本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，具體涉及一種抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

建筑外墻涂料受其使用環(huán)境影響，容易受到污染及發(fā)生老化，導(dǎo)致使用壽命縮短。因此，抗菌抗老化的建筑外墻涂料受到越來(lái)越多人的關(guān)注。納米氧化鋅是一種高端的高功能精細(xì)無(wú)機(jī)產(chǎn)品，具有普通氧化鋅所無(wú)法比較的性能，如：光催化、吸收和散射紫外線等。因此，將其應(yīng)用到建筑外墻涂料不僅可以賦予涂料抗菌性、自清潔性及防止霉變的作用，還能有效改善目前外墻涂料易老化、耐候性差的缺點(diǎn)，在日照時(shí)間長(zhǎng)及濕度大的地方，產(chǎn)品具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但納米材料比表面積大，表面能高，在涂料分散過(guò)程中極易發(fā)生團(tuán)聚，失去納米材料原有的作用。因此，納米氧化鋅在涂料中的均勻分散是研制抗菌、抗老化建筑外墻涂料要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料。該涂料具有良好的抗菌及抗老化等作用，解決了現(xiàn)有涂料耐污性差、易霉變、耐候性差的問題；用于建筑外墻，具有優(yōu)異的抗菌防霉和抗老化性能。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料的應(yīng)用。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料，其原料按重量份包括：硅溶膠100-150份，高分子乳液60-100份，滑石粉80-100份，硅灰石30-64份，改性納米氧化鋅10-20份，硅烷偶聯(lián)劑0.5-2份，成膜助劑2-6份，分散劑1-3份，增稠劑1-3份，流平劑0.5-2份，消泡劑0.5-2份，水10-30份。

優(yōu)選的，所述成膜助劑為Texanol酯醇。所述Texanol酯醇化學(xué)名稱為2,2,4-三甲基1,3-戊二醇單異丁酸酯。

優(yōu)選的，所述的高分子乳液為純丙乳液或醋丙乳液。

更優(yōu)選的，所述高分子乳液為純丙乳液時(shí)，硅溶膠與純丙乳液重量比為3:2，硅烷偶聯(lián)劑占硅溶膠重量的0.9％，成膜助劑占純丙乳液重量的3.1％；所述高分子乳液為醋丙乳液時(shí)，硅溶膠與醋丙乳液重量比為1:1，硅烷偶聯(lián)劑占硅溶膠重量的1.2％，成膜助劑占醋丙乳液重量的3.1％。

優(yōu)選的，所述的改性納米氧化鋅是以KH550硅烷偶聯(lián)劑為改性劑，利用KH550硅烷偶聯(lián)劑與納米氧化鋅粒子界面之間的物理與化學(xué)作用進(jìn)行改性后的納米氧化鋅。

改性實(shí)驗(yàn)如下：取一定量的KH550硅烷偶聯(lián)劑超聲分散于水-乙醇溶液中，加入納米氧化鋅，恒溫?cái)嚢枰欢螘r(shí)間后，過(guò)濾，無(wú)水乙醇洗滌3次以上，將濾餅于60℃真空干燥，得改性納米氧化鋅。

優(yōu)選的，所述的改性納米氧化鋅，平均粒徑為20-80nm，形狀為球形。

優(yōu)選的，所述的硅溶膠為堿性硅溶膠。

所述硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選為KH550硅烷偶聯(lián)劑。

一種抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料的制備方法，包括以下步驟：

(1)無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合乳液的制備：將硅溶膠與硅烷偶聯(lián)劑常溫?cái)嚢璺磻?yīng)4.5h后，加入高分子乳液和成膜助劑，再用氨水調(diào)節(jié)pH值，繼續(xù)攪拌2h后，即得硅溶膠-高分子乳液的無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合乳液；本發(fā)明所述的常溫是指25±2℃。

