CN1329462C - 纳米型健康建筑内墙乳胶漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纳米型健康建筑内墙乳胶漆及其制备方法，其特征在于由乙烯基聚合物乳液、分散剂、润湿剂、颜料、填料、纳米预分散液、增稠剂、pH调节剂及水组成；其制备方法包括纳米预分散液与乳液复合、预混合、高速分散、调漆、过滤。本发明在保证涂料有较好的物理性能同时，使VOC降到最低值，使居室具有良好的室内外空气质量，为人们生活提供所需的舒适环境。而且，利用纳米技术对传统产品进行改性，耐湿擦性能优异，同时将防霉杀菌剂稳定负载于纳米材料上，防霉杀菌能力高效、持久，对皮肤无刺激性。

Description

纳米型健康建筑内墙乳胶漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，特别是一种用于建筑内墙保护和装饰的纳米型健康建筑内墙乳胶漆。

背景技术

70年代开始，发达国家中开始出现刺激、乏力、头疼、记忆力减退等“不良建筑物综合症”，许多数据显示，这与建筑物涂料中的挥发性有机物(VOC)污染有关。目前，世界各国均致力研究及开发低VOC的乳胶涂料，但是，在乳胶涂料体系中，不可避免需要添加多种助剂，如聚结助剂、流平剂、防冻剂、防腐杀菌剂等均含有有机溶剂，因此如何在保证乳胶涂料质量的情况下降低VOC含量成为一个棘手的难题。此外，为防霉杀菌，常使用含有汞、铜、锡、砷等金属有机化合物的防霉杀菌剂，虽然具有较强的杀菌力，但其效力短，同时对人体也有较大的毒害。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种超低VOC含量且具有优异的耐湿擦性以及高效、持久的防霉杀菌能力的纳米型健康建筑内墙乳胶漆。

本发明的另一个目的是提供一种纳米型健康建筑内墙乳胶漆的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种纳米型健康建筑内墙乳胶漆，其组份为(按％重量计)：20～50％的乙烯基聚合物乳液，0.2～0.9％的分散剂，0.1～1.2％的润湿剂，0.2～0.8％的消泡剂，16～25％的颜料，0～24％的填料，0.3～3％的纳米预分散液，0.2～3.0％的增稠剂，0.05～1.2％的PH调节剂，其余为水。

乳液是乳胶漆的成膜成份，决定着漆膜的性能。为了降低涂料的VOC，本发明选用了零VOC核壳结构纯丙乳液、苯丙乳液和叔醋乳液中的一种，或为它们中两种乳液的混合。在保证涂料有较好物理性能的同时有效地使VOC降到最低值。核-壳结构乳液是指一种聚合物作为“种子”胶粒，然后加入另一种单体和引发剂，在胶乳表面进行乳液聚合得到的乳液。这种复合乳胶分相而不分离，中间是胞核，外层是胞壳，壳外包覆着乳化层，形成层状乳液即核-壳结构乳液，而网络相互贯穿则发生在两相界面。本体系优选软核-硬壳的颗粒结构乳液，核层聚合物提供柔软性、粘附性和耐冷脆性，壳层聚合物提供耐磨性、耐热性(不粘性)和耐溶剂性，每一颗粒中的软相的最低成膜温度(MFFT)很低，能够在较低的环境温度下形成连续的膜，而颗粒中的硬相则赋予漆膜出色的抗粘连能力，无需添加任何成膜助剂。优选具有较低的最低成膜温度(MFFT)乳液作为纳米型健康建筑内墙乳胶漆的成膜物：核壳结构乳液可用来制备低PVC高光泽涂料；非核壳结构乳液可用来制备高PVC平光涂料；核壳结构乳液与非核壳结构乳液按照一定比例混配可用来制备中PVC平光涂料。

乳胶漆中常用的白色颜料和填料较多，本涂料是环保型体系，在保证涂料性能的同时，使用了重金属等有害物质含量低的颜填料。颜料选用钛白粉，填料包括重质碳酸钙、高岭土、滑石粉、超细硅酸铝等。除白色乳胶漆外，在本体系中还可添加其它颜色的色浆以调制得到各种色彩的乳胶漆。

钛白粉：即二氧化钛(TiO₂)，无毒，粉粒状，粒径小，白度高，着色力和遮盖力高，主要有两种晶型存在：金红石型和锐钛型。本体系优选粒径细、易分散、遮盖力强的适合于内墙使用的如杜邦公司的金红石型钛白，最佳用量为16～25％。

重质碳酸钙：白色粉末，为最常用的填料之一。其无味无臭，不易粉化，可提高漆膜的硬度和耐洗刷性能。本体系优选800目的重质碳酸钙，最佳用量为0～15％。

高岭土：是一种以硅酸铝高岭石等粘土为主的矿物聚合体。颗粒细、润湿分散稳定性好，悬浮性好，因此有助于防沉。以一定比例加入，在保证遮盖力的同时可节省部分钛白。本体系优选1250目的高岭土，最佳用量为0～5％。

