CN105001728A - 一种有机、无机复合罩面清漆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机、无机复合罩面清漆,采用硅溶胶胶体、丙烯酸弹性乳液复合有机液中添加无机光触媒材料形成有机、无机复合罩面清漆主体材料,其中在乳液成膜中添加硅溶胶胶体,通过硅溶胶与自交联乳液的相互复配形成的无机、有机复合的漆膜具有硅溶胶的硬度、致密度并且不产生静电,不附着污染物,同时弹性乳液提供漆膜的柔韧度,使整个漆膜柔软,得到了分散性能好、表面硬度高且耐污性能优良的罩面清漆。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机、无机复合罩面清漆,适用于建筑物内外墙的装饰和保护领域。
背景技术
在外墙建筑涂料中,水性涂料的比重原来越大。水性涂料的施工工艺和涂料配方也日益成熟。现今的水性涂料可以分为底漆、中涂、面漆三部分。面漆也叫罩面清漆,是覆盖在中层涂料之上达到防尘、防污染的作用。
罩面清漆为了达到防尘、防污染的作用需要选用特殊的水性树脂乳液,外墙使用的水性乳液主要分为纯丙烯酸乳液、苯乙烯-丙烯酸乳液和有机硅-丙烯酸乳液。特殊的水性树脂乳液主要是从提高玻璃化温度和添加有机硅亲水物质从而达到防尘、防污染的目的。
现有的水性罩光清漆主要使用在比较容易受到污染的质感涂料中,质感涂料展现在人们视觉里的是砂子堆积出的效果,表面粗糙,存在的缺陷就是在自然环境中容易积灰而不易清洗。为了提高其耐沾污性,通常待质感涂料完全干燥后表面罩一层清漆,罩面清漆的主要用途就是防止质感涂料受到污染。
现有的水性罩光清漆具有如下的缺点:
1、水性树脂漆膜变软:目前的罩面清漆都是使用纯丙烯酸乳液、苯乙烯-丙烯酸乳液或者有机硅-丙烯酸乳液作为成膜物质。上述的三种类型的水性乳液都有一个共同的缺陷:当空气温度升高时,水性乳胶漆膜随着气温的升高而变软,这主要是由于树脂乳液成膜后形成一种非晶体有机高分子结构。温度升高,分子的运动加快,分子间的距离增大,分子间的凝聚力减少。所以该有机高分子漆膜会变软。当水性漆膜变软,涂膜表面甚至发黏,极易沾灰,使其耐沾污性大大下降。
2、水性漆膜空隙:水性漆膜随着水分的挥发,缩水表面产生的力作用下,或在毛细管力或表面张力等的作用下,如果温度高于最低成膜温度,乳液聚合物颗粒变形,聚结成膜,同时聚合物界面分子链相互扩散、渗透、缠绕,使涂膜性能进一步提高形成具有一定性能的连续膜。在外墙罩面清漆生产过程中,涂料中会残留一定量的气泡,涂料中气泡不能脱出的直接后果是涂膜针孔、空鼓多,大量的针孔和空鼓的存在破坏了涂膜的完整性,降低了涂膜的致密性、防渗漏性和涂膜强度,从而造成涂膜表面易污染。
3、漆膜流平性差、发花,水性涂料在干燥过程中,随着涂料中挥发组分的蒸发,还会夹带一部分颜料、填料把它们带到涂膜上来,而这些颜料、填料粒子在被输送到表面时,有较高表面积的较细粒子容易输送,而比表面相对低的粗粒子则有碍于运动,在罩面清漆涂膜干燥时,更为亲水的物质趋向于快蒸发,如白浆相对色浆说亲水性更强,即白色的颜填料粒子的亲水性比色浆中的颜料粒子更亲水一些。它们就更容易被强极性的挥发物质带到表面上来。加上颜填料粒子粒径差太大,使颜、填料之间的混溶性变得很差,由于以上的原因,如果使用的颜料、填料不对或者涂料配方存在缺陷,在施工过程中涂料浮白比较严重,而颜、填料分布不均匀,涂料成膜后出现光泽不均、颜色深浅不一的浮色发花现象。
