CN1235992C - 水性高耐候性纳米外墙涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属化工技术领域，涉及一种含纳米粉体材料的丙烯酸酯/纳米材料复合乳液及其水性高耐候性纳米外墙涂料的制备方法。纳米粒子由于具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质，可望提高涂料力学性能、耐紫外光老化性、自清洁性、抗静电性等。现有技术中提高水性涂料耐老化性的方法主要是制备含硅或含氟的乳液，其缺点是成本太高。本发明通过超声分散法、剪切分散法、球磨分散法或其中的2种或3种方法，利用原位聚合法或共混法将纳米二氧化硅、二氧化锡、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等纳米粉体均匀分散到丙烯酸类乳液中得到纳米复合乳液，再与颜填料、助剂和水搅拌、分散，制备水性高耐候性纳米外墙涂料。涂料的稳定性和成膜性好，耐老化性能可与有机硅改性丙烯酸酯涂料媲美，其它性能均达到或优于国家标准。

Description

水性高耐候性纳米外墙涂料及其制备方法

技术领域

本发明属化工建材技术领域，涉及到一种水性高耐候性纳米外墙涂料的制备方法。

背景技术

本发明涉及一种涂料，特别是涉及一种水性高耐候性外墙涂料。目前高档外墙涂料多采用共聚乳液与颜填料、助剂、水复配而成。特别是丙烯酸酯乳液配制的涂料具有许多突出的优点，如优异的耐光性、耐擦洗性、耐酸碱性和耐腐蚀性等，但由于丙烯酸酯乳液耐水性差，低温容易变脆、高温容易变粘，特别是耐老化性差等缺点，一般涂料的使用寿命大约只有5年左右时间，这对于一般的日照时间短的内墙装饰没有问题，而对于长期暴露在户外的外墙装饰来讲，涂层就更容易老化损坏。对于高层建筑和一些难于修复的户外装饰，希望外墙涂料耐紫外光照射时间愈长愈好。新近发展起来的有机硅改性丙烯酸酯乳胶涂料或氟碳涂料，虽可以大大提高其户外耐久性，但成本太高，应用受到很大的限制。

纳米粒子由于具有粒径小(小于100nm)，比表面积大等特点，因此纳米复合材料具有许多独特的性能，如光学性能、电学性能、热学性能、力学性能、磁学性能等，纳米高分子复合材料成为近年高分子材料科学中发展十分迅速的新领域。纳米材料/聚合物复合乳液体系亦是新型乳液体系研究的热点领域。这种新型复合乳液体系可以将无机材料的刚性、尺寸稳定性、光学性能等与高分子材料的韧性完美地结合起来，提高材料的拉伸强度、硬度、柔韧性、抗刮伤性、耐紫外光老化性、耐腐蚀性、耐磨性、隔热保温性、防静电性等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备性能优良、价格低廉的水性高耐候性纳米外墙涂料及其制备方法。

本发明的具体内容进一步描述如下：

本发明的水性高耐候性纳米外墙涂料的具体组成为：(1)丙烯酸类乳液占颜填料和丙烯酸类乳液总重量的70-30％；(2)无机纳米粉体为丙烯酸类乳液量的1-20％；(3)无机颜填料用量占颜填料和丙烯酸类乳液总重量的70-30％；(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％-5.0％；(5)涂料中水的含量可视涂料施工性和固体含量适当增加；(6)涂料的颜色可按要求调色。

上述涂料制备时首先将无机纳米粉体分散在水中，制备稳定分散的水性纳米浆料，然后与丙烯酸类乳液混合。或者将无机纳米粉体分散在单体、水和乳化剂中，然后用原位聚合法制得丙烯酸/纳米复合乳液，再与已分散好的水、助剂、无机颜填料中低速搅拌混合0.5～1小时，过滤、包装，即可制得水性高耐候性纳米外墙涂料。本发明涂料中的液体相是水，水的含量可视涂料施工性适当添加。上述丙烯酸类乳液是由丙烯酸酯类单体与乙烯基芳香族化合物、含硅功能单体或醋酸乙烯酯中的一种或多种单体通过乳液聚合而成的丙烯酸类乳液；无机纳米粉体是纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米二氧化锡、纳米碳酸钙、纳米氧化铁、纳米氧化锌中一种或几种混合物。

无机纳米粉体例如纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米二氧化锡、纳米碳酸钙、纳米氧化锌等无机物中的一种或2种以上的混合物。无机纳米粉体的粒径是1-100nm。