滑石粉：主要化学成份是水合硅酸镁，在乳胶漆中使用滑石粉可以改善易施工性，使涂料易于涂刷和有好的流平性以及增强涂膜的耐久性等。本体系优选800目的滑石粉，最佳用量为0～4％。

超细硅酸铝：为一种功能性填料，纯白无定型松散超细粉末，低碱性。因粒径小，粒度分布窄，没有沉淀分层现象，可使涂料的悬浮性大大提高，开罐效果良好，涂料色相纯正，着色力强，遮盖力提高。优选颗粒、粒径为0.4-0.5微米的超细硅酸铝，其对入射光得到散射能力最大，具有最高的遮盖力，同时粒径越小着色力越强，可提高涂料的分散性及细度指标。本体系中的最佳用量为0～3％。

本体系作为低VOC涂料，在确保产品性能的同时，所选用的助剂都是零VOC或者是VOC值较低的。

分散剂：本体系优选分散能力好的聚丙烯酸盐分散剂或聚马来酸盐分散剂(其中钠、钾盐较铵盐有更低的VOC)。

润湿剂：为了达到更好的分散效果，改善基料和颜料的润湿性，促进流动性，同时抑制泡沫的产生，本体系优选多(聚)磷酸盐润湿剂或/和抑泡型非离子表面活性剂润湿剂。

增稠剂：增稠剂是一种流变助剂，加入后可增加涂料的粘度，同时赋予涂料优异的机械及物理化学稳定性，在施工时起控制流变性的作用。本体系优选的增稠剂种类包括羟乙基纤维素醚、碱溶胀型聚丙烯酸和聚氨酯缔合型三元复合增稠剂。纤维素类增稠剂主要增大乳胶漆的中低剪切粘度，其触变性大，屈服值大。碱溶胀丙烯酸乳液增稠剂主要提高中低剪切粘度，其屈服值较大，触变性大。而聚氨酯缔合型三元复合增稠剂屈服值小，流动性好。在本体系中选取该三类增稠剂进行复配使用，制得的涂料粘度稳定，外观细腻丰满，储存稳定性佳，开罐效果好。

消泡剂：乳胶漆中的各种助剂大多属于表面活性剂，使体系本身存在容易起泡或者使气泡稳定的因素。涂料在生产过程中的搅拌，施工时的喷涂或者辊涂都会不同程度地增加涂料体系的自由度，帮助泡沫的产生。泡沫中的空气会阻碍颜填料的分散，给干膜留下泡眼，造成表面缺陷，既有损外观，又影响漆膜的耐水性，因此需要使用与本体系相适应的低VOC消泡剂来解决泡沫问题。本体系优选相容性较好的聚醚改性有机硅乳液消泡剂，其消泡性能之不足可通过抑泡型润湿剂的协同作用加以解决。

PH调节剂优选无挥发性的氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠等。

纳米材料因其比表面积大、粒子微孔多、吸附能力强以及反应活性高等特性，对增加涂料的粘稠度与提高涂层与基体之间的结合强度等方面作用明显。因其(纳米氧化硅)颗粒尺寸小、分子状态呈三维网状结构、表面存在大量的羟基和不饱和残键，具有很高的反应活性，与乳液复合时，一部分纳米粒子可能与乳胶分子发生键合或接枝，另一部分也可能渗透到高分子链以及大颗粒材料之间的缝隙中，形成独特的三维网络结构，从而明显改善涂料的悬浮稳定性和成膜性，显著提高涂膜的致密性、延展性、硬度和耐洗刷性等性能。将防霉杀菌剂稳定负载于纳米材料，利用纳米材料的缓释功能，可达到高效、持久的防霉杀菌功能。本体系优选浙江明日纳米材料有限公司的纳米预分散液，主要组份为：纳米氧化硅≥20％，无机抗菌粉3～5％。

本发明所述的涂料，还可以加入0.5～3％的负离子释放材料。负离子释放材料由于每个单元体的正、负电荷中心无法重合，构成永久电极，具有热电性和压电性。当外界温度或外加压力发生微小变化时，即在其周围形成电场及微电流。同时，由于有偶极矩的存在使负离子涂料添加剂具有优良的远红外功能。因负离子涂料添加剂的每个单元具有永久电极，当空气中的水分子或氧气分子与其接触时，永久电极瞬间放电，释放出负离子(H₃O₂ ^-、O₂ ^-)，可中和、包裹游离的带正电荷的甲醛、氨、苯类等有害气体颗粒，使其形成大粒子团并沉降下来；负离子还能中和空气中的氧自由基及氧化性气体(腐败异味)，其形成的电场可以使有机物异味分解，从而达到净化空气的目的。细菌大多带正电荷，在空气中被负离子包覆、中和或氧化还原(负离子具有较高的活性)，从而达到抗菌、杀菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、霉菌等)的目的。本体系优选的负离子释放材料为中科院固体所泰兴纳米材料厂生产的奇冰石粉或/和北京郎诺环保科技有限公司生产的环保功能材料负离子素。

