亲水的自洁性涂料组合物的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]涂料(coatings)和油漆(paints)通常用于美化和保护基材。最简单的涂料和油漆由溶剂(载体)中的聚合物(粘合剂)制成，这通常被称为漆。涂料和油漆可以通过添加颜色、光泽或纹理以及通过与周围环境协调或区分而修饰基材的外观。例如，可以通过应用具有产生高光泽效果的添加剂的涂料使高度光散射的基材表面有光泽。相反，可以通过添加剂使有光泽的基材表面看起来无光。因此，基材的表面可以通过涂料的存在而被隐藏、变样以及最终以某些方式改变。此外，涂料还可以保护基材不受周围元件的影响，以及防止或减少基材的腐蚀。
[0002]油漆和涂料在保护基材不受环境影响的同时，它们自身能随时间而被不需要的物质覆盖和污染。被涂布的基材表面的外观常常可以以不期望的方式改变。污垢，例如可以通过增加光散射或通过改变涂料的颜色成分使涂料无光泽。污垢还可以影响涂料的耐久性。清洁被涂布的基材通常是昂贵的，用于清洁被涂布的基材的洗涤剂、表面活性剂、香料、碱、石灰和/或其他化学品可以进入环境，在该环境中它们可能会造成巨大的损害。亲水性表面允许水以薄层散开，因而随着水减少和慢慢流走而清除掉污垢。因此，需要具有这样的涂料，该涂料具有使污垢不能粘附于表面的亲水性表面，其是自洁性的，且其消除对环境不友好的化学物质的需求。
【发明内容】
[0003]本发明涉及有亲水性和自洁性能的油漆和涂料。在一个实施方式中，涂料组合物可以包括活化的珍珠岩或活化的膨胀珍珠岩。所述活化的珍珠岩或所述活化的膨胀珍珠岩可以进一步包括亲水性活化剂。
[0004]在另一个实施方式中，涂布基材的方法可包括将涂料组合物施用到所述基材，其中所述涂料组合物包括活化的珍珠岩或者活化的膨胀珍珠岩。所述活化的珍珠岩或者所述活化的膨胀珍珠岩可以进一步包括亲水性活化剂。
[0005]在又一个实施方式中，涂布物品可以包括基材和施用在所述基材上的涂料组合物，其中所述涂料组合物包括活化的珍珠岩或者活化的膨胀珍珠岩。所述活化的珍珠岩或者所述活化的膨胀珍珠岩可以进一步包括亲水性活化剂。
[0006]在另一个实施方式中，制造涂料组合物的方法可以包括使珍珠岩或者膨胀珍珠岩与亲水性活化剂接触以形成活化的珍珠岩或者活化的膨胀珍珠岩，并将所述活化的珍珠岩或者所述活化的膨胀珍珠岩添加到所述涂料组合物中。
【附图说明】
[0007]图1示出了根据实施方式施用在表面上的具有活化珍珠岩的涂料。
[0008]发明详述
[0009]本公开不限于所描述的特定涂料、涂料组合物、涂料系统、涂布物品和方法，因为这些可以变化。说明书中使用的术语仅用于说明特定的形式或实施方式的目的，而不旨在限制本发明的范围。
[0010]珍珠岩是天然存在的非结晶铝硅酸盐。珍珠岩的典型化学成分可以包括70?75% 的 Si02、12 ?15% 的 Al203、3 ?4% 的 Na20、3 ?5% 的 Κ20、0.5 ?2% 的 Fe203、0.2 ?0.7%的MgO和0.5?1.5%的CaO。珍珠岩的常规加工包括珍珠岩矿石的粉碎(破碎和研磨)、筛选、热膨胀、碾磨以及膨胀珍珠矿石的空气尺寸分离(air size separat1n)，以达到成品的尺寸规格。例如，将珍珠岩矿石破碎、研磨并分离为预定的颗粒尺寸范围。在空气中在膨胀炉(expans1n furnace)中将所分离的材料加热至大约870°C至大约1100°C的温度，在膨胀炉中同时发生的珍珠岩矿石中玻璃的软化和所含水分的蒸发导致玻璃颗粒的快速膨胀而形成具有毛体积高达未膨胀珍珠岩矿石毛体积20倍的泡沫状玻璃材料。膨胀的珍珠岩矿石接下来被空气分离以符合最终产物的尺寸规格。取决于珍珠岩矿石的质量以及加工的方法，珍珠岩和膨胀珍珠岩产物已被用作助滤剂、轻质绝缘材料、填充材料、园艺及水培介质、化工载体(chemical carrier)和吸附剂。
