专利名称：内墙乳胶涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及涂料领域，特别是适用于用作建筑物内墙保护和装饰的、自身无害且能促进人类身心健康的健康型内墙乳胶涂料。
现有的一些内墙乳胶涂料中损害人们身体健康的污染物主要包括挥发性有机化合物(VOC)、防腐杀菌剂、含有重金属元素的有毒颜料。我国在水性涂料中还使用很多的含铅、铬、镉等金属的颜料，这些颜料在涂料成膜后会随涂料的粉化，被人体吸入，造成很大的危害。此外，含有汞、铜、锡、砷等金属有机化合物的防腐防霉剂，具有较强的杀菌力，但对人体也有较大的毒害。目前，人们在对高性能内墙乳胶涂料的追求中，比较注重的是涂料的装饰和保护功能，而较少注意乳胶涂料的污染问题。
国外发达国家内墙建筑涂料的发展也多倾力于乳胶涂料。目前研究及开发应用的基本上都是这类涂料。虽然欧、美、日等发达国家特别注意挥发性有机化合物(VOC)指标控制，但乳胶涂料要实现很低的VOC指标，并不是容易的事。在乳胶涂料体系中，存在作诸多矛盾要使涂料成膜坚硬，抗玷污性好，其乳液必须具备较高的玻璃化温度，而要使这样的乳液成膜，就必须多加本身是有机溶剂的助结剂；要使涂料具有低温稳定性，就要加入防冻剂；要使涂料流平性好，涂膜光滑，需要多加流平剂；要得到成膜性能更好的、颗粒更细小的乳液，乳化剂用量要大；要使涂料在贮存过程中不腐化变质，就得多加防腐杀菌剂。所加入的这些组份都会增加涂料中的污染物，提高了乳胶涂料中的VOC含量。
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺点，提供一种内墙乳胶涂料，极大程度地减少了涂料体系中VOC源的成分，并使用纳米级TiO2及多孔性填料，使涂层具有良好的拒水和透气性，可以根据环境条件而“呼吸”及调整室内空气的湿度，并可杀灭细菌及其他对人体有害的微生物。
本发明的目的还在于提供一种内墙乳胶涂料的制备方法。
本发明的内墙乳胶涂料的重量组成如下自来水25-35％润湿分散剂0.4-0.8％颜料 15-25％填料 10-15％消泡剂0.3-0.7％增稠剂A 0.2-0.3％增稠剂B 0.3-0.6％增稠剂C 0.1-0.3％防腐杀菌剂0.1-0.3％遮盖性乳液5-8％聚合物乳液20-40％其余是色浆本发明配方中的润湿分散剂不同于传统乳胶涂料中使用的分散剂，而是一种费离子型聚乙烯吡咯烷酮类超分散剂，如广州南工化工有限公司研制的超分散剂SUPER PB-1和PB-2，在其高分子(分子量为8万～16万)结构中的锚固基团和溶剂化基团的共同作用下，纳米级的TiO2粒子得以充分分散并稳定存在于体系中，其最佳用量为颜填料总量(包括纳米粒子)的0.2～0.3％(以干固体分计)，用量过大会影响涂膜的耐水性能。
颜料是普通的钛白粉，纳米TiO2等；纳米TiO2引入到涂料中，使其在特殊的稀土催化剂作用下产生高活性自由基。纳米粒子的用量很关键，如加量不足，则起不到预期的效应；但加量过多，不仅是一种浪费，反而会起副作用，使涂料产品质量下降，其最佳用量为0.3～0.5％。
填料是高岭土，硅藻土，滑石粉等，高于700目；填料的使用不仅会降低成本，而且会赋予填料一些特殊的性能，如高岭土的片状结构使得涂料具有一定的触变性，从而提高涂料的储存稳定性；滑石粉具有防止涂料流挂及在涂膜中吸收伸缩应力、减少裂缝和孔隙的功能；碳酸钙能改进涂料悬浮性，中和涂料的酸性和改进平滑性等。具有细微多孔结构的惰性填料硅藻土，使涂料在干燥后能够形成具有微多孔结构的涂膜，其用量最佳范围为4～5％，以保证体系的颜料体积浓度(PVC)在25～45％之间为最佳。
