CN1244651C - 纳米二氧化钛复合高耐候水性建筑涂料 - Google Patents
纳米二氧化钛复合高耐候水性建筑涂料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑涂料。主要解决现有的水性建筑外墙涂料抗老化性能差的问题。其特征在于：由水、乙基羟乙基纤维素、二异丁基磺基丁二酸钠、环氧乙烯烷基酚醚、甲基硅油、丙二醇、四氯间苯二睛、2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯、钛白粉、碳酸钙、弹性纯丙烯酸酯乳液、纯丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、纳米二氧化钛助剂组成。该纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑外墙涂料对紫外线可进行吸收、散射，具有较强的抗老化性能应用广泛。
Description
技术领域：
本发明涉及涂料技术领域中一种外墙涂料，属于一种纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑外墙涂料。
背景技术：
随着我国建筑工程的迅速发展，建筑工程质量要求也越来越高，目前水性建筑外墙涂料在应用中最突出的问题是耐老化、耐沾污性能差且易褪色，主要原因在于：太阳光中能量较高的紫外线对涂料中有机物键能的破坏，使高分子化合物降解为小分子导致涂料失光、褪色、变色等老化现象。目前常用的具有高耐侯性的涂料主要有溶剂型的氟碳树脂涂料、硅丙乳涂料及合成树脂外墙涂料，前两种涂料具有较高的分子键能，但氟碳树脂价格过高而且使用了有机溶剂不利于环保；而硅丙乳液涂料中有机硅含量一般大于15％，且存在有机硅分解、储存不稳定及成本过高的问题也不易推广应用；合成树脂乳液规定优等品的耐人工老化指标为600小时，而在涂料的实际应用中，由于受自然环境的影响、施工质量的好坏，以及乳液涂料中成膜物质自身使用寿命等因素影响，测试中耐老化600小时的外墙涂料一般不超过十年。
发明内容：
为了克服现有的水性建筑外墙涂料抗老化性能差的不足，本发明提供一种纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑涂料，该纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑涂料对紫外线可进行吸收、散射，具有较强的抗老化性能应用广泛。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑外墙涂料，各组份及配比按重量份如下：水130～150份、乙基羟乙基纤维素0.5～0.7份、二异丁基磺基丁二酸钠3～6份、环氧乙烯烷基酚醚2～4份、甲基硅油1～3份、丙二醇15～25份、四氯间苯二睛6～8份、2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯3～5份、钛白粉150～170份、碳酸钙250～270份、弹性纯丙烯酸酯乳液310～330份、纯丙烯酸酯乳液310～330份、苯丙乳液15～17份、疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂17～19份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.5～1.5份、纳米二氧化钛助剂10～30份；上述的纳米二氧化钛助剂的组份及组份配比如下：纳米二氧化钛颗粒300份、聚丙烯酸铵盐55份、2-氨基-2甲基-1-丙醇18份、丙二醇50份。
上述的乙基羟乙基纤维素中葡萄糖酐单元为5；环氧乙烯烷基酚醚每分子环氧乙烯数为9.3，HLB值为13；碳酸钙粒度为1250目；改性聚氨酯增稠剂是二氨基甲酸乙酯和二甘醇异丁醚按4∶1配制混合物；钛白粉为金红石型；弹性纯丙烯酸酯乳液是丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯四种单体的水性共聚物，分子量为6000～8000；纯丙烯酸酯乳液是由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸乙酯三种单体的水性共聚物，分子量为6000～8000；苯丙乳液是由苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸三种单体水性共聚物，分子量为5000～6000；纳米二氧化钛的平均粒径为10～20nm。本发明的有益效果是：由于采取上述方案，在现有的水性建筑外墙涂料中添加了纳米二氧化钛助剂，二氧化钛是一种化学稳定性强、遮盖力极佳的半导体氧化物，当二氧化钛进入纳米级尺度后由于其粒径小、比表面积大因此具有极大的表面能，对不同波长的光尤其是紫外线产生了特殊的光化学、吸收、散射作用，涂膜受到了保护，增强了涂料的抗老化性能。
具体实施方式：
