CN1181141C - 高性能纳米涂料的表面原位纳米改性制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能纳米涂料的表面原位纳米改性制备方法。它是利用湿化学制备纳米粉体的技术，在常规涂料制备的过程中加入纳米粉体的先驱物、反应控制剂和稀释剂等，直接在颜填料微粒的表面原位合成相应的纳米粉体，并通过这些纳米粉体定向亲和性的匹配控制使它们附聚在颜填料颗粒的表面上并形成相应的定向排列状态。其步骤分为纳米粉体先驱液的制备和纳米涂料的制备两步。本发明可以制备具有显著纳米改性效果的高性能纳米涂料。
Description
本发明涉及基于无机物质的涂料组合物，尤其涉及一种高性能水性纳米涂料的表面原位纳米改性制备方法。
在涂料工业中，纳米粉体由于其独特的作用机理和多方面的适用性，已经成为许多涂料配方中一种非常重要的助剂，这些涂料通称为纳米涂料。在技术应用中，纳米粉体在涂料中的分散性与附聚的状态和形式最为重要。通常纳米粉体的原生粒子不是以独立的孤立粒子存在的，而是延生形成聚集体，然后以松散的附聚粒子的形式存在，分散程度对这些纳米粉体的效率最为重要，为了充分利用各种纳米粉体的经济有效性，必须要求良好的分散；同时，这些经分散的纳米微粒由于具有很大的比表面能和表面活性，很容易发生相互自聚集，形成聚集体(二次粒子)和附聚体(三次粒子)，因此必须控制这些微粒再聚集的方式和状态，避免自聚集并使得它们能附聚在涂料中其他微米级的颜填料粉体颗粒表面上，保证纳米粉体改性的有效性。
在目前的纳米涂料研制与开发的热潮中，人们普遍采用了直接使用纳米粉体作为涂料的外加剂原料，然后利用机械方法进行分散的常规的制备技术。但这种纳米粉体机械分散制备方法在制备纳米涂料过程中存在本质性的问题：首先，纳米粉体难以分散均匀并保证分散效果；更重要的是，这种制备方法根本无法抑制已分散的纳米微粒的自聚集现象，并对这些微粒附聚的方式和状态进行控制，难以保证纳米粉体改性的有效性。
本发明目的是提供一种高性能水性纳米涂料的表面原位纳米改性制备方法。
为了达到上述目的本发明采取下列措施：
高性能水性纳米涂料的表面原位纳米改性制备方法，它的步骤为：
1)纳米粉体先驱液的制备：
选择硅、锌、钡、钛离子的醇盐或硅、锌、钡、钛离子的无机盐或硅酸或有机基团取代的硅醇盐或它们的混合物作为纳米粉体的先驱物，选择水或有机溶剂或它们的混合物为稀释剂，选择无机酸或无机碱或有机物或它们的混合物为反应控制剂；先驱液组成的摩尔分数为：作为纳米粉体先驱物的硅、锌、钡、钛离子的醇盐或硅、锌、钡、钛离子的无机盐或硅酸或有机基团取代的硅醇盐或它们的混合物10，作为稀释剂的水或有机溶剂或它们的混合物0～150，作为反应控制剂的无机酸或无机碱或有机物或它们的混合物0～60；在常温下将三者搅拌混合，调节混合液的温度为20℃～45℃，搅拌混合时间为0.2～20h，获得均匀、透明的纳米粉体先驱液；
2)纳米涂料的制备：在水性涂料制备的颜填料分散阶段以后的任一阶段，在搅拌过程中缓慢加入纳米粉体的先驱液，先驱液加入的重量百分数为0.1％～25％；继续强制搅拌并控制一定的温度，继续强制搅拌的时间为0.1～12h，温度控制为20℃～45℃；从而直接在水性涂料中原位合成相应的纳米粉体，使它们附聚在颜填料颗粒的表面上并形成相应的定向排列状态，完成涂料制备的剩余工艺过程后既制得高性能纳米涂料。
本发明与目前国内外采用的传统纳米粉体机械分散制备方法相比，具有以下突出的优点：
1、纳米粉体在涂料体系中原位合成，具有高度的分散性；
2、通过选择适当的组成和制备条件，可以控制这些纳米粉体定向附聚在微米级的颜填料颗粒的表面，保证了纳米粉体改性的有效性；
3、纳米粉体的合成与分散一步完成，技术路线更加科学，具有低能耗的优势；
4、由于确保了纳米粉体的分散性和改性有效性，在低纳米粉体引入量的情况下即可获得显著的改性效果，通常引入量为0.1-1.5％(wt)，具有低成本的特点。
下面结合实施例作详细说明：