(2)復(fù)合涂料的制備：將研磨分散過(guò)篩的滑石粉和硅灰石、改性納米氧化鋅、增稠劑、分散劑、流平劑、消泡劑與水，加入到步驟(1)制得的乳液中，400rpm攪拌30min，即得所述復(fù)合涂料。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述高分子乳液為純丙乳液時(shí)，硅溶膠/純丙復(fù)合乳液的制備過(guò)程中，硅溶膠與純丙乳液重量比為3:2，pH為9，硅烷偶聯(lián)劑占硅溶膠重量的0.9％，成膜助劑占純丙乳液重量的3.1％。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述高分子乳液為醋丙乳液時(shí)，硅溶膠/醋丙復(fù)合乳液的制備過(guò)程中，硅溶膠與醋丙乳液重量比為1:1，pH為9，硅烷偶聯(lián)劑占硅溶膠重量的1.2％，成膜助劑占醋丙乳液重量的3.1％。

優(yōu)選的，步驟(2)中研磨分散后的滑石粉和硅灰石過(guò)200目篩。

本發(fā)明所述的抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料能用作建筑外墻涂料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

(1)本發(fā)明通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑改性硅溶膠，使硅溶膠與高分子乳液形成無(wú)機(jī)/有機(jī)核殼結(jié)構(gòu)，使基料在分子結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)良好的均勻分散，更大地發(fā)揮硅溶膠在建筑外墻涂料上的優(yōu)勢(shì)作用：提高涂層附著力、耐水性等。

(2)本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的添加納米氧化鋅賦予建筑外墻涂料抗菌、抗老化的性能，提高了外墻涂料的抗菌防霉性，延緩或防止外墻涂料的光降解，提高涂料的抗紫外線作用，進(jìn)一步擴(kuò)大外墻涂料使用范圍與年限。本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單工藝所研制的復(fù)合涂料除具有外墻涂料的一般性能外，還具有良好的抗菌防霉性、耐污性及抗紫外老化性能，特別是在濕度大、日照長(zhǎng)的地方具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

(3)本發(fā)明利用硅烷偶聯(lián)劑與納米氧化鋅粒子表面存在的大量羥基對(duì)納米氧化鋅改性，降低納米氧化鋅粒子的自聚作用，使得其在涂料基體中更易分散，解決納米氧化鋅與涂料結(jié)合性差的問題，充分發(fā)揮納米效應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明改性納米氧化鋅紅外圖譜；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料對(duì)紫外光和可見光屏蔽效果與涂層厚度關(guān)系圖；

圖3為未添加改性納米氧化鋅的外墻涂料對(duì)紫外光和可見光屏蔽效果與涂層厚度關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

本發(fā)明提供了一種抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料，其組成按重量份如下：硅溶膠100-150份，高分子乳液60-100份，滑石粉80-100份，硅灰石30-64份，改性納米氧化鋅10-20份，硅烷偶聯(lián)劑0.5-2份，成膜助劑2-6份，分散劑1-3份，增稠劑1-3份，流平劑0.5-2份，消泡劑0.5-2份，水10-30份。

本發(fā)明還提供了上述抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料的制備方法，具體步驟為：

(1)將硅溶膠與硅烷偶聯(lián)劑于三口瓶中常溫?cái)嚢璺磻?yīng)4.5h后，加入高分子乳液和成膜助劑，再用氨水調(diào)節(jié)pH值，繼續(xù)攪拌2h后，即得硅溶膠-高分子乳液的無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合乳液；

(2)將研磨分散至合適細(xì)度滑石粉和硅灰石、改性納米氧化鋅、增稠劑、分散劑、流平劑、消泡劑與水，加入到無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合乳液中，400rpm攪拌30min，制得復(fù)合涂料。測(cè)得該復(fù)合涂料的涂-4粘度為70-80s。

本發(fā)明所使用的硅烷偶聯(lián)劑、成膜助劑、增稠劑、分散劑、消泡劑、流平劑、顏填料等均為制備涂料常用產(chǎn)品。高分子乳液為純丙乳液和醋丙乳液之一，硅溶膠優(yōu)選為常見的堿性硅溶膠。本發(fā)明所研制的抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料作為外墻涂料，具有優(yōu)異抗菌性能和抗紫外老化性能，可采用輥涂、刷涂、噴涂等方式進(jìn)行施工。

