專利名稱:一種自清潔外墻建筑有機(jī)涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬化工建材技術(shù)領(lǐng)域,涉及到一種具有荷葉功能的自清潔外墻建筑有機(jī)涂料及其制備方法。
如何通過材料的表面設(shè)計(jì)和改性使涂層的表面具有象荷葉的自清潔功能是近年來國外高校和大公司所研究開發(fā)的熱點(diǎn)課題,例如,日本大阪大學(xué)Kiyoharu Tadanaga等人(Chem.Mater.2000,12,590-592)先制備花狀A(yù)l2O3膜,再在Al2O3膜上通過溶膠-凝膠法形成5-10nm厚的TiO2凝膠層,最后以含氟的硅烷試劑處理從而得到超疏水超疏油界面材料。日本東京大學(xué)Toshiya Watanabe等人(Langmuir,2000,16,7044-7047,7048-7050)和歐州專利(EP0772514)先通過溶膠-凝膠法得到Al2O3,或TiO2或SiO2薄膜,然后以含氟的硅烷試劑處理得到具有自清潔效果的仿生材料。Jan Genzer和Kirill Efimenko(Science,2000,Vol.290,2130-2133)在2000年Science290(15)報道通過機(jī)械組裝,將聚二甲基硅烷機(jī)械拉伸,以UV+O3處理再接上含氟的硅烷試劑,得到具有超疏水性聚合物表面。國內(nèi)則有中科院化學(xué)所江雷研究員通過類似的方法得到了雙疏或雙親二元界面材料。但迄今為止主要是通過無機(jī)涂層(如Al2O3,SiO2,TiO2等)的表面形貌控制和超疏水性試劑的使用,以得到疏水疏油性界面材料,雖然英文也稱為coating,但離真正意義上的、可大規(guī)模應(yīng)用于建筑物上的涂料(主要是有機(jī)涂料)還相差甚遠(yuǎn)。德國專利DE19921876A1通過粉體材料、硅乳液、憎水劑等共混的方法制備了一種具有荷葉功能的自清潔有機(jī)涂料,但是由于原材料價格昂貴,市場有限。在前面的一個專利(申請?zhí)?1142643.8)中,通過粉體的表面改性、低表面張力物質(zhì)的使用報道了一種具有荷葉功能自清潔仿生外墻建筑有機(jī)涂料及其制備方法,但存在制備不便,成本偏高等不足。
本發(fā)明提出的自清潔外墻建筑有機(jī)涂料是由顏填料、丙烯酸類乳液、低表面張力物質(zhì)和助劑組成。其中,(1)至少含一種粒徑在1-50μm的無機(jī)顏填料;(2)至少含一種丙烯酸類乳液;(3)至少含一種低表面張力的化合物或樹脂;(4)其它乳膠涂料用助劑同常規(guī)外墻乳膠漆。
本發(fā)明的具體內(nèi)容進(jìn)一步描述如下本發(fā)明的自清潔外墻建筑有機(jī)涂料的具體組成為(1)選用具有特殊形狀和一定粒徑分布的無機(jī)顏填料,用量占涂料總量的30-85wt%;(2)丙烯酸類乳液占涂料總量的15-70wt%;(3)選用具有低表面張力疏水助劑,該助劑能夠均勻分散在乳膠漆中,而在涂料成膜過程中又能在涂膜表面富集,形成具有很強(qiáng)的憎水膜,用量占丙烯酸類乳液總量的0.2-20wt%(4)涂料中其它常用助劑如分散劑、增稠劑、成膜助劑、消泡劑等分別按顏填料和乳液重量的0.5-5.0wt%加入;(4)涂料中水的含量可視涂料施工性和固體分適當(dāng)增加;(5)涂料的顏色可按要求調(diào)色。
上述各組分中無機(jī)顏填料如鈦白粉、硅灰粉等,丙烯酸類乳液如純丙烯酸酯類乳液、有機(jī)硅改性丙烯酸酯類乳液等,疏水助劑如含硅或含氟的樹脂乳化液、或其改性的納米界面疏水劑等,其余與現(xiàn)有技術(shù)相同。
本發(fā)明的自清潔外墻建筑有機(jī)涂料可優(yōu)先使用如下組份本發(fā)明中的無機(jī)顏填料為鈦白粉和其它現(xiàn)有顏填料中的一種或幾種如滑石粉、石英粉、硅灰石、碳酸鈣、鋅鋇白等。
本發(fā)明中的無機(jī)顏填料以在5-50μm粒徑,效果較好。
更好的無機(jī)顏填料粒徑是10-20μm。