下面将结合对比实验对本发明作进一步的说明：该纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑外墙涂料，各组份及配比按重量份如下：水130～150份、乙基羟乙基纤维素0.5～0.7份、二异丁基磺基丁二酸钠3～6份、环氧乙烯烷基酚醚2～4份、甲基硅油1～3份、丙二醇15～25份、四氯间苯二睛6～8份、2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯3～5份、钛白粉150～170份、碳酸钙250～270份、弹性纯丙烯酸酯乳液310～330份、纯丙烯酸酯乳液310～330份、苯丙乳液15～17份、疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂17～19份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.5～1.5份、纳米二氧化钛助剂10～30份；上述的纳米二氧化钛助剂的组份及组份配比如下：纳米二氧化钛颗粒200～400份、聚丙烯酸铵盐50～60份、2-氨基-2甲基-1-丙醇16～20份、丙二醇40～60份。
上述的乙基羟乙基纤维素中葡萄糖酐单元为5；环氧乙烯烷基酚醚每分子环氧乙烯数为9.3，HLB值为13；碳酸钙粒度为1250目；改性聚氨酯增稠剂是二氨基甲酸乙酯和二甘醇异丁醚按4∶1配制混合物。
外墙涂料壁免不了的要承受太阳光的照射，太阳光中除了可见光和红外线外还有紫外线，按波长大小紫外线可分为短波UVC200nm-280n、中波UVB280nm-320nm和长波UVA320nm-400nm，紫外线波长最短能量最强，对有机物的破坏最严重，其能量与波长的关系见下表1，较长的光波能量仅能使分子产生振动和旋转而产生热量，而紫外线UVA、UVB、UVC能对有机物中C-H、C-C、C-Cl等化学键以及具有相同键能的物质产生破坏作用，从而引起有机物、高分子化合物降解成为小分子，而涂料中成膜物质乳液和部分着色颜料的基本化学为C-H键和C-C键等，紫外线照射会使涂料中有机物分子结构遭到破坏，分解、降解为其它物质，使色漆在外观上失去颜色或颜色变化，这种长期作用最终导致涂料的失光、褪色或变色等老化现象。
光的波长和能量及常见有机化合物化学键能见下表1：
表1
| 波长nm | 200 | 300 | 400 | 500 | 700 | 800 |
| 光能量KJ.mol-1 | 597 | 397 | 301 | 238 | 171 | 146 |
| 化学键名 | O-H | C-H | C-C | C-CI | N-N | O-O |
| 键能KJ.mol-1 | 452 | 413 | 347 | 326 | 158 | 138 |
纳米二氧化钛助剂由纳米二氧化钛颗粒、聚丙烯酸铵盐、2-氨基-2甲基-1-丙醇、丙二醇组成，其中聚丙烯酸铵盐是一种阴离子表面剂。二氧化钛是一种化学稳定性强、遮盖力极佳的半导体氧化物，当二氧化钛进入纳米级尺度后由于其粒径小、比表面积大因此具有极大的表面能，对阳光的屏蔽作用较好，尤其是对不同光波长的紫外线产生了特殊的光化学、吸收、散射，当在水性丙烯酸乳液涂料中加入1-3％的纳米二氧化钛助剂水分散体，阳光中的紫外线主要被纳米二氧化钛吸收，可显著提高涂料的耐老化指标，达到国家标准中GB-T9755-2001优等品的指标，有效的保护了涂膜，增强了涂料的抗老化性能，该纳米二氧化钛助剂固含量为33％，平均粒径为10～20nm，PH值为9±0.5，粘度为mpa.s。
同时，纳米二氧化钛表面大量的缺陷态使之表面能高，表面原子配位不足，易与乳液聚合分子链间、基材间形成较强的范德华力作用，提高了涂料与底材之间的结合强度，增加了附着力；纳米粒子与聚合物分子间结合、填充也改善了涂膜基体应力集中的现象，从而使涂膜的硬度提高，耐擦洗能力提高。经纳米二氧化钛改性涂料的涂膜结构密实，减少了存在于涂膜间的微细孔隙，降低了表面张力，使涂膜具有一定自洁性，也改善了涂料的耐沾污性能。选用阴离子表面活性剂进行处理后的纳米二氧化钛，这种表面处理比用非离子表面活性剂制备的纳米材料平均粒径更小、粘度适中、储存稳定性好、不易聚团，非常易于在涂料体系中分散，使其更易发挥作用。
并且通过减少价格较高的纯丙烯酸乳液的用量，可降低该涂料的成本。
该涂料中乳液起到成膜的作用其用量必须超过36％，使涂料配方中的颜料体积浓度值小于临界颜料体积浓度值，保证乳液成膜后可完全包覆粉料，提高抗老化能力，弹性纯丙烯酸酯乳液是丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯四种单体的水性共聚物，分子量为6000～8000；纯丙烯酸酯乳液是由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸乙酯三种单体的水性共聚物，分子量为6000～8000；苯丙乳液是由苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸三种单体水性共聚物，分子量为5000～6000。金红石型钛白粉要选用粒径在0.3微米左右，该颜料遮盖能力好、高耐侯。疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂其流平性、增稠效果好，使涂膜光滑、平整、无缺陷并具有一定厚度。甲基硅油起到消泡剂的作用且量要适中，过多会造成涂膜产生“鱼眼”，过少则气泡无法消掉，留在涂膜中干燥后形成针孔，导致薄弱点产生；四氯间苯二睛为广谱抗菌型的防霉剂，加量超过0.5％，保证外墙涂膜不发霉。2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸脂起到成膜助剂的作用，保证涂料在较低温度下良好成膜。