上述丙烯酸类乳液是由(甲基)丙烯酸酯类单体、乙烯基芳香族化合物、含硅功能单体、醋酸乙烯酯中两种或两种以上单体通过乳液聚合而成。例如传统的苯-丙乳液、纯丙乳液、硅-丙乳液、醋-丙乳液等。

上述的无机颜填料可以是滑石粉、石英粉、硅灰石、碳酸钙、二氧化钛、氧化锌、锌钡白常规颜填料中的一种或几种。其它颜料可根据颜色需要酌情添加。

本发明的助剂是乳胶涂料常规助剂，例如：成膜助剂、分散剂、流平剂、增稠剂、润湿剂等。

本发明可用下述分散法进行纳米-乳液混合或聚合：

(1)剪切分散搅拌法：在高速剪切搅拌下，先将纳米粉体分散在水中制备稳定的纳米浆料，然后将纳米浆料与丙烯酸类乳液混合，制备丙烯酸/纳米复合乳液。

(2)剪切分散原位聚合法：先采用剪切分散法将纳米粉体分散在单体、水和乳化剂中，而后采用原位聚合法制备丙烯酸/纳米复合乳液。

(3)超声分散法：用超声波将纳米粉体分散一定时间，然后与丙烯酸乳液混合，制备丙烯酸/纳米复合乳液。

(4)超声分散原位聚合法：先用超声波分散法将纳米粉体分散在单体、水和乳化剂中，而后采用原位聚合法制备丙烯酸/纳米复合乳液。

(5)球磨分散法：采用球磨法，先将纳米粉体分散在水中制备稳定的纳米浆料，然后与丙烯酸乳液混合，制备丙烯酸/纳米复合乳液。

(6)球磨分散原位聚合法：用球磨法将纳米粉体分散在单体、水和乳化剂中，而后采用原位聚合法制备丙烯酸酯/纳米材料复合乳液。

在装有搅拌器的分散釜中，加入水、助剂、颜填料，高速搅拌0.5-2小时，然后加入一种或一种以上上述方法制备好的丙烯酸/纳米复合乳液、助剂，低速搅拌混合半0.5-1小时，过滤、包装，即可制备水性高耐候性纳米外墙涂料。

涂料性能测试：

涂料固含量按GB/T6751-1986法测定，粘度按GB/T1723-93法测定，干燥时间按GB/T1728法测定，耐洗刷性按GB/T9266-88法测定，耐碱性按GB/T9265-88法测定，耐水性按GB/T1733-93法测定，耐沾污性按GB/T9780-1988法测定，耐温变性按GB/T9154-88法测定，耐候性(老化)按GB/T1865-80(89)法测定。

本发明制备的水性高耐候性纳米外墙涂料，具有以下优点：

1.本发明采用剪切分散搅拌法、超声分散法、球磨分散法、剪切分散原位聚合法、超声分散原位聚合法、球磨分散原位聚合法中的一种或一种以上方法制备丙烯酸/纳米复合乳液，乳液稳定性好，纳米分散较均匀，纳米粒径基本上可达到1-100nm，纳米复合乳液放置三个月无沉降，乳液机械性能提高。

2.采用本发明制备的水性高耐候性纳米外墙涂料耐人工加速老化时间可达1000小时以上，其它物理化学性能均达到或超过国家外墙涂料标准。

下表是本发明外墙涂料的技术指标，从表中可见本发明涂料性能十分良好。

                             水性高耐候性纳米外墙涂料技术指标

检测项目	技术指标
					涂料1	涂料2	涂料3	涂料4
	涂膜外观	搅拌混合后无硬块，呈均匀状态	搅拌混合后无硬块，呈均匀状态	搅拌混合后无硬块，呈均匀状态					搅拌混合后无硬块，呈均匀状态
施工性					刷涂二道无障碍	刷涂二道无障碍	刷涂二道无障碍	刷涂二道无障碍
	固含量(％)	53	52	47					58
干燥时间(h)					1	1	1	1
	耐洗刷性，次	3000次通过	5000次通过	4000次通过					10000次通过
耐碱性(48h)					200h无异常	200h无异常	200h无异常	200h无异常
	耐水性(48h)	200h无异常	200h无异常	200h无异常					200h无异常
耐沾污性，％(5次)					15	10	12	13
	涂层耐温变性(10次)	无异常	无异常	无异常					无异常
对比率					0.92	0.95	0.91	0.90
	耐候性(老化)	1500h粉化≤1级，变色≤2级	1500h粉化≤1级，变色≤2级	1000h粉化≤1级，变色≤2级					900h粉化≤1级，变色≤2级

