CN1229447C

CN1229447C - 水性抗裂乳胶涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN1229447C
Application number: CN 02132072
Authority: CN
Inventors: 咸才军; 郭保文; 关延涛; 李勇峰; 苗海龙
Original assignee: BEIJING SHOUCHUANG NANO TECHN Co Ltd
Current assignee: BEIJING SHOUCHUANG NANO TECHN Co Ltd
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: CN1482188A

Abstract

本发明涉及一种水性抗裂乳胶涂料及其制备方法。具体地讲，本发明特别涉及一种包括纳米ZnO和纳米CaCO₃超细微粉的水性抗裂乳胶涂料及其制备方法。该涂料包括CaCO₃和ZnO的水性浆体、颜料、填料、杀菌剂、润湿分散剂、PH调节剂、保湿剂、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、水及乳胶，其中CaCO₃和ZnO为纳米级超细微粉，粒度为30-50纳米。

Description

水性抗裂乳胶涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑涂料及其制备方法，尤其是一种水性抗裂乳胶涂料及其制备方法。具体地讲，本发明特别涉及一种包括纳米ZnO和纳米CaCO₃超细微粉的水性抗裂乳胶涂料及其制备方法。

背景技术

建筑涂料是涂料生产量最大的一种。在世界发达国家和地区，外墙涂料在外墙装饰材料中所占比例为45-80％，内墙涂料在内墙装饰材料中所占比例为50-65％，而我国外墙涂料只占外墙装饰材料的8％左右。最近北京、大连、上海等城市相继出台了一系列限制使用瓷砖、马赛克、玻璃幕墙等材料作为高层建筑外墙装饰材料以及在城市主要街道两旁建筑物外墙需定期清洗美容，这些强制性政府法规很快会推广到全国许多大中城市，这给外墙涂料提供了广阔的发展空间。然而实际情况是，我国外墙涂料使用并不多、推广普及工作作得差，导致这种情况的原因是：一是人们的爱好及审美导致了外墙装饰涂料大量使用瓷砖、马赛克、玻璃幕墙及石材；二是外墙涂料存在有较大的质量缺陷，如外墙的褪色变色、失光、粉化、龟裂、不耐污染等。

建筑涂料直接关系到人类的健康和生存环境，代表着人民生活水平，未来建筑涂料的发展必须有利于人类的健康和环境的保护：(1)环境保护的要求使建筑涂料向低VOC方向发展，一是发展高固体份涂料，二是发展水性涂料，三是发展粉末涂料。(2)建筑涂料向功能复合方向发展(3)建筑涂料向高性能高档次方向发展。

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于1-100nm尺度范围或由它们作为基本单元构成的具有特殊物理化学性质的材料。纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出许多特殊的性能，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面具有广阔的应用前景。聚合物基无机纳米复合材料是一种集有机物组分和无机纳米组分于一体的新型功能高分子材料，这种材料兼具有无机材料和有机材料的特点，同时也能体现出单一组分所不具备的一些优良性能，作为一种新型建材，纳米复合材料在宇宙、电子、冶金、化学、结构材料、医学及生物等领域展示了广阔的应用前景，并成为世界各国研究开发的热点。

聚合物基纳米复合材料具有优异的力学性能，在较低的纳米材料含量时，复合材料的力学性能较之于基体(聚合物)有显著提高，研究表明：在尼龙6/粘土复合体系中当粘土含量仅为4.2％(体积)时，其抗拉伸强度已比纯尼龙6提高50％。EVA/纳米SiO₂复合材料中，对14nm SiO₂填充EVA体系，当SiO₂的体积填充系数V₅＜15％时，复合材料的拉伸强度大于纯EVA的拉伸强度，在V_f＝4％时复合材料的拉伸强度最高，约为基体的2倍。用纳米Al₂O₃增强聚苯乙烯的研究中发现，当Al₂O₃粒径小于0.5μm后，Al₂O₃的加入可使PS的韧性提高，且颗粒越小，的对PS的增强、增韧效果越好，在Al₂O₃的体积含量约为15％时，复合材料的拉伸、冲击强度最高，分别是纯PS的4倍和3倍，其增强、增韧效果是十分惊人的。

