CN1195030C - 一种自清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，是一种具有自清洁功能外墙建筑有机涂料。现有涂料制备不方便，耐污性仍不理想。本发明选用一定尺寸和形状的无机颜填料和低表面张力的疏水助剂，按用量比与丙烯酸类乳液、其它颜填料、助剂混配，从而得到具有自清洁功能外墙建筑有机涂料。该体系利用现有涂料的制备方法，使制备更显简便，降低成本。本发明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

一种自清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，涉及到一种具有荷叶功能的自清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，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，许多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，但其耐污性仍不理想，尤其是无自清洁功能(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。在前面的一个专利(申请号01142643.8)中，通过粉体的表面改性、低表面张力物质的使用报道了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，但存在制备不便，成本偏高等不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原材料廉价、制备方法更加简单且具有荷叶功能的自清洁效果更好的外墙建筑有机涂料及其制备方法。

本发明提出的自清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：

本发明的自清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30-85wt％；(2)丙烯酸类乳液占涂料总量的15-70wt％；(3)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，用量占丙烯酸类乳液总量的0.2-20wt％(4)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；(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。

上述各组分中无机颜填料如钛白粉、硅灰粉等，丙烯酸类乳液如纯丙烯酸酯类乳液、有机硅改性丙烯酸酯类乳液等，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可优先使用如下组份：

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。

本发明中的无机颜填料以在5-50μm粒径，效果较好。

更好的无机颜填料粒径是10-20μm。

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。

本发明较好的乳液是使用纯丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、有机硅改性丙烯酸乳液或有机氟改性丙烯酸乳液，或是它们的混合物。

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。

具有自清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和其他粉体，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。所有组分加入量如前所述，最后的pH值和粘度与现有技术中的涂料相同。

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。

本发明利用现有制备涂料的方法制得涂料，使制备过程更显简单，且降低了成本，无害无污染，本发明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℃，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建筑物外墙干净清洁。

具体实施方式

下述配方以实际实施时量而定，其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

改性苯丙乳液                        32

疏水助剂                            4

钛白粉                              15

方解石(7μm)                        20

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≥122℃，人工加速耐老化时间≥700小时，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

纯丙乳液                            20

疏水助剂                            4

钛白粉                              15

石英粉(20μm目)                     21

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，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

硅丙乳液                            26

疏水助剂                            3

钛白粉                              15

石英粉(45μm目)                     10

方解石                              16

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≥1000小时，其它外墙乳胶漆性能通过。

Claims (9)

1.一种具有自清洁功能的外墙建筑有机涂料，其特征在于采用如下组份：

(1)无机颜填料粒径是1-50μm；用量占涂料总量的30-85wt％；

(2)涂料中含丙烯酸类乳液，其用量占涂料总量的15-70wt％；

(3)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，用量占丙烯酸类乳液总量的0.2-20wt％

(4)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；

(5)涂料中水的含量可视涂料施工性和固含量适当增加；

(6)涂料的颜色可按要求调色。

2.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，其特征在于无机颜填料为钛白粉和现有其他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粒径是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，其特征在于其他无机颜填料是具有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所述的具有自清洁功能外墙建筑有机涂料，其特征在于丙烯酸类乳液是由下述两种或两种以上单体通过乳液聚合而成：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。

7.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，其特征在于丙烯酸类乳液是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的一种或其混合物。

8.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，其特征在于涂料中液体相为水。

9.根据权利要求1所述的具有自清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，然后按一定比例依次加入钛白粉和其他颜填料，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，按丙烯酸乳胶漆常规方法直接制备具有自清洁功能外墙建筑有机涂料。