表面原位纳米改性制备方法是利用湿化学方法制备纳米粉体的技术，在常规水性涂料制备的过程中加入所需引入纳米粉体的先驱物、反应控制剂和稀释剂等，直接在水性涂料中原位合成相应的纳米粉体，并通过这些纳米粉体定向亲和性的匹配控制使它们附聚在颜填料颗粒的表面上并形成相应的定向排列状态。
实施例1
采用的纳米粉体先驱液组成(摩尔组成)为：正硅酸乙酯2±0.1，γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷8±0.2，乙醇9±1，去离子水16±1。调节混合液温度至25℃～30℃，搅拌60±5分钟后，得到均匀透明的先驱液。
在普通水性丙烯酸外墙弹性涂料的调色阶段完成以后，在25℃的温度下往其中边搅拌边缓慢加入3.0％重量百分数的上述纳米粉体先驱液，然后继续搅拌90分钟，最后进行涂料的增稠工艺和均化工艺，即可获得高性能的纳米弹性涂料。
在这种纳米涂料中，约引入了1％重量百分数的疏水性二氧化硅纳米粉体。这些纳米粉体附聚在丙烯酸涂料中颜填料微粒的表面上，并获得一定的取向分布，即疏水性基团沿径向向外伸展，可获得非常显著的纳米改性效果。
相同条件下对比测量该纳米涂料的各种性能，与未掺杂这些纳米粉体的普通水性丙烯酸外墙弹性涂料(相同配方)相比，疏水性显著提高，漆膜的饱和吸水率由25％降低到5.6％；在紫外光辐照下颜料的色泽稳定性能大幅度改善，相同辐射条件下同种颜料的褪色时间提高2倍以上；耐候稳定性能明显提高，在大气中日晒的情况下，漆膜表面的粉化现象明显减少；与墙面的附着力提高了50-70％；粘度和触变指数提高了一倍左右，触变性显著提高，改善了涂料的施工性能(如流挂性能，边角涂覆性能明显改善)和防沉降性能(储存稳定性能)；抗水和盐类的渗析性能显著提高，并具有一定的呼吸性能；具有一定的消光能力，可以获得如丝绸光泽效果的细致消光。
实施例2
采用的纳米粉体先驱液组成(摩尔组成)为：甲基三乙氧基硅烷4±0.1，钛酸丁酯2±0.1，醋酸锌4±1.0，乙醇15±1，去离子水5±1，醋酸1±0.05。调节混合液温度至20℃±2℃，搅拌30±5分钟后，得到均匀透明的先驱液。
在普通醋酸乙烯涂料的所有制备工艺阶段完成以后，在40℃的温度下往其中边搅拌边缓慢加入2.0％重量百分数的上述纳米粉体先驱液，然后继续搅拌30分钟，即可获得高性能的纳米涂料。
在这种纳米涂料中，约引入了0.3％重量百分数的疏水性二氧化硅纳米粉体、0.2％重量百分数的二氧化钛纳米粉体和0.4％重量百分数的氧化锌纳米粉体。这些纳米粉体附聚在丙烯酸涂料中颜填料微粒的表面上，并获得一定的取向分布。
与未掺杂这些纳米粉体的普通醋酸乙烯涂料(相同配方)相比，取得了与实施例一相似的纳米改性效果，尤其在耐紫外光辐照稳定性和耐候稳定性方面显著提高。
Claims (2)
- 一种高性能水性纳米涂料的表面原位纳米改性制备方法，其特征在于其步骤为：1)纳米粉体先驱液的制备：选择硅、锌、钡、钛离子的醇盐或硅、锌、钡、钛离子的无机盐或硅酸或有机基团取代的硅醇盐或它们的混合物作为纳米粉体的先驱物，选择水或有机溶剂或它们的混合物为稀释剂，选择无机酸或无机碱或有机物或它们的混合物为反应控制剂；先驱液组成的摩尔分数为：作为纳米粉体先驱物的硅、锌、钡、钛离子的醇盐或硅、锌、钡、钛离子的无机盐或硅酸或有机基团取代的硅醇盐或它们的混合物10，作为稀释剂的水或有机溶剂或它们的混合物0～150，作为反应控制剂的无机酸或无机碱或有机物或它们的混合物0～60；在常温下将三者搅拌混合，调节混合液的温度为20℃～45℃，搅拌混合时间为0.2～20h，获得均匀、透明的纳米粉体先驱液；
- 2)纳米涂料的制备：在水性涂料制备的颜填料分散阶段以后的任一阶段，在搅拌过程中缓慢加入纳米粉体的先驱液，先驱液加入的重量百分数为0.1％～25％；继续强制搅拌并控制一定的温度，继续强制搅拌的时间为0.1～12h，温度控制为20℃～45℃；从而直接在水性涂料中原位合成相应的纳米粉体，使它们附聚在颜填料颗粒的表面上并形成相应的定向排列状态，完成涂料制备的剩余工艺过程后既制得高性能纳米涂料。
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