4、漆膜耐老化性差、开裂:水性罩面清漆是外墙涂料的外部表面一层,它需要抵御外墙恶劣气候,保持内部涂料颜色长期不改变和防止外部污染物质强袭的作用,但是现有的外墙罩面清漆在使用过程中为了达到防止外部污染物质侵袭,不断提高乳液玻璃化温度,因为高的玻璃化温度使乳液的表面具有更高硬度,在防止污染物质侵袭中表现出优异效果。但是这种盲目的提高玻璃化温度的做法是偏面的,玻璃化温度提高必然会使最低成膜温度提高,要达到常温成膜需要添加更多的成膜助剂,另一方面涂料的施工有时候是在低温条件下进行,过高的玻璃化温度为完全成膜带来隐患,一旦成膜性能下降会带来漆膜整体性能下降,突出的缺陷就是耐老化性能差和涂膜开裂。
发明内容
针对上述现有的水性罩面清漆存在的问题,本发明采用了一种性能优越的罩面清漆配料,在水性树脂乳液中选用最新外墙抗沾污纯丙烯酸乳液,添加一定量的硅溶胶进行复配,解决水性乳液漆膜遇高温变软问题;通过添加耐沾污性的添加剂降低污染物的黏附,最后添加纳米级光触媒材料,在光线的作用下,产生强烈催化降解功能,从而获得抗污性能优越的有机、无机复合罩面清漆。
本发明获得的有机、无机复合罩面清漆具有出众的抗污性能,具体体现在如下几个方面:
(1)有机、无机复合乳液:以丙烯酸弹性乳液作为罩面清漆的成膜物质,在配方中添加硅溶胶,硅溶胶是一种无机高分子材料,在涂料成膜时候,通过硅溶胶偶联剂的催化作用,与有机树脂乳液发生胶联反应,形成一种有机、无机复合的高抗沾污性能漆膜,它具有有机的树脂的整体漆膜的弹性和无机高分子的表面硬度的硅溶胶-丙烯酸高分子结构。以硅溶胶为基料,配合颜料和各种助剂而制成硅溶胶无机高分子涂料。硅溶液在失去水分时,单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶,随水分的蒸发,胶体分子增大,最后形成-SiO-O-SiO-涂膜:HO-Si-OH+HO-Si-OH因Na2O在硅溶胶中的含量低,硅溶胶具有一定量成膜溶解的特性,其耐水性、耐热性能明显优于有机涂料。涂膜致密且较硬,不产生静电,空气中各种尘埃难粘附。在目前的建筑涂料中,它的抗污染能力是较强的。但硅溶胶在成膜过程中体积收缩较大,涂膜易开裂。因此在罩面清漆中含有表面自交联的弹性乳液,弹性乳液在不加任何交联剂的情况下,聚合物的交联反应,发生聚合物交联反应同时与硅溶胶通过偶联剂相互混溶,两者的特性相互补充,可以配制出性能优良的有机、无机复合涂膜。无机硅溶胶高分子与有机水性树脂形成的有机、无机复合涂膜具有:漆膜表面亲水,内部疏水;漆膜表面坚硬,而整体柔韧;表面交联技术,进一步提高漆膜耐沾污性能。漆膜表面亲水/内部疏水的统一:亲水性污染物质在坚硬平滑的漆膜表面耐以附着,容易分散于水中,被雨水冲走。水滴在亲水性漆膜表面的接触面积比在疏水性漆膜表面大,有利于亲油性污染物质的收缩和脱附,并最终被雨水冲走。漆膜内部的疏水性能保证面漆和底层涂料的耐水性能。
(2)光触媒降解:光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称,它涂布于基材表面,在光线的作用下,产生强烈催化降解功能,在光的照射下,光触媒能吸收相当的光能,使其表面发生激烈的反应而产生电子(e-)和空穴(h+)。这些电子和空穴具有很强的还原和氧化能力,能够与水或者溶剂发生有氧反应,产生氢氧根自由基(·OH)和阴氧离子(·O)。这些空穴和氢氧根自由基的氧化能量具有很强的氧化能力,几乎能将所有构成有机物分子的化学键切断分解。因此可以将各种有害化学物质、恶臭物质分解或者无害处理,达到清除污染物质的作用。光触媒使用在罩面清漆中作用机理为:首先光触媒膜对基材和污染物进行隔离,通过自身的羟基基团产生很高的亲水性,使水珠与光触媒表面的接触角非常小,从而表面附着的无机污染物和部分有机污染物,在自然雨水的作用下非常容易冲洗掉,光触媒不仅隔离了污染物与基材的直接接触,使之避免了污染物的渗透,并减少了污染物的附着能力。另外,光触媒可以通过分解和自洁性能达到良好的自洁效果。
