专利名称：一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种涂料及其制备方法，具体涉及一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料及其制备方法。
背景技术：
普通涂层的表面抗粘污性很弱，容易被灰尘、油迹等各种污染物污染。自然界的荷叶表面具有很好的降低表面张力能力，因而具有很好的憎水性，且出污泥而不染，许多荷叶效果涂层因此应运而生。
国内外对纳米复合涂料的大规模研究始于上世纪九十年代。美国TritonSystem公司生产的NanoTufCoatings透明超耐磨纳米涂料，把有机改性的纳米瓷土加入到聚合物树脂基中，制得的涂料能大大提高涂层的硬度、耐划伤性及耐磨性，此涂料比传统的涂料耐磨性提高2-4倍。美国NSF最近也提出了一个有关项目申请，其要点是研究含无机纳米化合物的涂料性能，通过精细分散控制，研究纳米粒子与树脂基体的界面相互作用，涂膜的阻透性、热稳定性、抗氧性、拉伸性和抗低温性等，为进一步研制用于飞机、太空及相关工业的高性能涂料提供依据，以大大降低维修费用。
纳米材料是指粒径在1-100纳米之间具有特殊物理化学性能的材料。
国际上对超疏水性涂层的研究始于上世纪50年代，到上世纪90年代末，随着表面科学技术的发展尤其是表面研究技术手段的提高，人们对超疏水性涂层的研究倾注了更大的关注，其诱人的潜在的应用前景更激起人们更大的研究兴趣，倾注了更大的精力和人力，大大促进了该领域研究的发展，基础理论研究和应用研究都取得了巨大的成就。其中美国、德国、日本、澳大利亚都已经开展了此项研究。目前在疏水领域里，目前使用比较广泛的产品主要有蜡类、有机硅和有机氟系列等等。市场上的荷叶效应涂料都是采用这些类型产品，通过降低表面张力来实现疏水效果的，降低表面张力，实际就是提高涂层与水的接触角，但是这种提高是有限的，最多能提高至120°左右，同时涂层与灰尘的接触面积基本没变，无法在到防沾污的效果，因此，荷叶效应的结果是有限的，很难达到既保持涂膜干燥，又具有耐沾污的特点。目前，将纳米材料与低表面能物质结合起来提高疏水性和耐沾污防粘能力的研究并不多见。
现有技术中，澳大利亚专利AU9876545，公开了一种纳米复合涂料的制备方法，即一种可自由流动的无机纳米粒子与聚合物的悬浮液，通过倒入模具或基材表面形成一种有一定硬度的涂层。日本专利JP2005-82616是关于超斥水成膜组合物及其制备，该组合物含疏水细粒子、蜡和沸点高于蜡熔点的有机溶剂，将D-苎烯、巴西棕榈蜡(熔点83℃)和AerosilR972的混合物喷涂于丙烯酸三聚氰胺板或汽车阀帽部分，形成的涂层涂覆和剥离均容易。李齐方等在《高分子材料科学与工程》2002年03期上的文章《聚氨酯/纳米复合涂料的红外特性及其力学性能的研究》中公布了选用三种填料(纳米级氢氧化镁、氧化铬、ITO)对聚氨酯进行共混改性，并讨论了不同含量的填料与性能的关系，主要表现为该涂层耐擦洗次数和硬度增加。
从上述文献分析可看出，疏水纳米复合涂料国内外均有文献报道，但这些文献虽然都涉及到了疏水纳米复合涂料，都仅限于简单信息，没有涉及详细的解决方案。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种纳米复合罩面涂料及其制备方法，该纳米复合罩面涂料及其制备方法将纳米材料引入到罩面涂料中，从而实现提高涂层耐老化、耐擦洗、耐刮擦等性能，同时该涂料能够使涂层粗糙度处于纳米水平或接近纳米水平，并且该涂料施工后形成的表面对水的接触角可超过140°，从而使涂层具有超疏水和超耐沾污及防粘功能；同时，该涂料具有较好的透明性，喷涂于基材表面不影响基材原有的色彩和光泽。
本发明的另一目的在于提供一种制备纳米复合罩面涂料的方法首先将含有纳米材料的填料分散成稳定的悬浮液，使颗粒保持良好的单分散状态；然后将含有该纳米材料的悬浮液加入到涂料体系中。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，包括以下组分及含量(重量百分比)(1)成膜物质，含量为0.1％-20％；(2)防污成份，含量为1％-20％；(3)填料，含量为0.1％-20％；(4)稀释剂，含量为20％-95％；(5)增稠剂，含量为0％-15％；(6)润湿和分散剂，含量为0％-5％。