目前大多数建筑涂料在长时间应用后，都存在涂层开裂现象。主要原因是建筑墙体的水泥基材在施工中留下表面裂缝、孔隙等缺陷，而这些缺陷会造成附着在表面的涂料产生裂缝，不仅影响美观，也会造成房屋渗漏水。目前较有效的方法是采用抗裂功能涂料。这种涂料成膜后，由于具有一定弹性功能，可随裂缝运动伸缩，很好的防止涂膜开裂，使建筑外墙具有优异的防水性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种水性抗裂建筑乳胶涂料，该乳胶涂料具有良好的弹性功能，可随建筑物墙体裂缝运动伸缩，很好地防止涂料涂膜开裂，使建筑物外墙具有优异的防水性能。

本发明的另一个目的是提供一种含有纳米材料的水性抗裂建筑乳胶涂料，由于纳米材料的加入，使材料的性能得到明显改善，例如其抗裂性能大幅度地提高，同时抗老化性能、附着力和耐擦洗能力也大大提高。

本发明的另一个目的是提供一种生产水性抗裂建筑乳胶涂料的方法，用该方法能够生产出本发明的水性抗裂建筑乳胶涂料。

在本发明的一个方面，提供了一种水性抗裂建筑乳胶涂料，其包括纳米级CaCO₃和纳米级ZnO超细微粉的水性浆体、颜料、填料、杀菌剂、润湿分散剂、PH调节剂、保湿剂、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、水及乳胶，其中CaCO₃和ZnO的粒度为20-50纳米。

根据本发明，提供了一种水性抗裂乳胶涂料，按重量份计，其包括：

水 180-270

润湿剂 1.0-3.0

乙二醇 13-25

分散剂 7-13

杀菌剂 1.0-2.0

消泡剂 1.0-3.0

成膜助剂 9.9-20

颜料 170-230

高岭土(1000目) 30-50

硅灰石粉(1250目) 40-80

重质碳酸钙(1000目) 45-92

纳米CaO₃和纳米ZnO混合浆 5-50

纯丙烯酸酯乳液(50％固含量) 170-350

消泡剂 1.0-3.0

羟乙基纤维素(2％水溶液) 50-150

增稠剂 3.5-9.5

pH调节剂适量

在本发明的一个优选实施方案中，提供了一种水性抗裂乳胶涂料，按重量份计，其包括：

水 200-240

润湿剂 1.8-2.3

乙二醇 16-21

分散剂 8.9-11.1

杀菌剂 1.0-2.0

消泡剂 1.0-3.0

成膜助剂 13-17

金红石型钛白粉 180-220

高岭土(1000目) 30-50

硅灰石粉(1250目) 50-70

重质碳酸钙(1000) 58-78

纳米CaO₃和纳米ZnO混合浆 5-30

纯丙烯酸酯乳液(50％固含量) 260-340

消泡剂 1.0-3.0

羟乙基纤维素(2％水溶液) 75-125

增稠剂 5-8

pH调节剂适量

本发明的水性抗裂乳胶涂料，其性能为：

粘度 1.2-1.8万厘泊

pH值 8-10

固含量 50-56％

粒径 ≤15μm

本发明所用的润湿剂包括C₉H₁₉C₆H₄(C₂H₄O)₁₀H、磷酸三钠或六偏磷酸钠。乙二醇作为辅助性成膜助剂，可用于本发明的分散剂包括焦磷酸钠、丁二酰亚胺、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二[焦磷酸二烷氧基酯]-2-羟基丙酸钛、二聚异丁烯顺丁烯二酸钠盐、二(亚磷酸二月桂酸酯)络四辛氧基钛、β-烷氧乙羧基二(焦磷酸二辛酯)钛等或它们的混合物，优选的分散剂为焦磷酸钠、丁二酰亚胺或其混合物。