具体实施方式

实施例1：

称取纳米二氧化硅50克加入50克水和1克分散剂，高速搅拌30分钟，球磨5小时，加入150克固含量为45％的丙烯酸乳液混合搅拌分散1小时，得47％的丙烯酸/纳米二氧化硅复合乳液。

称取水100克、钛白粉70克、滑石粉50克、膨润土20克、消泡剂1克、润湿剂1克、分散剂2克，高速搅拌1小时，加入上述216克丙烯酸/纳米二氧化硅复合乳液，低速分散半小时，过滤、包装，得水性高耐候性纳米外墙涂料1，技术指标如表所示。

实施例2：

称取纳米氧化铁10克、纳米氧化锌5克，加水150克，150克丙烯酸酯类单体，乳化剂7克，混合后高速分散3小时，采用原位聚合法制备53.4％的丙烯酸/纳米材料复合乳液。

称取水130克、钛白粉70克、滑石粉30克、硫酸钡20克、氧化铁红10克、消泡剂1克、润湿剂1克、分散剂2克，高速搅拌、砂磨1小时，加入上述310克丙烯酸/纳米材料复合乳液，低速分散1小时，过滤、包装，得水性高耐候性纳米外墙涂料2，技术指标如表所示。

实施例3：

称取纳米二氧化钛12克，加入50克水，分散剂5克，在高速搅拌下球磨7小时，制备出纳米浆料，加入100克55％的丙烯酸酯乳液后慢速搅拌分散1小时，得40％的丙烯酸/纳米材料复合乳液。

称取水175克、钛白粉70克、氧化锌10克、重质碳酸钙30克、硅灰石30克、高岭土20克、滑石粉35克、硅酸铝5克、消泡剂1克、润湿剂1克、分散剂2克，高速搅拌、砂磨3小时，加入上述250克丙烯酸/纳米材料复合乳液，低速分散半小时，过滤、包装，得水性高耐候性纳米外墙涂料3，技术指标如表所示。

实施例4：

称取纳米纳米二氧化锡2克、纳米碳酸钙1克、加水50克和分散剂3克混合，超声分散3小时，高速搅拌分散4小时，加入50克丙烯酸酯类单体、水60克，采用原位聚合法制备32％的丙烯酸/纳米材料复合乳液。

称取水70克、钛白粉150克、滑石粉50克、重晶石粉20克、消泡剂1克、润湿剂1克、分散剂2克，高速搅拌2小时，加入上述200克丙烯酸酯/纳米材料复合乳液，低速分散半小时，过滤、包装，得水性高耐候性纳米外墙涂料，技术指标如表所示。

Claims (5)

1.一种水性高耐候性纳米外墙涂料的制备方法，其特征在于具体采用如下组份：

(1)涂料中含丙烯酸类乳液，其用量占颜填料和丙烯酸类乳液总重量的70-30％；

(2)无机颜填料用量占颜填料和丙烯酸类乳液总重量的30-70％；

(3)无机纳米粉体为丙烯酸类乳液量的1-20％；

(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％-5.0％加入；

(5)涂料中水的含量可视涂料施工性和固体分适当增加；

具体制备方法如下：将1-100nm无机纳米粉体分散在水中，制备稳定分散的水性纳米浆料，然后与丙烯酸类乳液混合，或者将无机纳米粉体分散在单体、水和乳化剂中，用原位乳液聚合法制得丙烯酸/纳米复合乳液，再加入已分散好的水、无机颜填料和助剂搅拌均匀即可；上述丙烯酸类乳液是由丙烯酸酯类单体与乙烯基芳香族化合物、含硅功能单体或醋酸乙烯酯中的两种或两种以上单体通过乳液聚合而成的丙烯酸类乳液；无机纳米粉体是纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米二氧化锡、纳米碳酸钙、纳米氧化铁、纳米氧化锌中一种或几种混合物。

2.根据权利要求1所述的水性高耐候性纳米外墙涂料的制备方法，其特征是无机纳米粉体是纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米二氧化锡、纳米碳酸钙、纳米氧化锌的一种或几种混合物。

3.根据权利要求2所述的水性高耐候性纳米外墙涂料的制备方法，其特征是无机纳米粉体的分散方法是球磨分散法。

4.根据权利要求2所述的水性高耐候性纳米外墙涂料的制备方法，其特征是无机纳米粉体的分散方法是高速剪切分散法。

5.根据权利要求2所述的水性高耐候性纳米外墙涂料的制备方法，其特征是无机纳米粉体的分散方法是超声分散法。