其中，所述的成膜物质是纳米改性乳液、硅丙乳液、纳米改性硅丙乳液或者有机硅树脂。
所述的防污成份是具有官能团的液态聚硅氧烷或者含氟聚醚；所述的填料是二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、三氧化二铝、碳酸钙中的一种或者其中任意几种以任意比例进行混合的混合物。
所述填料的粒径为纳米级(小于100纳米)，或纳米级(小于100纳米)和亚微米级(100nm-1μm)的混合，或纳米级(小于100纳米)和亚微米级(100nm-1μm)、微米级(1μm-5μm)的混合。
所述的稀释剂是水、溶剂油或醇类。
所述的增稠剂是膨润土、纤维素、改性聚醚、丙烯酸酯乳液、聚酯或聚氨酯。
所述的润湿和分散剂是含颜料亲和基团的高分子量共聚物、丙烯酸酯共聚物、高分子量嵌段共聚物溶液，或含酸性基团的嵌段共聚体的烷羟基铵盐等。
更进一步，所述的一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，包括以下组分及含量(1)成膜物质，含量为0.1％-15％；(2)防污成份，含量为1％-15％；(3)填料，含量为0.1％-15％；(4)稀释剂，含量为50％-90％；(5)增稠剂，含量为0％-8％；(6)润湿和分散剂，含量为0％-3％。
所述的一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，更优的方案是该涂料包括以下组分及含量(1)成膜物质，含量为0.1％-12％；(2)防污成份，含量为1％-12％；(3)填料，含量为0.1％-10％；(4)稀释剂，含量为60％-85％；(5)增稠剂，含量为0％-5％；(6)润湿和分散剂，含量为0％-2％。
本发明所述的一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料的制备方法，步骤如下首先将本发明所述的纳米复合罩面涂料所需的填料在较高的搅拌速度下加入到稀释剂中，以使填料保持良好的分散状态，必要时稀释剂中预先加有润湿分散剂；经过高速分散后将悬浮液砂磨；再将砂磨后的悬浮液与成膜成份、防污成份混合，必要时加入增稠剂调整粘度；所述的较高的搅拌速度是指搅拌器的转速高于3000r/min。
进一步，最好是先将所述填料分散成高浓度的悬浮液后再与其它组分混合。
更进一步，在将所述填料分散成高浓度的悬浮液过程中还含有研磨过程。所述的研磨过程是指颜料预混浆通过砂磨机或其它高效研磨设备时，在叶轮激烈搅拌情况下经过珠状研磨介质与筒壁之间的强力剪切作用得以很好分散的过程。
使用本发明所述的纳米复合罩面涂料时，需要将该纳米复合罩面涂料采用喷涂、滚涂等多种方法施工，以使其均匀分布在各种材质上，施工方法中喷涂方法较优。
本发明的效果在于采用本发明所述的纳米复合罩面涂料及其制备方法，能够实现涂料耐老化、耐擦洗、耐刮擦等性能，同时该纳米复合罩面涂料由于引入了低表面能物质，同时由于纳米材料预先进行了较好的分散保持在单分散状态，使表面具有了纳米级粗糙度，从而使涂层具有疏水和耐污防粘功能；并且该涂料具有较好的透明性，喷涂于基材表面不影响基材原有的色彩和光泽，能够保持基材原有的美观。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述实施例1按照下列比例配制本发明所述的一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料(重量百分比)A.硅丙乳液 10％B.含氟聚醚 7％C.纳米碳酸钙 5％D.纳米二氧化钛 5％E.水 70％
F.增稠剂NLS200 1.5％G.润湿分散剂SK5040 1.5％。
制备方法首先将纳米碳酸钙30克、纳米二氧化钛30克在4000r/min转速较高的搅拌速度下加入装到有131克水的不锈钢容器中，水中预先加有少量水中预先分散有9克的聚羧酸盐类润湿分散剂SK5040。经过高速分散1小时后形成固含量为30％的纳米胶体，将纳米胶体进一步砂磨1小时。再将砂磨后的纳米胶体与硅丙乳液60克、氟表面活性剂含氟聚醚42克、289克水等组分中在1000r/min速度下搅拌混合分散，混合均匀后使用9克增稠剂NLS200增稠至粘度1000-2000mPaS。