用于本发明的杀菌剂为本领域常规的杀菌剂，包括1，1，2-苯并异噻唑啉-3-酮、苯并咪唑氨基甲酸甲酯、2，4，5，6-甲氯间苯二腈、苯并异噻唑啉酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮或5，6-二氯苯并噁唑啉酮等，优选2-(4-噻唑基)苯并咪唑、苯并咪唑氨基甲酸甲酯、5，6-二氯苯并噁唑啉酮；消泡剂可以是聚甲基三乙基硅烷、磷酸三丁酯、硬脂酸钙、二甲基硅油、2-乙基己醇，优选二甲基硅油、2-乙基己醇或其混合物；成膜助剂可以是2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-单异丁酸酯、丙二醇苯醚。本发明所用的颜料可以是无机颜料和有机颜料，包括酞菁蓝颜料黄、颜料绿、金红石型钛白粉、络黄和红丹等，优选金红石型钛白粉。填料可以是高岭土、硅灰石粉和重质碳酸钙等；纯丙烯酸乳液作为成膜物质，增稠剂需多种协调使用，它们可以是硅酸铝镁、氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物、改性聚丙烯酸钠或其混合物，pH调节剂可以是NH₃·H₂O、10％NaOH水溶液，10％KOH水溶液等。

在本发明的另一方面，提供了一种生产本发明的水性抗裂乳胶涂料的方法。将纳米级CaCO₃和纳米级ZnO超细微粉与水制成浆体，再和其它组分与水一起混合，即可得到本发明的水性抗裂乳胶涂料。

本发明的方法包括以下步骤：

1)把称量好的水加入分散罐中，加入称量好的润湿剂、乙二醇、分散剂、杀菌剂、消泡剂，搅拌5-20分钟使它们混合均匀；

2)加入颜料、高岭土、硅灰石粉、重质碳酸钙、纳米CaCO₃和纳米ZnO水性浆体，高速分散(分散盘边缘线速度15-20米/秒)20-40分钟；

3)将高速分散过的混合浆料经泵打入调漆罐中，然后加入纯丙烯酸乳液、消泡剂、羟乙基纤维素，搅拌15-20分钟，加增稠剂调整粘度，加pH调节剂调整pH值，搅拌30分钟，最终涂料粘度在1.2-1.8万厘泊，pH值在8-10。

本发明的水性抗裂乳胶涂料，采用了纳米材料浆体。纳米材料浆体在涂料制备过程的打浆时添加，不改变原有涂料厂家的生产设备和生产工艺，并且纳米材料浆体与一般乳胶涂料体系相容性良好，本发明中所使用的纳米材料浆体主要包括纳米CaCO₃和纳米ZnO，其主要性能，纳米材料含量大于等于30％，平均粒径20-50nm、粘度2000厘泊、pH值为8.5，该纳米材料浆体可在市场上购买。本发明的水性抗裂乳胶涂料由于添加了纳米材料而表现出许多优良性能，除抗裂性能大幅提高外，抗老化能力、附着力、耐擦洗能力等也大为提高、本发明的水性抗裂乳胶涂料在制备时选用了涂料技术人员熟知的助剂。

