CN1195029C - 一种超自洁外墙建筑有机涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属化工建材领域，是一种具有超自洁功能外墙建筑有机涂料及其制备方法。现有技术的涂料耐油污、灰尘等耐污性不理想。本发明选用一定尺寸和形状的无机颜填料、低表面张力的疏水助剂、纳米二氧化钛光催化剂。利用合适比的乳液基料、颜填料、助剂混配，从而得到具有超自洁功能外墙建筑有机涂料。其制备方法简便，成本低，产品可直接大规模涂刷子各种建筑物外墙，对附着在建筑物外墙及各种建筑设施的灰尘、油污等均具有优良的自清洁性，并具有优良的户外耐老化性。

Description

一种超自洁外墙建筑有机涂料及其制备方法

技术领域

本发明属化工建材技术领域，涉及到一种超自洁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，国内建筑外墙涂料的年需求量可达200万吨以上。但目前国内外外墙建筑涂料的典型缺点是耐污性差、户外耐久性不好，使得建筑物外墙，尤其是各种道路(高速公路、铁路、城市道路)附近建筑物及其他建筑设施常常各种灰尘、污垢、油污等(由于尾气产生)，影响美观。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，但其耐污性仍不理想，尤其是无自清洁功能。

如何通过材料的表面设计和改性使涂层的表面具有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Kiyoharu Tadanaga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。Jan Genzer和Kirill Efimenko(Science，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和中国专利01142643.8中，通过粉体的表面改性、特殊形状无机颜填料以及低表面张力疏水剂的使用报道了两种具有自清洁功能外墙建筑有机涂料及其制备方法，均只限于墙面灰尘通过雨水达到自清洁效果，对附着在墙面的油污和油污上面再沾灰尘则无能为力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原材料廉价、制备方法简便、既可以对附着灰尘的建筑物外墙、又可以对附着油污的建筑物外墙均可获得自清洁效果的超自洁外墙建筑有机涂料及其制备方法。

本发明提出的超自洁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)至少含一种纳米二氧化钛；(3)至少含一种丙烯酸类乳液；(4)至少含一种低表面张力的化合物或树脂；(5)其它乳胶涂料用助剂同现有技术的外墙乳胶漆。

本发明的具体内容进一步描述如下：

本发明的超自洁外墙建筑有机涂料的具体组成为：(1)选用具有特殊形状和一定粒径分布的无机颜填料，用量占涂料总量的20-84wt％；(2)纳米二氧化钛的用量占涂料总量的1-10wt％(3)树脂乳液占涂料总量的15-70wt％；(4)选用具有低表面张力疏水助剂，该助剂能够均匀分散在乳胶漆中，而在涂料成膜过程中又能在涂膜表面富集，形成具有很强的憎水膜，用量占乳液基料总量的0.2-20wt％；(5)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0.5-5.0wt％加入；(6)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。

上述各组分中无机颜填料如钛白粉、硅灰粉等；纳米二氧化钛粒径在5-60nm；树脂乳液如有机硅改性丙烯酸乳液或有机氟改性丙烯酸乳液等；疏水助剂如含硅或含氟的树脂乳化液、或其改性的纳米界面疏水剂等；其余与现有技术相同。

本发明的自清洁外墙建筑有机涂料较好的可使用如下组份：

本发明中的无机颜填料为钛白粉和其它现有颜填料中的一种或几种如滑石粉、石英粉、硅灰石、碳酸钙、、锌钡白等，其混合比与现有技术相同。

本发明中的无机颜填料以在5-50μm粒径，效果较好。

无机颜填料更好的粒径是10-20μm。

本发明的纳米二氧化钛是锐钛型纳米二氧化钛，或锐钛型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合物，混合比例可从1-99wt％，或改性锐钛型纳米二氧化钛。

本发明中的无机颜填料优先选用有利于形成具有一定凹凸表面的涂层结构，它们是具有针状结构硅灰石、不规则的尖齿状的石英粉、菱形结构的方解石等。

低表面张力的疏水助剂优先选用含蜡、含硅或含氟的树脂乳化液或其改性的纳米界面疏水剂或其混合物。

本发明中的树脂乳液是下述的一种或其混合物：有机硅改性丙烯酸乳液，有机氟改性丙烯酸乳液，氟碳乳液与少量纯丙烯酸酯乳液或苯丙乳液的混合物，其混合比与现有技术相同。

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。

本发明的具有超自洁功能外墙建筑有机涂料的制备方法如下：

将适量的分散剂、增稠剂、防酶剂、消泡剂、防冻剂等分散在适量的水中，然后按上述比例依次加入钛白粉、其它颜填料、纳米二氧化钛的粉体或其浆料，在分散机中高速搅拌分散。当颜填料在水中分散细度小于75μm后，降低搅拌速度，加入上述量的乳液基料、疏水助剂、消泡剂和成膜助剂充分搅拌，最后调整涂料的pH值和粘度至现有技术涂料相当的使用标准即可。

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7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/T 9755-1995进行。

有机物分解效率由气相色谱测定，测定结果均优于现有涂料。

本发明方法简单，无毒，无污染，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≥120℃，对油污的分解能力为98％以上，对附着在墙面的灰尘、油污等具有显著的自清洁功能。实际应用表明，该建筑涂料可长期保持各种建筑物外墙及户外建筑设施干净清洁，效果明显优于现有自清洁涂料。

具体实施方式

下述配方是实际操作时配方，均在本发明范围之内。

例1

         涂料基本配方1

原料                      用量(wt％)