纳米复合涂料的制备过程如下：
(1)、在分散罐中加入水，然后在分散机转数为400-500转/分钟下加入乙基羟乙基纤维素，搅拌至全部溶解，依次加入二异丁基磺基丁二酸钠、环氧乙烯烷基酚醚、四氯间苯二睛、甲基硅油、丙二醇600转/分钟，使水与各组份均匀混合，边搅拌边加入2，2，4-三甲基-1，3戊二烯单异丁酸酯、钛白粉、碳酸钙在转数为1200-1500转/分钟下搅拌下二十分种，进入砂磨机，制成白色均匀的浆状体。
(2)、将上述的白色料浆泵入调配罐中，低速搅拌下加入弹性纯丙烯酸酯乳液、纯丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、甲基硅油、疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂、2-氨基-2-甲基-1-丙醇，最后加入纳米助剂分散20分钟，粘度调到120-130KU，PH值调到8-9的范围。
按本方案的比例及上述方法制备成涂料，涂膜附着力测试按照GB/T1720-79《涂膜附着力测定法》，涂膜硬度按照GB/T1730-93《漆膜硬度测定法》。 表2
| 检测内容 | 原弹性外墙涂料 | 弹性纳米二氧化钛外墙涂料 |
| 硬度 | 0.30 | 0.45 |
| 附着力 | 3级 | 2级 |
依据GB/T9755-2001对涂料其它项目进行检测结果如下： 表3
| 表3项目 | 普通水性外墙涂料 | 纳米二氧化钛水性外墙涂料 | ||
| 方案1 | 方案2 | 方案3 | ||
| 容器中状态 | 无硬块，搅拌后呈均匀状态 | 无硬块，搅拌后呈均匀状态 | 无硬块，搅拌后呈均匀状态 | 无硬块，搅拌后呈均匀状态 |
| 施工性 | 涂刷两道无障碍 | 涂刷两道无障碍 | 涂刷两道无障碍 | 涂刷两道无障碍 |
| 低温稳定性 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 不变质 |
| 干燥时间(表干)h，≤ | 2 | 1.8 | 1.5 | 2 |
| 涂膜外观 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
| 对比率，≥ | 0.94 | 0.94 | 0.94 | 0.94 |
| 耐水性 | 96h无异常 | 300h无异常 | 360h无异常 | 320h无异常 |
| 耐碱性 | 48h无异常 | 90h无异常 | 96h无异常 | 85h无异常 |
| 耐洗刷性/次 | 5000 | 9500 | 10000 | 9700 |
| 耐人工气侯老化性 | 600h不起泡、不剥落、无裂纹 | 1000h不起泡、不剥落、无裂纹 | 1200h不起泡、不剥落、无裂纹 | 1100h不起泡、不剥落、无裂纹 |
| 粉化，级 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 变色，级 | 2 | 1 | 1 | 1 |
| 耐沾污性，％ | 14 | 13 | 12 | 12 |
| 涂层耐温变性 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 |
该纳米复合涂料可通过喷、刷、辊等多种方式施工，现已应用在大庆的东湖、龙新、西苑等居民小区，经过日晒、风吹、雨淋后涂膜外观良好，不褪色、不脱落、无裂缝，整体装饰效果好。
实施例1、(1)、在分散罐中加入130份的水，然后在分散机转数为400-500转/分钟下加入乙基羟乙基纤维素0.6份，搅拌至全部溶解，依次加入二异丁基磺基丁二酸钠6份、环氧乙烯烷基酚醚2份、四氯间苯二睛7份、甲基硅油1份、丙二醇15份在600转/分钟下，使水与各组份均匀混合，边搅拌边加入2，2，4-三甲基-1，3戊二烯单异丁酸酯4份、钛白粉150份、碳酸钙260份在转数为1200-1500转/分钟下搅拌下二十分种，进入砂磨机，制成白色均匀的浆状体。
(2)、将上述的白色料浆泵入调配罐中，低速搅拌下加入弹性纯丙烯酸酯乳液320份、纯丙烯酸酯乳液31份、苯丙乳液17份、甲基硅油1.2份、疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂17份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇1.5份，最后加入纳米助剂20份分散20分钟，粘度调到120-130KU，PH值调到8-9的范围。即得到该涂料。其中纳米二氧化钛助剂的组成为：粒径为10nm纳米二氧化钛颗粒400份、聚丙烯酸铵盐50份、2-氨基-2甲基-1-丙醇18份、丙二醇60份。
实施例2、(1)、在分散罐中加入150份的水，然后在分散机转数为400-500转/分钟下加入乙基羟乙基纤维素0.4份，搅拌至全部溶解，依次加入二异丁基磺基丁二酸钠4.6份、环氧乙烯烷基酚醚3份、四氯间苯二睛6份、甲基硅油1份、丙二醇25份在600转/分钟下，使水与各组份均匀混合，边搅拌边加入2，2，4-三甲基-1，3戊二烯单异丁酸酯3份、钛白粉170份、碳酸钙250份在转数为1200-1500转/分钟下搅拌下二十分种，进入砂磨机，制成白色均匀的浆状体。