采用本发明方法所制备的水性抗裂乳胶涂料，经检测，其性能为：

粘度 1.2-1.8万厘泊

PH值 8-10

固含量 50-56％

粒径 ≤15μm

将本发明的水性抗裂乳胶涂料按GB9755-2001合成树脂乳液外墙涂料及其它标准方法作涂料的性能，其性能如下。

耐人工老化 600h，粉化1级，变色1级

耐沾污性反射系数下降≤15％

耐水性 168h无异常

耐碱性 96h无异常

耐洗刷性 ≥20000次

附着力(画圈法) 2级

硬度(摆杆法) 大于0.55

短裂伸长率 ≥250％

抗裂性可弥补1.5mm裂缝

实施例

实施例1

按下列重量份配料

水 224

C₉H₁₉C₆H₄(C₂H₄O)₁₀H 2.0

乙二醇 19

焦磷酸钠 10

2-(4-噻唑基)苯并咪唑 1.5

二甲基硅油 2

2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-单异丁酸酯 15

金红石型钛白粉 220

高岭土(1000目) 40

硅灰石粉(1250目) 68

重质碳酸钙(1000) 60

纳米CaO₃和纳米ZnO混合浆 20

纯丙烯酸酯乳液(50％固含量) 260

磷酸三丁酯 2

羟乙基纤维素(2％水溶液) 80

氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物(40％水溶液) 4

改性聚丙烯酸钠(20％水溶液) 2.5

NH₃·H₂O 适量

制备工艺：把244份水加入分散罐中，加入2.0份C₉H₁₉C₆H₄(C₂H₄O)₁₀H、19份乙二醇、10份焦磷酸钠、1.5份2-(4-噻唑基)苯并咪唑、2份二甲基硅油、15份2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-单异丁酸酯，搅拌5分钟使它们混合均匀，然后加入220份金红石型钛白粉、40份高岭土、68份硅灰石粉、60份重质碳酸钙、20份纳米CaCO₃和纳米ZnO混合浆料，高速分散30分钟，将高速分散过的物料经泵打入调漆罐中，然后加入260份纯丙烯酸乳液、2份磷酸三丁酯、80份羟乙基纤维素，搅拌20分钟，加4份氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物、改性聚丙烯酸钠调整粘度，加NH₃·H₂O调整PH值，搅拌30分钟，最终涂料粘度在1.2-1.8万厘泊，PH值在8-10。

实施例2

按下列重量份配料

水 180

磷酸三钠 1.0

乙二醇 13

丁二酰亚胺 10

5，6-二氯苯并噁唑啉酮 13

丙二醇苯醚 1

2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-单异丁酸酯 10

金红石型钛白粉 170

高岭土(1000目) 30

硅灰石粉(1250目) 40

重质碳酸钙(1000) 45

纳米CaO₃和纳米ZnO混合浆 20

纯丙烯酸酯乳液(50％固含量) 170

磷酸三丁酯 2

羟乙基纤维素(2％水溶液) 50

氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物(40％水溶液) 5.5

改性聚丙烯酸钠(20％水溶液) 1

10％氢氧化钠水溶液适量

制备工艺：把上述份数的水加入分散罐中，加入磷酸三钠、乙二醇、丁二酰亚胺、5，6-二氯苯并噁唑啉酮、丙二醇苯醚、2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-单异丁酸酯，搅拌10分钟使它们混合均匀，然后加入金红石型钛白粉、高岭土、硅灰石粉、重质碳酸钙、纳米CaCO₃和纳米ZnO混合浆料，高速分散20分钟，将高速分散过的物料经泵打入调漆罐中，然后加入纯丙烯酸乳液、磷酸三丁酯、羟乙基纤维素，搅拌15分钟，加氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物、改性聚丙烯酸钠调整粘度，加氢氧化钠调整PH值，搅拌30分钟，最终涂料粘度在1.2-1.8万厘泊，PH值在8-10。