本發(fā)明實(shí)施例中所使用的成膜助劑、增稠劑、分散劑、流平劑、消泡劑生產(chǎn)廠家為廣州市潤(rùn)宏化工有限公司。其中，成膜助劑為Texanol酯醇，增稠劑為羥乙基纖維素(HEC)，分散劑為SN5040系列分散劑，流平劑為R3018有機(jī)硅流平劑，消泡劑為NXZ系列流平劑。硅溶膠為堿性硅溶膠，工業(yè)級(jí)，二氧化硅含量為32％，購(gòu)于佛山市順德區(qū)金洹貿(mào)易有限公司。

本發(fā)明實(shí)施例中所使用的改性納米氧化鋅通過(guò)以下改性實(shí)驗(yàn)制得：取一定量的KH550硅烷偶聯(lián)劑超聲分散于水-乙醇溶液中，加入納米氧化鋅(質(zhì)量比硅烷偶聯(lián)劑：納米氧化鋅＝1:100)，恒溫60℃攪拌2h后，過(guò)濾，無(wú)水乙醇洗滌3次以上，將濾餅置于80℃真空烘箱干燥，得改性納米氧化鋅。

改性后納米氧化鋅紅外圖譜如圖1所示，經(jīng)KH550硅烷偶聯(lián)劑改性的納米氧化鋅在2757cm^-1、2280cm^-1處出現(xiàn)了新的吸收峰，說(shuō)明KH550與氧化鋅發(fā)生了分子反應(yīng)，即KH550成功接枝于氧化鋅。這利于納米氧化鋅與硅溶膠/高分子乳液的結(jié)合，利于其在基體中的分散。

實(shí)施例1

一種抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料的制備方法，包括以下步驟：

(1)硅溶膠/純丙復(fù)合乳液的制備：將硅溶膠與KH550硅烷偶聯(lián)劑于三口瓶中常溫?cái)嚢璺磻?yīng)4.5h后，加入純丙乳液和Texanol酯醇，再用氨水調(diào)節(jié)pH值，繼續(xù)攪拌2h后，即得硅溶膠-純丙乳液的無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合乳液。

選用正交表L₁₆(4⁴)來(lái)安排試驗(yàn)，各因素、水平選取如下：A為硅溶膠與純丙乳液重量比；B為體系的pH值；C為硅烷偶聯(lián)劑與硅溶膠用量比；D為成膜助劑與純丙乳液用量比，具體如表1。

表1 各因素正交表

以吸水率為指標(biāo)，確定A4B3C4D2為最優(yōu)方案。硅溶膠與純丙乳液重量比為3:2，pH為9，硅烷偶聯(lián)劑占硅溶膠重量比為0.9％，成膜助劑占純丙乳液重量比為3.1％，所制備的硅溶膠/純丙復(fù)合乳液的吸水率最低。

綜上，本實(shí)施例中硅溶膠/純丙復(fù)合乳液的制備配方為：硅溶膠150kg、純丙乳液100kg、硅烷偶聯(lián)劑1.35kg、Texanol酯醇3.1kg。

(2)抗菌抗老化硅溶膠/純丙乳液復(fù)合涂料的制備：將研磨分散至過(guò)200目篩的滑石粉80kg和硅灰石53.5kg、改性納米氧化鋅15kg、增稠劑1.8kg、分散劑1.8kg、流平劑0.7kg、消泡劑0.7kg與水30kg，加入到254.45kg步驟(1)制得的硅溶膠/純丙復(fù)合乳液中，400rpm攪拌30min，制得硅溶膠/純丙乳液復(fù)合涂料。該涂料的涂-4粘度為80s。

實(shí)施例2

一種抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料的制備方法，包括以下步驟：

(1)硅溶膠/醋丙復(fù)合乳液的制備：將硅溶膠與KH550硅烷偶聯(lián)劑于三口瓶中常溫?cái)嚢璺磻?yīng)4.5h后，加入醋丙乳液和Texanol酯醇，再用氨水調(diào)節(jié)pH值，繼續(xù)攪拌2h后，即得硅溶膠-醋丙乳液的無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合乳液。