消泡剂是一种聚醚改性的聚硅氧烷溶液，例如德国BYK公司的消泡剂BYK-022等；其作用是抑制和消除涂料中的气泡，最佳用量0.3～0.5％。
三种增稠剂配合使用，可有效地调整涂料在低、中、高剪切速率下的流变行为，以获得流平性好、不流挂、存在稳定性好、易于施工的涂料。
增稠剂A是纤维素醚，例如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等；其作用是增加水相的粘度以提高颜填料的分散效率、增加涂料的最终粘度，最佳用量为0.2～0.3％；增稠剂B是碱溶性丙烯酸聚合物，例如Rohm and Haas公司的AcrysolASE-60、TT-935等，其作用是在碱性条件下调整涂料体系的粘度，最佳用量为0.4～0.5％；增稠剂C是一种非离子憎水性改性环氧乙烷聚氨酯嵌段共聚物，例如Rohm-Haas公司的RW-8、法国COATEX公司的COATEX BR 125P等；其作用是调整涂料在不同剪切应力作用下的粘度和流变性，最佳用量为0.2～0.3％。
防腐杀菌剂是一种能够有效抑制和杀灭细菌和霉菌的有机化合物，例如ohmand Haas公司的Kathon LXE和Rozone2000、德国Henkel公司的四氯间苯二甲晴类防霉杀菌剂Nopcocide N-96等，其作用是防止涂料储存过程中的腐化变质及涂装后涂膜的长霉，最佳用量0.2～0.3％；本发明优化选择不含铅、铬、镉等重金属元素的颜料及不含有汞、铜、锡、砷等金属有机化合物的苯并咪唑氨基甲酸甲酯罐内防腐剂。
遮盖性乳液是一个壳包覆着充满水的芯的苯乙烯-丙烯酸共聚物分散体，例如Rohm and Haas公司的Ropaque X-Tend和Ropaque OP-62B等，其作用是增加涂料的遮盖力，减少钛白粉的用量，还会改善涂料的流变性，其最佳用量为6～8％。
聚合物乳液是主要的成膜物质，它可以是含有乙二醇链段结构的、具有核壳结构的有机硅改性丙烯酸乳液、纯丙烯酸乳液、苯丙乳液、醋丙乳液中的一种，或是它们中的两种或两种乳液的混合；这使得无须添加乙二醇类防冻剂和成膜助剂却能使涂料具有良好的防冻性和低温成膜性。所以，本配方不采用传统乳胶涂料中VOC最大来源的防冻剂和成膜助剂，大大降低了涂料的总VOC量；其最佳用量28～35％。
色浆是氧化铁系、酞箐系颜料的水性色浆，碳黑、群青甲苯氨红的水性色浆，等；色浆的颜色根据用户的要求而定。
为了充分发挥TiO2纳米粒子的高性能，本发明的配方中可以加入稀土催化剂，是稀土金属如钍、铑、钯等的氧化物中的一种或多种的混合物，其用量为纳米粒子的万分之一到万分之三。
本发明的内墙乳胶涂料制备方法包括(1)预混合按配方准确称取各种物料，在低速搅拌(100-150转/分)下按顺序加入分散介质水、润湿分散助剂、部分消泡剂、颜料、填料以及增稠剂A；(2)高速分散在高速搅拌机内进行高速(1000-1200转/分)分散。颜填料粒子在高速搅拌机的高剪切速率作用下，被分散成原级粒子，并且在分散助剂体系的作用下得到分散稳定状态。高速分散时间在20～30分钟；(3)调漆当颜料浆的细度达到所需要的细度时，应加入基料、遮盖性乳液、部分消泡剂、PH调节剂、适量的增稠剂B与C、及其他助剂，调漆，根据要求加入适量的色浆调色，此过程在调漆罐中低速进行(150-500转/分)，以得到具有合适的粘度和良好稳定性的涂料；(4)过滤除去杂质粒子及未达到细度的颜填料粒子。