实施例3

按下列重量份配料

水 270

C₉H₁₉C₆H₄(C₂H₄O)₁₀H 3.0

乙二醇 25

焦磷酸钠 13

2-(4-噻唑基)苯并咪唑 2

二甲基硅油 3

2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-单异丁酸酯 20

金红石型钛白粉 230

高岭土(1000目) 50

硅灰石粉(1250目) 80

重质碳酸钙(1000) 45

纳米CaO₃和纳米ZnO混合浆 50

纯丙烯酸酯乳液(50％固含量) 350

磷酸三丁酯 3

羟乙基纤维素(2％水溶液) 150

氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物(40％水溶液) 5.5

改性聚丙烯酸钠(20％水溶液) 4

NH₃·H₂O 适量

制备工艺：把上述份数的水加入分散罐中，加入C₉H₁₉C₆H₄(C₂H₄O)₁₀H、乙二醇、焦磷酸钠、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、二甲基硅油、2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-单异丁酸酯，搅拌10分钟使它们混合均匀，然后加入金红石型钛白粉、高岭土、硅灰石粉、重质碳酸钙、纳米CaCO₃和纳米ZnO混合浆料，高速分散20分钟，将高速分散过的物料经泵打入调漆罐中，然后加入纯丙烯酸乳液、磷酸三丁酯、羟乙基纤维素，搅拌15分钟，加氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物、改性聚丙烯酸钠调整粘度，加氢氧化钠调整PH值，搅拌30分钟，最终涂料粘度在1.2-1.8万厘泊，PH值在8-10。

Claims

1、一种水性抗裂乳胶涂料，其特征在于按重量份计，由以下原料制备：

水 180-270

润湿剂 1.0-3.0

乙二醇 13-25

分散剂 7-13

杀菌剂 1.0-2.0

消泡剂 1.0-3.0

成膜助剂 9.9-20

颜料 170-230

1000目高岭土 30-50

1250目硅灰石粉 40-80

1000目重质碳酸钙 45-92

纳米CaCO₃和纳米ZnO混合浆 5-50

50％固含量的纯丙烯酸酯乳液 170-350

消泡剂 1.0-3.0

2％水溶液的羟乙基纤维素 50-150

增稠剂 3.5-9.5

pH调节剂适量

其中所述CaCO₃和ZnO为纳米级超细微粉，粒度为20-50纳米，所述纳米CaCO₃和纳米ZnO混合浆中纳米材料的含量大于或等于30％，pH值为8.5，制备步骤为：

1)把称量好的水加入分散罐中，加入称量好的润湿剂、乙二醇、分散剂、杀菌剂、消泡剂、成膜助剂，搅拌5-20分钟使它们混合均匀；

2)加入颜料、高岭土、硅灰石粉、重质碳酸钙、纳米CaCO₃和纳米ZnO混合浆，以线速度15-20米/秒高速分散20-40分钟；

3)将高速分散过的混合浆料经泵打入调漆罐中，然后加入纯丙烯酸乳液、消泡剂、羟乙基纤维素，搅拌15-20分钟，加入增稠剂调整粘度，加pH调节剂调整pH值，搅拌30分钟，最终涂料粘度在1.2-1.8万厘泊，pH值在8-10。

2、如权利要求1的涂料，其特征在于所述润湿剂是C₉H₁₉C₆H₄(C₂H₄O)₁₀H或磷酸三钠或六偏磷酸钠。

3、如权利要求1的涂料，其特征在于所述分散剂选自焦磷酸钠、丁二酰亚胺、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二[焦磷酸二烷氧基酯]-2-羟基丙酸钛、二聚异丁烯顺丁烯二酸钠盐、二(亚磷酸二月桂酸酯)络四辛氧基钛和β-烷氧乙羧基二(焦磷酸二辛酯)钛中的一种或多种。

4、如权利要求1的涂料，其特征在于所述杀菌剂选自1，1，2-苯并异噻唑啉-3-酮、苯并咪唑氨基甲酸甲酯、2，4，5，6-甲氯间苯二腈、苯并异噻唑啉酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮和5，6-二氯苯并噁唑啉酮中的一种。

5、如权利要求1的涂料，其特征在于所述消泡剂是聚甲基三乙基硅烷、磷酸三丁酯、硬脂酸钙、二甲基硅油或2-乙基己醇或其混合物。

6、如权利要求1的涂料，其特征在于所述成膜助剂是2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-单异丁酸酯或丙二醇苯醚或其混合物。

7、如权利要求1的涂料，其特征在于所述增稠剂选自硅酸铝镁、氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物和改性聚丙烯酸钠中的两种或三种的混合物。

8、如权利要求1的涂料，其特征在于所述pH调节剂是NH₃·H₂O、NaOH水溶液或KOH水溶液。