本发明的纳米型健康建筑内墙乳胶漆的制备方法，包括如下步骤：

(1)纳米预分散液与乳液复合：慢速搅拌(200～400转/分)下，顺序加入乳液、水、纳米预分散液，搅拌约1～2小时至均匀，备用；

(2)预分散：慢速搅拌(200～400转/分)下，顺序加入水、分散剂、润湿剂、消泡剂、纤维素类增稠剂等，搅拌至均匀后加入负离子释放材料、颜料及填料；

(3)高速分散：高速搅拌(1000～1500转/分)30分钟，分散温度≤60℃，使颜填料粒子形成分散稳定的状态并达到所需细度；

(4)调漆：慢速搅拌下，加入步骤(1)的纳米预分散液复合乳液，均匀后再缓慢加入消泡剂、PH调节剂及增稠剂；

(5)过滤。

本发明产品中不含汞及其化合物，不用铅、镉、铬及其化合物的颜料着色，尽可能降低或减少有毒有害的挥发性有机物和重金属离子的含量，在保证涂料有较好的物理性能同时，使VOC降到最低值。而且，利用纳米技术对传统产品进行改性，耐湿擦性能优异，同时将防霉杀菌剂稳定负载于纳米材料上，防霉杀菌能力高效、持久，对皮肤无刺激性。添加的负离子释放材料具有净化空气、杀菌除臭等优点。本发明产品常规指标达到GB/T9756-2001优等品水平，VOC、甲醛、重金属含量低于GB18582-2001有害物限量标准，使居室具有良好的室内外空气质量，为人们生活提供所需的舒适环境。

本发明产品的检测结果如下：

对比率(白色和浅色)             0.95

耐洗刷性                       ＞20000次不露底

挥发性有机化合物(VOC)(g/L)     1.2

游离甲醛(g/kg)                 ＜5×10^-3

重  金  属 可溶性铅            7.48

(mg/kg)    可溶性镉            0.04

           可溶性铬            0.076

           可溶性              1.89

抗菌率(％)                     ＞99.99

防霉性能                       0级

皮肤刺激性                     无

具体实施方式

实施例1

制备低PVC高光泽涂料。配方为：纯丙乳液(核壳结构)50公斤，聚丙烯酸钠(铵)盐分散剂0.9公斤，多(聚)磷酸盐润湿剂0.1公斤，聚醚改性有机硅乳液消泡剂0.2公斤，金红石型钛白粉25公斤，负离子释放材料3公斤，纳米预分散液0.3公斤，增稠剂2.5公斤(包括纤维素类增稠剂0.1公斤、碱溶胀丙烯酸乳液增稠剂0.6公斤和非离子缔合型聚氨酯增稠剂1.8公斤)，碳酸钠1.2公斤，水16.8公斤。

配置工艺步骤为：(1)纳米预分散液与乳液复合：在容器中加入乳液，慢速搅拌下(200～400转/分)，加入适量水稀释后，滴加纳米母液，滴加完后继续搅拌约1～2小时直至均匀，备用。(2)在分散缸(带夹套)中加入水，慢速(200～400转/分)搅拌下，加入分散剂、润湿剂、消泡剂、纤维素类增稠剂等，继续搅拌至分散均匀后加入负离子释放材料、钛白粉，并注意随着粘度的增大而调整转速，投料完备后停机，升起分散盘并注意将缸壁及分散盘上附着的物料全部铲入浆料，用水冲洗分散缸内壁和分散盘后调整好分散机，(3)高速分散(1000～1500转/分)30分钟，并注意使用冷却水以控制分散缸温度(不超过60℃)。(4)取样检测，细度应不大于45μm。慢速搅拌下，向分散缸内的浆料中加入步骤(1)制得的纳米预分散液复合乳液，搅拌10分钟后慢慢加入消泡剂、碳酸钠、丙烯酸乳液增稠剂和缔合型聚氨酯增稠剂，继续搅拌至均匀后停机。(5)取样检验，产品合格后用200目振荡筛过滤后按规格包装。