水                            25

硅丙乳液                      20

疏水助剂                      4

钛白粉                        17

方解石(7μm)                  20

锐钛型纳米二氧化                  10

钛

增稠剂                            0.2～1

pH调节剂                          0.2～1

消泡剂                            0.1～0.5

分散剂                            0.4

成膜助剂                          1.5

防冻剂                            1

按上述配方按外墙乳胶漆的方法制备，可得到超自洁功能外墙有机建筑涂料。其涂膜对水的表面接触角≥122℃，人工加速耐老化时间≥700小时，对油污的分解率≥90％，其它外墙乳胶漆性能通过。

例2

         涂料基本配方2

原料                        用量(wt％)

水                               28

氟碳乳液                         26

疏水助剂                         4

钛白粉                           15

石英粉(35μm)                    10

改性锐钛型纳米二氧化             5

钛

硅灰石                           10

增稠剂                           0.2～1

pH调节剂                         0.2～1

消泡剂                           0.1～0.5

分散剂                           0.4

成膜助剂                         1.5

防冻剂                           1

将上述配方按外墙乳胶漆的方法制备，可得到具有自清洁功能外墙有机建筑涂料。其涂膜对水的表面接触角≥130℃，人工加速耐老化时间≥1000小时，对油污的分解率≥90％，其它外墙乳胶漆性能通过。

例3

            涂料基本配方3

原料                         用量(wt％)

水                               28

氟碳乳液(含5wt％纯丙             26

烯酸酯乳液)

疏水助剂                         3

钛白粉                           15

硅灰粉(45μm)                    8

改性锐钛型纳米二氧化钛           3

方解石(7μm)                     15

增稠剂                           0.2～1

pH调节剂                         0.2～1

消泡剂                           0.1～0.5

分散剂                           0.4

成膜助剂                         1.5

防冻剂                           1

将上述配方按外墙乳胶漆的一般方法制备，可得到具有自清洁功能的外墙有机建筑涂料。其涂膜对水的表面接触角≥150℃，人工加速耐老化时间≥1000小时，对油污的分解率≥90％，其它外墙乳胶漆性能通过。

例4

              涂料基本配方3

原料                          用量(wt％)

水                                 28

有机氟改性丙烯酸乳液               20

疏水助剂                           3

钛白粉                             15

硅灰粉(45μm)                      11

锐钛型纳米二氧化钛和金                       6

红石型纳米二氧化钛的混

合物(90/10质量比百分)

方解石(7μm)                                 15

增稠剂                                       0.2～1

pH调节剂                                     0.2～1

消泡剂                                       0.1～0.5

分散剂                                       0.4

成膜助剂                                     1.5

防冻剂                                       1

将上述配方按外墙乳胶漆的方法制备，可得到具有自清洁功能的外墙有机建筑涂料。其涂膜对水的表面接触角≥150℃，人工加速耐老化时间≥800小时，对油污的分解率≥95％，其它外墙乳胶漆性能通过。

Claims (9)

1.一种具有超自洁功能的外墙建筑有机涂料，其特征在于具体采用如下组份：

(1)无机颜填料粒径是1-50μm；用量占涂料总量的20-84wt％；

(2)纳米二氧化钛的用量占涂料总量的1-10wt％；

(3)涂料中含树脂乳液，其用量占涂料总量的15-70wt％；

(4)低表面张力疏水助剂，是指含蜡、含硅或含氟的树脂乳液或其改性的纳米界面疏水剂或其混合物，用量占树脂乳液总量的0.2-20wt％；

(5)涂料中其它常用助剂分别按颜填料和乳液总重量的0.5-5.0wt％加入；

(6)涂料中水的含量可视涂料施工性和固体分适当增加；

(7)涂料的颜色可按要求调色。

2.根据权利要求1所述的具有超自洁功能外墙建筑有机涂料，其特征在于无机颜填料为钛白粉和现有其它颜填料中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的具有自清洁功能外墙建筑有机涂料，其特征是无机颜填料粒径是5-50μm。

4.根据权利要求3所述的具有自清洁功能外墙建筑有机涂料，其特征是无机颜填料直径是10-20μm。

5.根据权利要求2所述的具有自清洁功能外墙建筑有机涂料，其特征在于其它无机颜填料是针状结构硅灰石或不规则的尖齿状的石英粉或菱形结构的方解石。

6.根据权利要求1所述的具有超自洁功能外墙建筑有机涂料，其特征在于纳米二氧化钛是锐钛型纳米二氧化钛，或锐钛型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合物，或改性锐钛型纳米二氧化钛。

7.根据权利要求1所述的具有超自洁功能外墙建筑有机涂料，其特征在于树脂乳液是下述的一种或其混合物：有机硅改性丙烯酸乳液，有机氟改性丙烯酸乳液，氟碳乳液与少量纯丙烯酸酯乳液或苯丙乳液的混合物。

8.根据权利要求1所述的具有超自洁功能外墙建筑有机涂料，其特征在于涂料中液体相为水。

9.根据权利要求1所述的具有超自洁功能有机外墙建筑涂料的制备方法，其特征在于在装有机械搅拌、温度计、冷凝管的圆底烧瓶中，将适量的分散剂、增稠剂、防酶剂、消泡剂、防冻剂等分散在适量的水中，然后按比例依次加入钛白粉和其他颜填料，纳米二氧化钛的粉体或其浆料，在分散机中高速搅拌分散，当颜填料在水中分散细度小于75μm后，降低搅拌速度，加入上述量的树脂乳液基料、疏水助剂、消泡剂和成膜助剂充分搅拌，最后调整涂料的pH值和粘度。即可制得具有超自清洁功能外墙建筑有机涂料。