(3)高效成膜助剂:水性涂料的成膜助剂又称聚结剂,助溶剂或共溶剂,是分子量数百的高沸点化合物,多为醇、醇酯、醇醚类,实际上是聚合物的一种溶剂。在涂膜干燥过程中,水分挥发后余下的成膜助剂使聚合物微滴溶解并融合成连续的膜。成膜以后随着时间的推移,成膜助剂逐渐挥发,由此可见,成膜助剂除有溶解作用外,还会对聚合物起短暂的增塑剂作用。成膜助剂多为分子量较大的高沸点有机化合物,迁移速度慢,挥发速度低,延长了达到最终硬度的时间,而随着时间的推移,带来的问题是涂膜长时间表现出抗沾粘性差和耐划伤性差,并且容易污染和沾灰。现有的水性涂料中常用的醇酯类的成膜助剂如醇酯十二是一种广泛使用在水性涂料中对乳液起成膜促进作用的助剂。但是在使用在罩面清漆中的时候,醇酯类成膜助剂一般比醇醚类成膜助剂挥发慢,所以用醇酯类成膜助剂比醇醚类助剂挥发慢,相应的醇酯做成膜助剂的涂膜硬度的发展也慢。因此,根据有机、无机复合乳液的特殊性和上述成膜助剂对耐沾污性能的分析,本发明选用醇醚类成膜助剂:乙二醇单丁醚。乙二醇单丁醚比传统的醇酯十二具有更高效的成膜性能,在后期挥发中速度也更快。涂料成膜后前期的耐沾污性能得到保证。
(4)硅溶胶偶联剂:偶联剂化学键作用机理:硅烷偶联剂一端与无机材料表面的硅醇基团反应生成共价键,另一端与树脂生成共价键,从而使两种性质差别很大的材料“偶联”起来。其过程是硅烷偶联剂首先与水反应水解,然后脱水缩合而形成低聚物,这种低聚物再与无机填料表面的羟基形成氢键,通过加热干燥发生脱水反应产生部分共价键,从而使无机填料表面被有机硅烷偶联剂所覆盖,并且体系分散均匀。偶联剂的加入起了很好的分散作用,有机无机两相经过偶联剂作用以后使得整个体系分散得更均匀并且粒子较小。
本发明提出了一种高抗污性能的有机、无机复合罩面清漆,包括有机乳液、纳米光触媒、水和添加剂,所述复合罩面清漆采用丙烯酸弹性乳液与硅溶胶胶体的复配乳液作为清漆的主体成分,其中所述丙烯酸弹性乳液为996乳液,用量为275-320质量份/1000质量份总漆料,所述硅溶胶胶体的用量为25-80质量份/1000质量份总漆料;所述光触媒的用量为1-3质量份/1000质量份总漆料,所述添加剂的用量为47-70质量份/1000质量份总漆料,其余量为水。
在其中的一种实施方式中,所述纳米光触媒为具有光催化功能的光半导体材料,优选纳米二氧化钛。
在其中的一种实施方式中,所述罩面清漆采用表面具有硅醇基团的有机硅烷偶联硅剂,偶联所述硅溶胶形成硅胶聚合物,其中纳米光触媒被有机硅烷偶联剂覆盖,均匀分散在硅胶聚合物中。
在其中的一种实施方式中,所述纳米光触媒的用量为1-3质量份/1000质量份总漆料。
在其中的一种实施方式中,所述有机硅烷偶联剂的用量为0.5-2质量份/1000质量份总漆料。
在其中的一种实施方式中,所述添加剂包括润湿剂、分散剂、成膜助剂、杀菌剂、防霉剂、增稠剂、消泡剂、酸碱调节剂。
在其中的一种实施方式中,所述润湿剂为X-405润湿剂,其用量为2质量份/1000质量份总漆料;所述分散剂为731A分散剂,其用量为3质量份/1000质量份总漆料;所述成膜助剂为乙二醇单丁醚和丙二醇,其中乙二醇单丁醚的用量为10-18质量份/1000质量份总漆料,丙二醇的用量为5质量份/1000质量份总漆料;所述杀菌剂为LXE杀菌剂,其用量为2质量份/1000质量份总漆料;所述防霉剂为HTK-M318防霉剂,其用量为1-2质量份/1000质量份总漆料;所述增稠剂为陶氏DR-72增稠剂,其用量为16-18质量份/1000质量份总漆料;所述消泡剂为NYZ-消泡剂,其用量为1.5质量份/1000质量份总漆料;所述酸碱调节剂为AMP-酸碱调节剂,其用量为1.5质量份/1000质量份总漆料。