本發(fā)明中的無機(jī)顏填料優(yōu)先選用有利于形成具有一定凹凸表面的涂層結(jié)構(gòu),它們是具有針狀結(jié)構(gòu)硅灰石、不規(guī)則的尖齒狀的石英粉、菱形結(jié)構(gòu)的方解石等。
低表面張力的疏水助劑優(yōu)先選用含蠟、含硅或含氟的樹脂乳化液或其改性的納米界面疏水劑或其混合物。
本發(fā)明中的丙烯酸類乳液是由丙烯酸酯類單體、苯乙烯、含硅或含氟的功能單體、醋酸乙烯酯中兩種或兩種以上單體通過乳液聚合而成。
本發(fā)明較好的乳液是使用純丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、有機(jī)硅改性丙烯酸乳液或有機(jī)氟改性丙烯酸乳液,或是它們的混合物。
本發(fā)明涂料中的液體相是水,是水性環(huán)保涂料,水的含量可視涂料施工性適當(dāng)添加。
具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料的制備方法如下將適量的分散劑、增稠劑、防酶劑、消泡劑、防凍劑等分散在適量的水中,然后按上述比例依次加入鈦白粉和其他粉體,在分散機(jī)中高速攪拌分散。當(dāng)顏填料在水中分散細(xì)度小于75μm后,降低攪拌速度,加入上述量的乳液基料、疏水助劑、消泡劑和成膜助劑充分?jǐn)嚢?,最后調(diào)整涂料的pH值和粘度。所有組分加入量如前所述,最后的pH值和粘度與現(xiàn)有技術(shù)中的涂料相同。
本發(fā)明的產(chǎn)物用標(biāo)準(zhǔn)線棒或線盒直接將上述涂料體系澆鑄在金屬板或石棉板上,室溫干燥7后,測定涂膜的性能。其主要性能表征如下表面接觸角由德國Dataphysics儀器股份有限公司生產(chǎn)的OCA視頻光學(xué)接觸角測量儀測定。人工加速耐老化試驗(yàn)由美國Q-Pannel Lab Products公司生產(chǎn)的人工老化試驗(yàn)箱測定。其它性能按GB/T9755-1995進(jìn)行。
本發(fā)明利用現(xiàn)有制備涂料的方法制得涂料,使制備過程更顯簡單,且降低了成本,無害無污染,本發(fā)明原材料來源豐富且價格低廉,產(chǎn)品經(jīng)上述指標(biāo)測試表明各項(xiàng)指標(biāo)均超過現(xiàn)有外墻乳膠建筑涂料的國家標(biāo)準(zhǔn),且涂層對水的接觸角≥120℃,具有顯著的自清潔功能。實(shí)際應(yīng)用表明,該建筑涂料可長期保持建筑物外墻干凈清潔。
例1涂料基本配方1
原料用量(wt%)水 25改性苯丙乳液32疏水助劑4鈦白粉 15方解石(7μm)20增稠劑 0.2~1pH調(diào)節(jié)劑0.2~1消泡劑 0.1~0.5分散劑 0.4成膜助劑1.5防凍劑 1按上述配方按外墻乳膠漆的方法制備,可得到具有自清潔功能外墻有機(jī)建筑涂料。其涂膜對水的表面接觸角≥122℃,人工加速耐老化時間≥700小時,其它外墻乳膠漆性能通過。例2涂料基本配方2原料 用量(wt%)水 28純丙乳液20疏水助劑4鈦白粉 15石英粉(20μm目) 21硅灰石 10
增稠劑 0.2~1pH調(diào)節(jié)劑0.2~1消泡劑 0.1~0.5分散劑 0.4成膜助劑1.5防凍劑 1將上述配方按外墻乳膠漆的方法制備,可得到具有自清潔功能外墻有機(jī)建筑涂料。其涂膜對水的表面接觸角≥130℃,人工加速耐老化時間≥1000小時,其它外墻乳膠漆性能通過。例3涂料基本配方3原料 用量(wt%)水 28硅丙乳液26疏水助劑3鈦白粉 15石英粉(45μm目) 10方解石 16增稠劑 0.2~1pH調(diào)節(jié)劑0.2~1消泡劑 0.1~0.5分散劑 0.4成膜助劑1.5防凍劑 1
將上述配方按外墻乳膠漆的方法制備,可得到具有自清潔功能的外墻有機(jī)建筑涂料。其涂膜對水的表面接觸角≥150℃,人工加速耐老化時間≥1000小時,其它外墻乳膠漆性能通過。
權(quán)利要求