[0011 ] 本公开涉及分散于油漆和涂料中的珍珠岩和/或膨胀珍珠岩的使用。在一个实施方式中，涂料组合物可以包括活化的珍珠岩或活化的膨胀珍珠岩。在一些实施方式中，活化的珍珠岩和/或活化的膨胀珍珠岩可以包括至少一种亲水性活化剂。亲水性活化剂可以包括胺、氨、羟胺、乙醇胺、乙醇胺衍生物、肼、肼衍生物、季铵盐以及它们的组合。例子包括但不限于:丙胺、二甲胺、肼、二乙醇胺、甲基羟胺、二甲基羟胺、二乙基羟胺、苯基羟胺、硫酸二肼、乙酰肼、苯扎氯铵、苄索氯铵、甲基苄索氯铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、四乙基溴化铵以及四乙基氢氧化铵。
[0012]在一些实施方式中，活化的珍珠岩和/或活化的膨胀珍珠岩可以进一步包含过渡金属离子。例如，活化的珍珠岩和/或活化的膨胀珍珠岩可以包括Sc、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu和Zn的离子。这些过渡金属离子可以与胺、氨、乙醇胺衍生物等等形成配价键。这种具有配价键的活化珍珠岩(或活化的膨胀珍珠岩)可以与阳离子表面活性剂相似。这些阳离子型珍珠岩颗粒是亲水性的，并且可以进一步与油漆组合物中存在的聚结剂相互作用。当聚结剂在油漆固化形成膜的过程中迀移至表面时，活化的珍珠岩和活化的膨胀珍珠岩还可以伴随它们并迀移至表面。活化的珍珠岩和/或活化的膨胀珍珠岩在膜表面的存在使膜具有亲水和自洁的性能。
[0013]在图1中示出了示例性的涂料实施方式。具有活化的珍珠岩或活化的膨胀珍珠岩的涂料100被施用在基材110上。随着水分120蒸发，粘合剂颗粒130相互挤压，形成不可逆的网络结构。在此过程中，聚结剂140与珍珠岩颗粒150 —起可以迀移至表面。活化的珍珠岩和/或活化的膨胀珍珠岩为涂料提供了亲水性表面，因而有助于表面的自洁。这些表面能相互作用并保持水分子相对更长的一段时间，从而保持表面湿润以及帮助水分屏蔽并清除污垢。
[0014]在一些实施方式中，活化的珍珠岩或活化的膨胀珍珠岩可以在涂料组合物中以以下重量百分数存在:大约1?大约15重量百分数、大约1?大约10重量百分数、大约1?大约5重量百分数、大约1?大约3重量百分数、或者大约1?大约2重量百分数。具体的例子包括:总重量的大约1重量百分数、大约5重量百分数、大约7重量百分数、大约10重量百分数、大约12重量百分数、大约15重量百分数以及这些值中任意两个之间的范围(且包括其端点)。
[0015]在一些实施方式中，涂料组合物可以包括聚结剂，例如酯醇类、苯甲酸醚类(benzoate ethers)、乙二醇醚类、乙二醇醚酯类、n_甲基_2_卩比略烧酮等等。聚结剂可以是嵌段共聚物表面活性剂，例如乙二醇丁基醚、二甘醇丁基醚、三甘醇丁基醚以及它们的组合。在一些实施方式中，聚结剂可以在涂料组合物中以下列重量百分数存在:大约1?大约10重量百分数、大约1?大约8重量百分数、大约1?大约5重量百分数、大约1?大约3重量百分数或者大约1?大约2重量百分数。具体的例子包括:总重量的大约1重量百分数、大约3重量百分数、大约5重量百分数、大约6重量百分数、大约8重量百分数、大约10重量百分数以及这些值中任意两个之间的范围(包括其端点)。
[0016]在另外的实施方式中，涂料组合物可以包括一种或多种添加剂。这些添加剂可以改变由该涂料组合物制得的油漆的性能，例如贮存期限、应用和寿命、以及健康和安全性能。这样的添加剂可以例如在油漆中乳液聚合物的制造过程或油漆自身配制的过程中添加。示例性的添加剂可以包括引发剂、流变改性剂、防腐剂等等。引发剂是引发单体形成聚合物的聚合反应过程的自由基的来源。涂料组合物可以含有氧化还原体系引发剂，例如亚铁和硫代硫酸盐以及过硫酸盐，其在室温促进聚合反应。
[0017]在一些实施方式中，还可以将增稠剂和流变改性剂添加到在涂料组合物中来实现所需的粘度和流动性能。增稠剂通过与丙烯酸聚合物形成多个氢键而发挥作用，由此引起链缠结、成环和/或溶胀，这导致体积限制(volume restrict1n)。增稠剂，例如包括轻乙基纤维素、甲基纤维素和羧甲基纤维素的纤维素衍生物，可以在涂料组合物中使用。
[0018]在一些实施方式中，一种或多种防腐剂可以以低剂量添加到涂料组合物中，以防止微生物的生长。可以使用防腐剂，例如甲基苯并异噻唑啉酮、氯甲基异噻唑啉酮、偏硼酸钡和(1_ (3-氯稀丙基)-3, 5, 7- 二氣杂-1-氣鐵金刚烧氯化物)。