本发明的有益效果是:
1、采用有机、无机复合漆膜,这种漆膜与传统的乳液的有机漆膜有本质上的区别,在乳液成膜中添加硅溶胶胶体,通过硅溶胶与自交联乳液的相互复配形成一种无机、有机复合的漆膜,这种漆膜具有硅溶胶的硬度、致密度并且不产生静电,不附着污染物;同时弹性乳液提供漆膜的柔韧度,使整个漆膜柔软,加上弹性乳液的表面自交联作用,大大改善外墙罩面清漆的耐沾污性能。
2、在水性罩面清漆中添加纳米光触媒,光触媒在罩面清漆中起到催化、降解表面污染物的作用,在无机、有机罩面漆膜中对提高漆膜的耐沾污性能有辅助的作用。
3、通过高效成膜助剂与偶联助剂的协同作用,使有机、无机罩面清漆的漆膜抗沾污性能得到最大的优化。高效成膜助剂使漆膜前期的硬度提升很快,避免前期因为成膜助剂影响而变软变粘。偶联助剂是促进硅溶胶与有机弹性乳液偶联交合,同时起了很好的分散作用,有机无机两相经过偶联剂作用以后使得整个体系分散得更均匀并且粒子较小,形成的无机、有机漆膜耐沾污性能更优越。
具体实施方式
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种有机、无机复合罩面清漆,包括有机乳液、纳米光触媒、水和添加剂,该复合罩面清漆采用丙烯酸弹性乳液与硅溶胶胶体的复配乳液作为清漆的主体成分,其中所述丙烯酸弹性乳液为996乳液;所述各个成分的用量如下:按照1000质量份总漆料计,所述996乳液的用量为275-320质量份,所述硅溶胶胶体的用量为25-80质量份;所述光触媒的用量为1-3质量份,所述添加剂的用量为47-70质量份,其余量为水。
实施例2-5
采用表1所示的原料和配方构造本发明的有机、无机复合罩面清漆。
表1有机、无机复合罩面清漆的配方
原料 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
水 | 652.5 | 600.5 | 596.5 | 544.0 |
X-405润湿剂 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 |
731A分散剂 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 |
乙二醇单丁醚 | 10.0 | 12.0 | 15.0 | 18.0 |
丙二醇 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 |
LXE杀菌剂 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 |
HTK-M318防霉剂 | 1.0 | 1.5 | 1.5 | 2.0 |
陶氏DR-72增稠剂 | 20.0 | 18.0 | 18.0 | 16.0 |
996乳液 | 275.0 | 310.0 | 300 | 320.0 |
硅溶胶 | 25.0 | 40.0 | 50.0 | 80.0 |
NYZ消泡剂 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
AMP-95酸碱调节剂 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
光触媒 | 1.0 | 2.0 | 2.5 | 3.0 |