1.一種具有自清潔功能的外墻建筑有機(jī)涂料,其特征在于采用如下組份(1)無機(jī)顏填料粒徑是1-50μm;用量占涂料總量的30-85wt%;(2)涂料中含丙烯酸類乳液,其用量占涂料總量的15-70wt%;(3)低表面張力疏水助劑,用量占丙烯酸類乳液總量的0.2-20wt%(4)涂料中其它常用助劑分別按顏填料和乳液總重量的0.5%-5.0wt%加入;(5)涂料中水的含量可視涂料施工性和固含量適當(dāng)增加;(6)涂料的顏色可按要求調(diào)色。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料,其特征在于無機(jī)顏填料為鈦白粉和現(xiàn)有其它顏填料中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料,其特征是無機(jī)顏填料粒徑是5-50μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料,其特征是無機(jī)顏填料粒徑是10-20μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料,其特征在于其它無機(jī)顏填料是具有針狀結(jié)構(gòu)硅灰石或不規(guī)則的尖齒狀的石英粉或菱形結(jié)構(gòu)的方解石。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料,其特征是低表面張力的疏水助劑是含蠟或含硅或含氟的樹脂乳化液或其改性的納米界面疏水劑或其混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料,其特征在于丙烯酸類乳液是由下述兩種或兩種以上單體通過乳液聚合而成丙烯酸酯類單體、苯乙烯、含硅或含氟的功能單體、醋酸乙烯酯中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料,其特征在于丙烯酸類乳液是有機(jī)硅改性丙烯酸乳液、有機(jī)氟改性丙烯酸乳液、純丙烯酸酯乳液或苯丙乳液的一種或其混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料,其特征在于涂料中液體相為水。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔功能有機(jī)外墻建筑涂料的制備方法,其特征在于在裝有機(jī)械攪拌、溫度計(jì)、冷凝管的圓底燒瓶中,將適量的分散劑、增稠劑、防酶劑、消泡劑、防凍劑等分散在適量的水中,然后按一定比例依次加入鈦白粉和其他顏填料,在分散機(jī)中高速攪拌分散。當(dāng)顏填料在水中分散細(xì)度小于75μm后,降低攪拌速度,加入乳液基料、疏水助劑、消泡劑和成膜助劑充分?jǐn)嚢?,最后調(diào)整涂料的pH值和粘度,按丙烯酸乳膠漆常規(guī)方法直接制備具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料。
全文摘要
本發(fā)明屬化工建材領(lǐng)域,是一種具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料?,F(xiàn)有涂料制備不方便,耐污性仍不理想。本發(fā)明選用一定尺寸和形狀的無機(jī)顏填料和低表面張力的疏水助劑,按用量比與丙烯酸類乳液、其它顏填料、助劑混配,從而得到具有自清潔功能外墻建筑有機(jī)涂料。該體系利用現(xiàn)有涂料的制備方法,使制備更顯簡便,降低成本。本發(fā)明涂料可直接大規(guī)模涂刷于各種建筑物外墻,具有優(yōu)良的自清潔性和戶外耐老化性。
文檔編號C09D133/02GK1454949SQ0311702
公開日2003年11月12日 申請日期2003年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者武利民, 顧廣新, 游波, 周樹學(xué) 申請人:復(fù)旦大學(xué)