Vol.290，2130-2133)在2000年Science290(15)报道通过机械组装，将聚二甲基硅烷机械拉伸，以UV+O₃处理再接上含氟的硅烷试剂，得到具有超疏水性聚合物表面。国内则有中科院化学所江雷研究员通过类似的方法得到了双疏或双亲二元界面材料。但迄今为止主要是通过无机涂层(如Al₂O₃，SiO₂，TiO₂等)的表面形貌控制和超疏水性试剂的使用，以得到疏水疏油性界面材料，虽然英文也称为coating，但离真正意义上的、可大规模应用于建筑物上的涂料(主要是有机涂料)还相差甚远。德国专利DE19921876A1通过粉体材料、硅乳液、憎水剂等共混的方法制备了一种具有荷叶功能的自清洁有机涂料，但是由于原材料价格昂贵，市场有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原材料廉价、制备方法简单且具有荷叶功能的自清洁仿生外墙建筑有机涂料及其制备方法。

本发明提出的具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料是由颜填料、丙烯酸类乳液、低表面张力物质和助剂组成。其中，(1)至少含一种粒径在1-50μm的无机颜填料；(2)至少含一种丙烯酸类乳液；(3)至少含一种低表面张力的化合物或树脂；(4)其它乳胶涂料用助剂同常规外墙乳胶漆。

本发明的具体内容进一步描述如下：

本发明的具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料的具体组成为：(1)无机颜填料是由低表面张力化合物或树脂改性而成，低表面张力化合物或树脂占无机颜填料重量的5-50％，改性后的无机颜填料用量占涂料总量的30-70％；(2)丙烯酸类乳液占涂料总量的70-30％；(3)涂料中其它常用助剂如分散剂、增稠剂、成膜助剂、消泡剂等分别按颜填料和乳液重量的0.5％-5.0％加入；(4)涂料中水的含量可视涂料施工性和固体分适当增加；(5)涂料的颜色可按要求调色。

本发明的具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料可优先使用如下组份：

(1)本发明中的无机颜填料为滑石粉、石英粉、硅灰石、碳酸钙、二氧化钛、氧化锌、锌钡白中的一种或几种，粒径在5-20μm，效果更好。

(2)本发明中的低表面张力化合物或树脂是指含有机硅或氟的化合物或树脂，如硅油、甲基硅油、十七氟-(1，1，2，2-四氢)葵基三甲氧基硅烷、三氟氯乙烯-乙烯基醚低聚物。

(3)低表面张力化合物或树脂优先使用硅油、烷基硅氧烷或硅烷偶联剂，如有机硅树脂、含氢硅油、羟基硅油、甲基硅油、二甲基二乙氧基硅烷、一甲基三乙氧基硅烷、KH570、含氟化合物、氟硅化合物或它们的混合物。

(4)本发明中的丙烯酸类乳液是由丙烯酸酯类单体、苯乙烯、含硅或含氟的功能单体、醋酸乙烯酯中两种或两种以上单体通过乳液聚合而成。

(5)优先使用有机硅改性丙烯酸乳液、有机氟改性丙烯酸乳液、纯丙烯酸酯乳液或苯丙乳液。

本发明涂料中的液体相是水，是水性环保涂料，水的含量可视涂料施工性适当添加。

具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料的制备方法如下：

按上述组成及用量称取各组份，反应器采用装有机械搅拌、温度计、冷凝管的园底烧瓶。先将颜填料、低表面张力化合物或树脂及溶剂分别加入反应釜中，搅拌升温至50～130℃，反应时间1～3小时。反应结束后，将悬浮液过滤，得到改性颜填料。将改性颜填料置于90-100℃烘箱中烘干后按比例与丙烯酸类乳液、其它颜填料、分散剂、增稠剂、成膜助剂、消泡剂等混和，按丙烯酸乳胶漆常规方法直接制备具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料。

本发明所选用的溶剂包括甲苯、二甲苯、乙醇、水等。

本发明的产物用标准线棒或线盒直接将上述涂料体系浇铸在金属板或石棉板上，室温干燥10小时后，测定涂膜的性能。其主要性能表征如下：

表面接触角由德国Dataphysics仪器股份有限公司生产的OCA视频光学接触角测量仪测定。人工加速耐老化试验由美国Q-Pannel Lab Products公司生产的人工老化试验箱测定。其它性能按GB/T9755-1995进行。

本发明方法简单，无毒，原材料来源丰富且价格低廉，产品经上述指标测试表明各项指标均超过现有外墙乳胶建筑涂料的国家标准，且涂层对水的接触角≥135℃，具有显著的自清洁功能。实际应用表明，该建筑涂料可永保建筑物外墙干净清洁。