所得涂料可按要求装在不同体积的涂料罐中。
其施工过程如下1、内墙表面预处理。需涂刷墙面底材必须紧密牢固，表面平整，无油脂、灰尘、水份、霉点。批灰墙面必须干净，待墙体含水率小于10％、PH值小于10时方可刷漆；2、稀释。使用前将涂料充分搅匀，根据施工条件可外加10-20％清水稀释至适宜粘度。
3、该涂料可滚涂、喷涂、刷涂施工，但宜在5℃以上温度使用。
4、如需调色时，可用丙烯酸乳胶漆配套的专用色浆调兑，切勿将印染色浆、油性色浆等调入。
5、剩余涂料必须用一层干净的塑料薄膜盖好后再盖紧罐盖，放在阴凉干爽处。
6、贮存温度0-35℃。存期为一年，超期符合标准仍可使用。
7、切勿与聚脂、聚氨酯等强溶剂家具漆同时同地施工。
本发明配制的产品达到的有关健康的主要技术指标如下名称技术指标总挥发性有机化合物含量(TVOC),g/L＜60挥发性有机化合物种类少量脂肪族长链烷烃甲醛、苯及甲苯 均不能检出重金属含量(汞、铅、铬、镉、砷、钴) 均小于0.2ppmA me’s 阴性LC50＞280,000mg/m3皮肤实验无过敏反应呼吸道实验 无刺激本发明的基本原理是在充分研究涂料配伍学的基础上，本发明所选用的成膜聚合物(乳液)结构中含有乙二醇的链段，且其乳胶粒子具有核壳结构的特性。成膜聚合物中的乙二醇链段使得该聚合物乳液与传统乳胶涂料中添加的乙二醇类防冻剂具有相类似的防冻特性；而核壳结构的特性使得成膜聚合物在高玻璃化温度下制得的乳胶涂料无须添加成膜助剂却具有良好的低温成膜性能，因而具有优良的涂膜硬度可抗污性。优化选择不含重金属元素的颜料和具有细微多孔结构的惰性填料硅藻土，并将纳米TiO2引入到涂料中，充分利用其高活性、大表面积和多微孔结构的特性，使涂料在干燥后能够形成具有微多孔结构的涂膜。该涂膜具有良好的拒水和透气性，可以根据环境条件而“呼吸”及调整室内空气的湿度；涂膜中引入的TiO2在特殊的稀土催化剂作用下能够产生高活性自由基，这些自由基能够将涂膜吸入的产生异味的有机物降解成无味物质，而且这些自由基通过呼吸作用散布于空气中，杀灭细菌及其他对人体有害的有机物，从而达到促进人类健康的目的。
本发明与现有技术相比具有如下优点1、本发明所得产品集健康与多功能于一体，它不仅本身是健康的，还具有优良的拒水透气、灭杀细菌、净化空气的复合功能。如对金黄色葡萄球菌的24小时杀抑率达99.5％以上，同时还可以降解污染物；可根据室内空气状况而调整湿度。
2、本发明所得产品的生产工艺流程与常规内墙乳胶涂料的生产工艺流程完全一致，而且所用的主要设备及原材料均可在市场上购买得到，易于实现大规模生产。
3、本发明所得产品的遮盖力高，理论值达10平方米/公斤(干膜厚度40微米)，适用于室内灰泥墙、混凝土、砖石建筑、石膏、砖墙、木板、石棉板等的表面涂饰。
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1配方为自来水30.8公斤，SUPER PB-1润湿分散剂0.8公斤，金红石型钛白粉(0.2μm)24.5公斤，纳米TiO2(60-80nm)0.5公斤，滑石粉(800目)9公斤，硅藻土(1000目)5公斤，稀土添加剂微量，消泡剂BYK-022 0.3公斤，增稠剂A(羟乙基纤维素)0.3公斤，增稠剂B(ASE-60)0.6公斤，增稠剂C(RW-8)0.1公斤，防霉杀菌剂Kathon LXE 0.1公斤，遮盖性乳液OP-62B 8公斤，有机硅改性丙烯酸乳液20公斤。