所述增稠剂NLS200为赫克力士公司改性聚醚产品，所述润湿分散剂SK5040为首创纳米公司生产聚羧酸盐类产品。
将本发明所述的该纳米复合罩面涂料喷涂于普通涂膜时接触角可达140度，并且该涂料形成的涂抹具有较好的耐污性和防粘性，可用于市容改造，楼宇翻新，或用于高档建筑表面，能够起到持久的疏水、耐污和防沾效果。
实施例2一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，各个成份及含量如下(重量百分比)A.纳米改性硅丙乳液 5％B.具有官能团的液态聚硅氧烷 10％C.微米级氧化锌 2％D.亚微米氧化铝 3％E.乙醇 5％F.水 75％制备方法其他步骤与实施例1相同，不同之处在于本实施例中，将所述填料分散成高浓度的悬浮液时没有加入润湿分散剂。在将所述填料分散成高浓度的悬浮液过程中不含有研磨过程，且没有加入增稠剂。
实施例3一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，各个成份及含量如下(重量百分比)A.有机硅树酯 5％B.含氟聚醚 10％C.纳米二氧化硅 6％
E.润湿分散剂BYK180 1％F.200#溶剂油 78％制备方法首先将纳米二氧化硅60克在4000r/min转速较高的搅拌速度下加入装到有110克200#溶剂油的不锈钢容器中，水中预先分散有6克的润湿分散剂BYK180。经过高速分散1小时后形成固含量为30％的纳米胶体，将纳米胶体进一步砂磨1小时。再将砂磨后的纳米胶体与有机硅树酯50克、含氟聚醚50克、670克200#溶剂油等组分中在1000r/min速度下搅拌混合分散30分钟。
所述200#溶剂油为化工原料市场常规商品，BYK180为毕克公司产品含酸性基团的共聚体的烷羟基铵盐润湿分散剂。
实施例4一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，各个成份及含量如下(重量百分比)A.硅丙乳液 5％B.含氟聚醚 5％C.纳米碳酸钙 1％D.纳米二氧化钛 1％E.纳米氧化硅 1％F.水 84％G.润湿分散剂SK5040 1％H.增稠剂SCT275 2％制备方法其他步骤与实施例1相同，不同之处在于所用原料种类及配比不同。
所述增稠剂SCT275为罗门哈斯公司非离子缔合型增稠剂。
实施例5一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，各个成份及含量如下(重量百分比)A.纳米改性硅丙乳液 20％B.具有官能团的液态聚硅氧烷 15％C.微米级碳酸钙 3％D.微米级二氧化钛 8％E.纳米氧化硅 1％F.水 47％
G.润湿分散剂SK5040 1％H.增稠剂250HBR(2％) 5％制备方法其他步骤与实施例1相同，不同之处在于所用原料种类配比不同，且250HBR要预先分散成2％的水分散体。
增稠剂250HBR为赫克力士公司纤维素产品。
本发明以本文举例说明的实施例加以说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
权利要求
1.一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，以重量百分比计，包括以下组分及含量(1)成膜物质，含量为0.1％-20％；(2)防污成份，含量为1％-20％；(3)填料，含量为0.1％-20％；(4)稀释剂，含量为20％-95％；(5)增稠剂，含量为0％-15％；(6)润湿和分散剂，含量为0％-5％。
2.如权利要求1所述的一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，其特征是所述的成膜物质是纳米改性乳液、硅丙乳液、纳米改性硅丙乳液或者有机硅树脂。
3.如权利要求1所述的一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，其特征是所述的防污成份是具有官能团的液态聚硅氧烷或者含氟聚醚。
4.如权利要求1所述的一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，其特征是所述的填料是二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、三氧化二铝、碳酸钙中的一种或者其中任意几种以任意比例进行混合的混合物。