具体实施方式

例1

将5μm的50g二氧化钛粉体，5g一甲基三乙氧基硅烷，150ml二甲苯分别加入装有搅拌装置和温度计的三口烧瓶中，搅拌升温至80℃。待反应3个小时后，将上述混合物用砂芯漏斗抽滤，滤饼置于90-100℃下干燥，制得改性粉体。将上述改性粉体按外墙乳胶漆的一般制备方法，与常用的丙烯酸乳液按40∶60的重量比混配，并根据需要加入适当的颜填料、适量的助剂进行混配，得到具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料。其涂膜对水的表面接触角≥135℃，人工加速耐老化时间≥1000小时，其它外墙乳胶漆性能通过。

例2度计的三口烧瓶中，温度保持在130℃。待反应2.0个小时后，将上述混合物用砂芯漏斗抽滤，滤饼置于90-100℃下干燥，制得改性粉体。将上述改性粉体按外墙乳胶漆的一般制备方法，与有机硅改性丙烯酸乳液按50∶50的重量比混配，并根据需要加入适当的颜填料、适量的助剂进行混配，得到具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料。其涂膜对水的表面接触角≥140℃，人工加速耐老化时间≥1000小时，其它外墙乳胶漆性能通过。

例3

将20μm 50g石英粉粉体，7g三氟氯乙烯-乙烯基醚低聚物，150ml二甲苯分别加入装有搅拌装置和温度计的三口烧瓶中，温度保持在130℃。待反应2.5个小时后，将上述混合物用砂芯漏斗抽滤，滤饼置于100℃下干燥，制得改性粉体。将上述改性粉体按外墙乳胶漆的一般制备方法，与常用的纯丙烯酸乳液按60∶40的重量比混配，并根据需要加入适当的颜填料、适量的助剂进行混配，得到具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料。其涂膜对水的表面接触角≥140℃，人工加速耐老化时间≥1500小时，其它外墙乳胶漆性能通过。

例4

将830-45μm50g石英粉、二氧化钛和滑石粉的粉体，5g十七氟-(1，1，2，2-四氢)葵基三甲氧基硅烷，150ml二甲苯分别加入装有搅拌装置和温度计的三口烧瓶中，温度保持在70℃。待反应3个小时后，将上述混合物用砂芯漏斗抽滤，滤饼置于100℃下干燥，制得改性粉体。将上述改性粉体按外墙乳胶漆的一般制备方法，与有机氟改性丙烯酸乳液按50∶50的重量比混配，并根据需要加入适当的颜填料、适量的助剂进行混配，得到具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料。其涂膜对水的表面接触角≥145℃，人工加速耐老化时间≥1000小时，其它外墙乳胶漆性能通过。

Claims (5)

1.一种具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料的制备方法，其特征在于具体采用如下组份：

(1)涂料中含改性颜填料，其用量占涂料总量的30-70％，所述改性颜填料是由无机颜填料经含有机硅或氟的化合物或树脂改性而成的，无机填料粒径为1-50μm，有机硅或氟的化合物或树脂占无机颜填料的5-50％；

(2)涂料中含丙烯酸类乳液，其用量占涂料总量的70-30％；

(3)涂料中其它常用助剂分别按颜填料和乳液总重量的0.5％-5.0％加入；

(4)涂料中水的含量可视涂料施工性和固体分适当增加；

(5)涂料的颜色可按要求调色；

具体步骤如下：

在装有机械搅拌、温度计、冷凝管的园底烧瓶中，按用量比先将无机颜填料、有机硅或氟的化合物或树脂及溶剂甲苯或二甲苯或乙醇或水分别加入反应釜中，搅拌升温至50～130℃，反应时间1～3小时，反应结束后，将悬浮液过滤，得到改性颜填料，将改性颜填料置于烘箱中烘干后按比例与丙烯酸类乳液、其它颜填料、分散剂、增稠剂、成膜助剂、消泡剂等混和，按丙烯酸乳胶漆常规方法直接制备具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料。

2.根据权利要求1所述的具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料的制备方法，其特征在于无机颜填料的粒径是5-20μm。

3.根据权利要求1所述的具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料的制备方法，其特征在于上述无机颜填料为滑石粉、石英粉、硅灰石、碳酸钙、二氧化钛、氧化锌、锌钡白中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料的制备方法，其特征在于选用的有机硅或氟的化合物或树脂是硅油、或烷基硅氧烷或硅烷偶联剂，含氟化合物是三氟氯乙烯-乙烯基醚低聚物、或十七氟-(1，1，2，2-四氢)葵基三甲氧基硅烷、或它们的混合物。

5.根据权利要求1所述的具有荷叶功能自清洁仿生外墙建筑有机涂料的制备方法，其特征在于丙烯酸类乳液是由丙烯酸酯类单体、苯乙烯、功能单体、醋酸乙烯酯中两种或两种以上单体通过乳液聚合而成。