選用正交表L₁₆(4⁴)來(lái)安排試驗(yàn)，各因素、水平選取如下：A為硅溶膠與醋丙乳液重量比；B為體系的pH值；C為硅烷偶聯(lián)劑與硅溶膠用量比；D為成膜助劑與醋丙乳液用量比，具體如表2。

表2 各因素正交表

以吸水率為指標(biāo)，確定A3B3C1D2為最優(yōu)方案。硅溶膠與醋丙乳液重量比為1:1，pH為9，硅烷偶聯(lián)劑占硅溶膠重量比為1.2％，成膜助劑占醋丙乳液重量比為3.1％，所制備的硅溶膠/醋丙復(fù)合乳液的吸水率最低。

綜上，本實(shí)施例中硅溶膠/醋丙復(fù)合乳液的制備配方為：硅溶膠100kg、醋丙乳液100kg、硅烷偶聯(lián)劑1.2kg、Texanol酯醇3.1kg。

(2)抗菌抗老化硅溶膠/醋丙乳液復(fù)合涂料的制備：將研磨分散過(guò)200目篩的滑石粉96kg和硅灰石64kg、改性納米氧化鋅10.8kg、增稠劑2.16kg、分散劑2.16kg、流平劑0.8kg、消泡劑0.8kg與水24kg，加入到204.3kg步驟(1)制得的硅溶膠/醋丙復(fù)合乳液中，400rpm攪拌30min，制得硅溶膠/醋丙乳液復(fù)合涂料。該復(fù)合涂料的涂-4粘度為75s。

本發(fā)明制備的抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料性能，依據(jù)GB/T9756-2001標(biāo)準(zhǔn)所測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示，其中的硅溶膠/純丙乳液復(fù)合涂料是指實(shí)施例1制得的復(fù)合涂料，硅溶膠/醋丙乳液復(fù)合涂料是指實(shí)施例2制備的復(fù)合涂料，純丙涂料和醋丙涂料由佛山市順德區(qū)金洹貿(mào)易有限公司提供。

表3 本發(fā)明抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料性能數(shù)據(jù)

從表3中可看到，本發(fā)明制備的抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料具有優(yōu)異的附著力和抗老化性能。這是因?yàn)楸景l(fā)明通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑改性硅溶膠，使硅溶膠與高分子乳液形成無(wú)機(jī)/有機(jī)核殼結(jié)構(gòu)，使基料在分子結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)良好的均勻分散，更大地發(fā)揮硅溶膠在建筑外墻涂料上的優(yōu)勢(shì)作用：提高涂層附著力、耐水性等。

本發(fā)明制備的抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液的涂層表面對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌檢測(cè)數(shù)據(jù)如表4所示。檢測(cè)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T4789.2；金黃色葡萄球菌和大腸桿菌由廣州市微生物研究所提供。

表4 本發(fā)明抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料抑菌數(shù)據(jù)

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料對(duì)紫外光和可見光屏蔽效果與涂層厚度關(guān)系圖。圖3為未添加改性納米氧化鋅的外墻涂料對(duì)紫外光和可見光屏蔽效果與涂層厚度關(guān)系圖(該未添加改性納米氧化鋅的涂料是按照實(shí)施例1的工藝，除了不添加改性納米氧化鋅制得的涂料)。

從表4、圖2和圖3可看出，本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單工藝所研制的抗菌抗老化硅溶膠/高分子乳液復(fù)合涂料除具有外墻涂料的一般性能外，還具有良好的抗菌防霉性、耐污性及抗紫外老化性能，特別是在濕度大、日照長(zhǎng)的地方具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。建筑外墻涂料的應(yīng)用環(huán)境較惡劣，很多因素均可以導(dǎo)致涂層的老化，其中以紫外線老化破壞性最大。當(dāng)在涂料中添加改性納米氧化鋅后，涂層對(duì)250nm、300nm的紫外光有明顯屏蔽，可以延緩?fù)繉永匣珜?duì)可見光屏蔽作用相對(duì)較弱。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。