(2)、将上述的白色料浆泵入调配罐中，低速搅拌下加入弹性纯丙烯酸酯乳液330份、纯丙烯酸酯乳液32份、苯丙乳液17份、甲基硅油1.2份、疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂18份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇1.0份，最后加入纳米二氧化钛助剂10份分散20分钟，粘度调到120-130KU，PH值调到8-9的范围，即得到该涂料。其中纳米二氧化钛助剂的组成为：粒径为15nm纳米二氧化钛颗粒200份、聚丙烯酸铵盐55份、2-氨基-2甲基-1-丙醇20份、丙二醇40份。
实施例3、(1)、在分散罐中加入140份的水，然后在分散机转数为400-500转/分钟下加入乙基羟乙基纤维素0.5份，搅拌至全部溶解，依次加入二异丁基磺基丁二酸钠3份、环氧乙烯烷基酚醚4份、四氯间苯二睛8份、甲基硅油1份、丙二醇20份在600转/分钟下，使水与各组份均匀混合，边搅拌边加入2，2，4-三甲基-1，3戊二烯单异丁酸酯5份、钛白粉160份、碳酸钙270份在转数为1200-1500转/分钟下搅拌下二十分种，进入砂磨机，制成白色均匀的浆状体。
(2)、将上述的白色料浆泵入调配罐中，低速搅拌下加入弹性纯丙烯酸酯乳液310份、纯丙烯酸酯乳液33份、苯丙乳液19份、甲基硅油1.2份、疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂17份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.5份，最后加入纳米助剂15份分散20分钟，粘度调到120-130KU，PH值调到8-9的范围。即得到该涂料。其中纳米二氧化钛助剂的组成为：粒径为20nm纳米二氧化钛颗粒300份、聚丙烯酸铵盐60份、2-氨基-2甲基-卜丙醇16份、丙二醇50份。
Claims (7)
1、一种纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑涂料，其特征在于：各组份及配比按重量份如下：水130～150份、乙基羟乙基纤维素0.5～0.7份、二异丁基磺基丁二酸钠3～6份、环氧乙烯烷基酚醚2～4份、甲基硅油1～3份、丙二醇15～25份、四氯间苯二睛6～8份、2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯3～5份、钛白粉150～170份、碳酸钙250～270份、弹性纯丙烯酸酯乳液310～330份、纯丙烯酸酯乳液310～330份、苯丙乳液15～17份、疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂17～19份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.5～1.5份、纳米二氧化钛助剂10～30份；上述的纳米二氧化钛助剂的组份及组份配比如下：纳米二氧化钛颗粒200～400份、聚丙烯酸铵盐50～60份、2-氨基-2甲基-1-丙醇16～20份、丙二醇40～60份，疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂是二氨基甲酸乙酯和二甘醇异丁醚按4∶1配制混合物，弹性纯丙烯酸酯乳液是丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯四种单体的水性共聚物，分子量为6000～8000，纯丙烯酸酯乳液是由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸乙酯三种单体的水性共聚物，分子量为6000～8000，苯丙乳液是由苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸三种单体水性共聚物，分子量为5000～6000。
2、根据权利要求1所述的纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑涂料，其特征在于：乙基羟乙基纤维素中葡萄糖酐单元为5。
3、根据权利要求1所述的纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑涂料，其特征在于：环氧乙烯烷基酚醚每分子环氧乙烯数为9.3，HLB值为13。
4、根据权利要求1所述的纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑涂料，其特征在于：碳酸钙粒度为1250目。
5、根据权利要求1所述的纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑涂料，其特征在于：钛白粉为金红石型。
6、根据权利要求1所述的纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑涂料，其特征在于：苯丙乳液是由苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸三种单体水性共聚物，分子量为5000～6000。
7、根据权利要求1所述的纳米二氧化钛复合高耐侯水性建筑涂料，其特征在于：纳米二氧化钛的平均粒径为10～20nm。
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