配制工艺步骤为①首先在200升不锈钢分散缸中加入分散介质水，开动搅拌机，然后按配方准确称取各种物料，在搅拌情况下加入润湿分散助剂、2/3的消泡剂、增稠剂A、金红石型钛白粉和纳米TiO2，在低速(150-500转/分)下搅拌5分钟，再加入滑石粉和硅藻土。②在高速搅拌机内高速(1000-1200转/分)分散。颜填料粒子在高速搅拌机的高剪切速率作用下，被分散成原级粒子，同时因分散机的高速剪切作用，缸内的温度上升至50℃。检查浆料的细度发现，在高速分散约25分钟后，颜料浆的细度小于20μm。调低转速，以便调漆。③调漆。将②所得的浆料转移到200升调漆罐中，在低速(150-500转/分)下依次加入遮盖性乳液、有机硅改性丙烯酸乳液基料、剩余消泡剂、PH调节剂、增稠剂B与C、及其他助剂，调漆。根据要求可加入适量的各种颜色的色浆调色，以制得用户需要的、绚丽多彩的内墙涂料。通过此过程，得到了具有合适的粘度和良好稳定性的涂料。④采用直径为450毫米的400目振动筛过滤，除去杂质粒子及未达到细度的颜填料粒子。⑤包装。根据要求将涂料装在不同体积的涂料罐中，即得到本发明的自呼吸健康型内墙乳胶涂料。本产品没有溶剂气味，无毒无害，无环境污染，且色彩丰富亮丽，漆面幼滑如丝，酷似溶剂型醇酸树脂漆，流平性能卓越；遮盖力强，具有高雅温馨的平光装饰效果，属绿色环保型建筑装饰材料。经检测，该涂料具有优良的耐水、耐碱性能，其涂膜耐洗刷次数大于3000；经加速储存实验，在50℃情况下储存2个月，涂料无任何腐化、结块、分水等不良现象。
实施例2某新建别墅区，为了美化环境、促进居民的身体健康，采用了本产品进行内墙涂饰。配方为自来水25公斤，SUPER PB-1润湿分散剂0.4公斤，金红石型钛白粉(0.2μm)17.5公斤，纳米TiO2(60-80nm)0.5公斤，高岭土(1250目)6公斤，硅藻土(1000目)4公斤，稀土添加剂微量，消泡剂BYK-022 0.4公斤，增稠剂A(羟乙基纤维素)0.2公斤，增稠剂B(TT-935)0.5公斤，增稠剂C(RW-8)0.3公斤，防霉杀菌剂Kathon LXE 0.2公斤，遮盖性乳液OP-62B 5公斤，纯丙烯酸乳液40公斤。施工时加入10％乳胶涂料量的自来水，搅拌15分钟，使其混合均匀，即可使用。在涂刷涂料前，内墙是洁净、平整和干燥的，其上已刮抹有腻子，并已用砂纸打磨平整。采用合成硬毛刷刷涂施工。涂刷本发明制得的高贵丝光墙面漆后的内墙墙面质感良好、柔韧，光泽明亮，外观美观大方，能营造出舒适、宁静、高雅的室内环境，且防霉抗碱，遮盖力强，可用水洗抹。施工完成一年后到工地进行复查，墙面仍光亮如新，涂层未见剥落、开裂、污染，并保持有丝绸般的柔和光泽。
实施例3某高层写字楼的1楼～8楼采用了本产品进行内墙涂饰，而同时其9楼～18楼采用另一厂家生产的内墙乳胶涂料进行涂饰。配方为水35公斤，SUPER PB-1润湿分散剂0.6公斤，金红石型钛白粉(0.2μm)14.6公斤，纳米TiO2(60-80nm)0.4公斤，滑石粉(800目)5公斤，碳酸钙(700目)6公斤，硅藻土(1000目)4公斤，稀土添加剂微量，消泡剂BYK-022 0.7公斤，增稠剂A(羟乙基纤维素)0.3公斤，增稠剂B(TT-935)0.3公斤，增稠剂C(BR 125P)0.2公斤，NopcocideN-96 0.3公斤，遮盖性乳液Ropaque X-Tend 6公斤，苯丙乳液26.6公斤。施工时加入20％乳胶涂料量的自来水，搅拌15分钟，使其混合均匀，就可使用。在涂刷涂料前，内墙是洁净、平整和干燥的。采用合成硬毛刷刷涂施工。工程完工后施工人员认为，本发明涂料容易施工，干燥快，遮盖力高，更重要的优点是本涂料无任何有机溶剂的气味，无毒无害，施工人员无任何不适的感觉；而采用另一种涂料涂刷9楼～18楼时，施工人员常感到涂料的气味刺激眼睛，且在室内一段时间后就觉得呼吸不顺畅，恶心，不舒服。因此，他们强烈建议建筑商采用本发明涂料。工程完工半年后到该写字楼探查发现，墙面仍光亮如新，仍保持其特有的典雅高贵的品质。