硅溶胶偶联剂 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 |
合计 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
根据本发明的施工工艺获得的墙体涂层,通过行业公用的标准进行了测试,其测试结果参见下表2。
表2有机、无机复合罩面清漆涂层的测试性能
项目 | 技术指标 |
施工性能 | 刷涂二次无障碍 |
干燥时间,h | ≤2 |
低温稳定性 | 不变质 |
耐沾污性,% | ≤15 |
耐洗刷性(2000次) | 漆膜未损坏 |
耐碱性,48h | 无起泡、失光、变色、脱落等破坏现象 |
耐水性,96h | 无起泡、失光、变色、脱落等破坏现象 |
涂层耐温变性(3循环) | ≤1.4 |
透水性/ml | 中心面积颜色变白≤10% |
粉化/级 | 1 |
耐人工气候老化性 | 600h不起泡,不剥落、无裂纹。 |
施工性能 | 刷涂二次无障碍 |
需要说明的是,上述实施例属于优选实施例,并非用于对本申请的限定。以上对本申请进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种有机、无机复合罩面清漆,包括有机乳液、纳米光触媒、水和添加剂,其特征在于,所述复合罩面清漆采用丙烯酸弹性乳液与硅溶胶胶体的复配乳液作为清漆的主体成分,其中以1000质量份总漆料计:所述丙烯酸弹性乳液用量为275-320质量份,所述硅溶胶胶体的用量为25-80质量份;所述光触媒的用量为1.0-3.0质量份,所述添加剂的用量为47-70质量份,其余为水。
2.根据权利要求1所述的有机、无机复合罩面清漆,其特征在于,所述纳米光触媒为具有光催化功能的光半导体材料。
3.根据权利要求2所述的有机、无机复合罩面清漆,其特征在于,所述纳米光触媒为纳米二氧化钛。
4.根据权利要求1所述的有机、无机复合罩面清漆,其特征在于,所述罩面清漆采用表面具有硅醇基团的有机硅烷偶联硅剂,偶联所述硅溶胶形成硅胶聚合物,其中纳米光触媒被有机硅烷偶联剂覆盖,均匀分散在硅胶聚合物中。
5.根据权利要求2所述的有机、无机复合罩面清漆,其特征在于,所述纳米光触媒的用量为1-3质量份。
6.根据权利要求4所述的有机、无机复合罩面清漆,其特征在于,所述有机硅烷偶联剂的用量为0.5-2质量份。
7.根据权利要求1-6中任一所述的有机、无机复合罩面清漆,其特征在于,所述添加剂包括润湿剂、分散剂、成膜助剂、杀菌剂、防霉剂、增稠剂、消泡剂、酸碱调节剂。
8.根据权利要求7所述的有机、无机复合罩面清漆,其特征在于,所述润湿剂为X-405润湿剂,所述分散剂为731A分散剂,所述成膜助剂为乙二醇单丁醚和丙二醇,所述杀菌剂为LXE杀菌剂,所述防霉剂为HTK-M318防霉剂,所述增稠剂为陶氏DR-72增稠剂,所述消泡剂为NYZ-消泡剂,所述酸碱调节剂为AMP-酸碱调节剂。
9.根据权利要求7所述的有机、无机复合罩面清漆,其特征在于,所述润湿剂的用量为2质量份,所述分散剂的用量为3质量份,所述成膜助剂为乙二醇单丁醚和丙二醇,其中乙二醇单丁醚的用量为10-18质量份,丙二醇的用量为5质量份,所述杀菌剂的用量为2质量份,所述防霉剂的用量为1-2质量份,所述增稠剂的用量为16-18质量份,所述消泡剂的用量为1.5质量份,所述酸碱调节剂的用量为1.5质量份。
10.根据权利要求1所述的有机、无机复合罩面清漆,其特征在于,所述丙烯酸弹性乳液为996乳液。
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