5.如权利要求4所述的一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，其特征是所述填料的粒径小于100纳米。
6.如权利要求4所述的一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，其特征是所述填料是由粒径小于100纳米的填料和粒径处于100nm-1μm之间的填料混合而成的，或是由粒径小于100纳米的填料和粒径处于100nm-1μm之间的填料、粒径处于1μm-5μm之间的填料混合而成的。
7.如权利要求1所述的一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，其特征是所述的稀释剂是水、溶剂油或醇类。
8.如权利要求1所述的一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，其特征是所述的增稠剂是膨润土、纤维素、改性聚醚、丙烯酸酯乳液、聚酯或聚氨酯。
9.如权利要求1所述的一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，其特征是所述的润湿和分散剂是含颜料亲和基团的高分子量共聚物、聚羧酸盐、丙烯酸酯共聚物、高分子量嵌段共聚物溶液、或含酸性基团的嵌段共聚体的烷羟基铵盐。
10.如权利要求1所述的一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，其特征是以重量百分比计，该涂料各个组分及含量如下(1)成膜物质，含量为0.1％-15％；(2)防污成份，含量为1％-15％；(3)填料，含量为0.1％-15％；(4)稀释剂，含量为50％-90％；(5)增稠剂，含量为0％-8％；(6)润湿和分散剂，含量为0％-3％。
11.如权利要求10所述的一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料，其特征是以重量百分比计，该涂料各个组分及含量如下(1)成膜物质，含量为0.1％-12％；(2)防污成份，含量为1％-12％；(3)填料，含量为0.1％-10％；(4)稀释剂，含量为60％-85％；(5)增稠剂，含量为0％-5％；(6)润湿和分散剂，含量为0％-2％。
12.一种制备如权利要求1所述的疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料的方法，步骤如下首先将本发明所述的纳米复合罩面涂料所需的填料在较高的搅拌速度下加入到稀释剂中，以使填料保持良好的分散状态，必要时稀释剂中预先加有润湿分散助剂；经过高速分散后将悬浮液砂磨；再将砂磨后的悬浮液与成膜成份、防污成份混合，必要时加入增稠剂调整粘度；所述的较高的搅拌速度是指搅拌器的转速高于3000r/min。
13.如权利要求11所述的一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料的制备方法，其特征是先将所述填料分散成高浓度的悬浮液后再与其它组分混合。
14.如权利要求11所述的一种疏水、耐污和防粘的纳米复合罩面涂料的制备方法，其特征是在将所述填料分散成高浓度的悬浮液过程中还含有研磨过程，所述的研磨过程是指颜料预混浆通过砂磨机或其它高效研磨设备时，在叶轮激烈搅拌情况下经过珠状研磨介质与筒壁之间的强力剪切作用得以很好分散的过程。
全文摘要
本发明属于涂料及其制备方法领域，具体涉及一种疏水耐污和防粘的纳米复合罩面涂料及其制备方法。该罩面涂料中含有成膜物质、防污成分、填料及稀释剂，并且必要时还含有润湿和分散剂和增稠剂。本发明所述的罩面涂料具有非常明显的疏水性，耐沾污性，同时具有防粘功能。并且由于具有较强的耐候性，所以非常适于高档建筑物表面防污及市政公共设施的外观保护。
文档编号C09D5/16GK1861714SQ20061008372
公开日2006年11月15日 申请日期2006年6月2日 优先权日2006年6月2日
发明者邢颖, 郭保文, 咸才军 申请人:北京首创纳米科技有限公司