权利要求
1.一种内墙乳胶涂料，其特征在于重量组成如下自来水25-35％、润分散剂0.4-0.8％、颜料15-25％、填料10-15％、消泡剂0.3-0.7％、增稠剂A0.2-0.3％、增稠剂B0.3-0.6％、增稠剂C0.1-0.3％、防腐杀菌剂0.1-0.3％、遮盖性乳液5-8％、聚合物乳液20-40％、其余是色浆。
2.根据权利要求1所述的内墙乳胶涂料，其特征在于润湿分散剂用量是颜填料总量(包括纳米粒子)的0.2～0.3％。
3.根据权利要求1所述的内墙乳胶涂料，其特征在于颜料用量为0.3～0.5％。
4.根据权利要求1所述的内墙乳胶涂料，其特征在于填料用量为4～5％。
5.根据权利要求1所述的内墙乳胶涂料，其特征在于消泡剂是一种聚醚改性的聚硅氧烷溶液，用量0.3～0.5％。
6.根据权利要求1所述的内墙乳胶涂料，其特征在于增稠剂A是纤维素醚，例如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等，用量为0.2～0.3％；增稠剂B是碱溶性丙烯酸聚合物，用量为0.4～0.5％；增稠剂C是一种非离子憎水性改性环氧乙烷聚氨酯嵌段共聚物，用量为0.2～0.3％。
7.根据权利要求1所述的内墙乳胶涂料，其特征在于遮盖性乳液是一个壳包覆着充满水的芯的苯乙烯-丙烯酸共聚物分散体，用量为6～8％。
8.根据权利要求1所述的内墙乳胶涂料，其特征在于聚合物乳液是含有乙二醇链段结构的、具有核壳结构的有机硅改性丙烯酸乳液、纯丙烯酸乳液、苯丙乳液、醋丙乳液中的一种，或是它们中的两种或两种乳液的混合，用量28～35％。
9.根据权利要求1所述的内墙乳胶涂料，其特征在于可以加入稀土催化剂，是稀土金属如钍、铑、钯等的氧化物中的一种或多种的混合物，其用量为纳米粒子的万分之一到万分之三。
10.一种内墙乳胶涂料制备方法，其特征在于包括预混合按配方准确称取各种物料，在低速搅拌(100-150转/分)下按顺序加入分散介质水、润湿分散助剂、部分消泡剂、颜料、填料以及增稠剂A；高速分散在高速搅拌机内进行高速(1000-1200转/分)分散，颜填料粒子在高速搅拌机的高剪切速率作用下，被分散成原级粒子，并且在分散助剂体系的作用下得到分散稳定状态。高速分散时间在20～30分钟；调漆当颜料浆的细度达到所需要的细度时，应加入基料、遮盖性乳液、部分消泡剂、PH调节剂、适量的增稠剂B与C、及其他助剂，调漆，根据要求加入适量的色浆调色，此过程在调漆罐中低速进行(150-500转/分)，以得到具有合适的粘度和良好稳定性的涂料；过滤除去杂质粒子及未达到细度的颜填料粒子。
全文摘要
一种内墙乳胶涂料,其特征在于由自来水、润分散剂、颜料、填料、消泡剂、增稠剂A、增稠剂B、增稠剂C、防腐杀菌剂、遮盖性乳液、聚合物乳液、色浆组成;其制备方法包括预混合、高速分散、调漆、过滤;所得产品极大程度地减少了涂料体系中VOC源的成分,并使用纳米级TiO
文档编号C09D183/04GK1310216SQ0110754
公开日2001年8月29日 申请日期2001年2月19日 优先权日2001年2月19日
发明者夏正斌, 杨卓如, 沈慧芳 申请人:华南理工大学