实施例2

制备高PVC平光涂料。配方为：苯丙乳液20公斤，聚丙烯酸钠(铵)盐分散剂0.5公斤，多(聚)磷酸盐润湿剂0.2公斤，聚醚改性有机硅乳液消泡剂0.4公斤，金红石型钛白粉18公斤，填料22公斤(包括800目的重质碳酸钙15公斤，1250目的高岭土3公斤，800目的滑石粉2公斤，超细硅酸铝2公斤)，负离子释放材料0.5公斤，纳米预分散液2公斤，增稠剂2.15公斤(包括纤维素类增稠剂0.35公斤、碱溶胀丙烯酸乳液增稠剂0.4公斤和非离子缔合型聚氨酯增稠剂1.4公斤)，氢氧化钠溶液0.1公斤，水34.15公斤。

配置工艺步骤同实施例1。

实施例3

制备中PVC平光涂料。配方为：乳液30公斤(包括纯丙乳液15公斤，苯丙乳液15公斤)聚马来酸盐分散剂0.45公斤，多(聚)磷酸盐润湿剂0.15公斤，聚醚改性有机硅乳液消泡剂0.5公斤，金红石型钛白粉16公斤，填料18.4公斤(包括800目的重质碳酸钙13公斤，1250目的高岭土2.6公斤，800目的滑石粉1.8公斤，超细硅酸铝1公斤)，负离子释放材料2公斤，纳米预分散液1.0公斤，增稠剂1.8公斤(包括纤维素类增稠剂0.3公斤、碱溶胀丙烯酸乳液增稠剂0.3公斤和非离子缔合型聚氨酯增稠剂1.2公斤)，氢氧化钾0.5公斤，水29.2公斤。

配置工艺步骤同实施例1。

本发明制得的产品密封存放于0℃以上阴凉干爽处，有效使用期为18个月。温度低于5℃或湿度大于90％不宜施工。

施工指南：施工前必须搅拌均匀；

施工方法——滚涂、刷涂或无气喷涂(可不用底漆或用配套的健康底漆)；

表面处理——基材表面清洁、干燥(无油污、无裂缝、无松散物质)；

干漆膜厚度——30μm(每层)；

湿漆膜厚度——70μm(每层)；

理论覆盖面——14m²/L；

稀释比例——可加10～25％清水搅拌均匀后再施工；

触干时间——1h/25℃；

重涂时间——3h/25℃；

最低施工温度——5℃。

Claims (10)

1.一种纳米型健康建筑内墙乳胶漆，其特征在于：按重量百分比计算含有以下组份为：20～50％的乙烯基聚合物乳液，0.2～0.9％的分散剂，0.1～1.2％的润湿剂，0.2～0.8％的消泡剂，16～25％的颜料，0～24％的填料，0.3～3％的纳米预分散液，0.2～3.0％的增稠剂，0.05～1.2％的PH调节剂，余量为水。

2.根据权利要求1所述的纳米型健康建筑内墙乳胶漆，其特征在于：还含有0.5～3％的负离子释放材料。

3.根据权利要求1所述的纳米型健康建筑内墙乳胶漆，其特征在于：所述的负离子释放材料为负离子素。

4.根据权利要求1所述的纳米型健康建筑内墙乳胶漆，其特征在于：所述的乙烯基聚合物乳液为苯丙乳液、纯丙乳液或叔醋乳液中的一种，或为它们中两种乳液的混合。

5.根据权利要求1所述的纳米型健康建筑内墙乳胶漆，其特征在于：所述分散剂为聚丙烯酸盐或聚马来酸盐。

6.根据权利要求1所述的纳米型健康建筑内墙乳胶漆，其特征在于：所述润湿剂为多(聚)磷酸盐或/和抑泡型非离子表面活性剂润湿剂。

7.根据权利要求1所述的纳米型健康建筑内墙乳胶漆，其特征在于：所述的增稠剂为羟乙基纤维素醚、碱溶胀型聚丙烯酸和聚氨酯缔合型三元复合增稠剂。

8.根据权利要求1所述的纳米型健康建筑内墙乳胶漆，其特征在于：所述的PH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠。

9.根据权利要求1所述的纳米型健康建筑内墙乳胶漆，其特征在于：所述的纳米预分散液含有不低于20％的纳米氧化硅和3～5％的无机抗菌剂。

10.一种如权利要求1所述的纳米型健康建筑内墙乳胶漆的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)纳米预分散液与乳液复合：在转速为200～400转/分的慢速搅拌下，顺序加入乳液、水、纳米预分散液，搅拌约1～2小时至均匀，备用；

(2)预分散：在转速为200～400转/分的慢速搅拌下，顺序加入水、分散剂、润湿剂、消泡剂、纤维素类增稠剂，搅拌至均匀后加入颜料及填料；

(3)高速分散：转速为1000～1500转/分的高速搅拌30分钟，分散温度≤60℃，使颜填料粒子形成分散稳定的状态并达到所需细度；

(4)调漆：慢速搅拌下，加入步骤(1)的纳米预分散液复合乳液，均匀后再缓慢加入消泡剂、PH调节剂及增稠剂；

(5)过滤。