本发明属于化工领域，具体地，涉及超耐候纳米自洁涂料及其制备方法。
背景技术：
外墙涂料因为长期暴露在室外条件下，要经受风吹、日晒、雨淋等恶劣自然条件的考验；同时，由于近年来空气污染加重，大气中的灰尘以及悬浮物日益增多，会使涂层发生粉化、变色、剥落、污渍污染等现象，使得涂层失去其装饰以及保护的效果影响建筑物的美观。
近年来，纳米材料的应用越来越受到人们的重视，因为纳米涂料较传统涂料具有很多的优势。然而纳米粒子表面极性大、表面能高、粒径小，极易发生团聚而使涂料达不到理想的要求，因此，为了提高纳米材料分散性，增大纳米粒子与其他组分的界面结合力，科研工作者对纳米粒子进行了改性，降低了粒子的表面能，减弱了粒子的表面活性。
然而，对于这种纳米涂料的不断开发已获得性能更优的涂料仍是科研工作者拭待解决的关键问题。
技术实现要素：
本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：
基于此，在本发明的第一方面，本发明提出了一种涂料。根据本发明的实施例，所述涂料包括：180-220重量份的去离子水；2.5-3重量份的羟乙基纤维素；1.5-3重量份的润湿剂；4-8重量份的分散剂；3-5重量份的消泡剂；4-8重量份的防霉剂；1-3重量份的胺中和剂；15-20重量份的丙二醇；80-120重量份的改性纳米tio2；40-60重量份的硅灰石粉；30-50重量份的重钙粉；450-500重量份的纳米水性氟硅乳液；25-30重量份的成膜助剂；20-60重量份的自洁添加剂；4-8重量份的氟表面活性剂；6-8重量份的增稠剂。根据本发明实施例的涂料是一种超耐候纳米自洁涂料，刷涂操作简单快捷，漆膜表面效果好，不存在对室内装饰物的污染。且根据本发明实施例的涂料的显著优势在于：(1)tio2具有表面羟基结构，可与fe(oh)cl2，feo(oh)等键合，在tio2表面形成包覆，这种膜可以阻止电子空穴对h2o，o2的结合，从而使光化学活性降低，产品的耐候性得到极大提高；(2)利用氟表面活性剂的低表面能降低纳米粒子的表面能以及表面活性，使得涂料体系的稳定性显著提高；(3)使用纳米水性氟硅乳液使涂膜表面呈现出超耐候、耐污、抗划伤、耐酸碱等优异的性能。
根据本发明的实施例，上述涂料还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述润湿剂为烷基聚氧乙烯醚。烷基聚氧乙烯醚对涂料具有良好的润湿、渗透、乳化、分散、增溶和洗涤作用。
根据本发明的实施例，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐。聚丙烯酸铵盐分散剂为疏水改性的聚合物分散剂，聚丙烯酸铵盐分散剂能够降低研磨料粘度、改善涂料的储存稳定性、增加涂料的光泽和流平性。
根消泡剂的选择不受特别限制，据本发明的实施例，所述消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液类、矿物油类中的任意一种。消泡剂在涂料加工过程中可降低涂料表面张力，抑制泡沫产生或消除已产生泡沫。
根据本发明的实施例，所述防霉剂包括苯并咪唑氨基甲酸甲酯和n’-(3，4-二氯苯基)-n，n-二甲基脲。苯并咪唑氨基甲酸甲酯和n’-(3，4-二氯苯基)-n，n-二甲基脲的复配，使得涂料的防霉效果显著提高。根据本发明的实施例，复配比例可采用1:1.5。
根据本发明的实施例，所述改性纳米tio2为铁包覆改性纳米tio2。所述铁包覆改性纳米tio2是指tio2的表面羟基结构，与fe(oh)cl2，feo(oh)等键合，在tio2表面形成包覆。发明人发现，这种膜包覆可以阻止电子空穴对h2o，o2的结合，从而使光化学活性降低，涂料产品的耐候性得到极大提高。
根据本发明的实施例，所述纳米水性氟硅乳液具有核壳结构。具体地，所述纳米水性氟硅乳液的固含量为46-48％，粒径为30-50nm。发明人发现，纳米水性氟硅乳液使涂膜表面呈现出超耐候、耐污、抗划伤、耐酸碱等优异的性能。
根据本发明的实施例，所述成膜助剂为十二碳醇酯。十二碳醇酯可促进涂料乳液成膜，有效降低最低成膜温度。
根据本发明的实施例，所述自洁添加剂为聚醚改性羟基官能性聚二甲基硅氧烷。聚醚改性羟基官能性聚二甲基硅氧烷作为疏水剂，可使涂料耐稳定、抗老化、电绝缘以及柔软。
根据本发明的实施例，所述氟表面活性剂为含50％全氟辛基磺酸钠的氟表面活性剂。
发明人发现，利用氟表面活性剂的低表面能降低纳米粒子的表面能以及表面活性，使得涂料体系的稳定性显著提高。
根据本发明的实施例，所述增稠剂包括选自无溶剂类聚氨酯增稠剂和碱溶涨类增稠剂的至少之一。增稠剂的分子结构中引入了亲水基团和疏水基团，具有一定的表面活性剂的性质，当它的水溶液浓度超过某一特定浓度时，可形成胶束，胶束和聚合物粒子缔合形成网状结构，使体系黏度增加。增稠剂可对涂料的流变性产生影响。
更为重要的是，发明人发现，通过改性纳米tio2、氟表面活性剂以及纳米水性氟硅乳液的协同作用将使得涂料的耐候性、自洁性能以及体系稳定性更加优异，详见实施例对比。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备前面所述涂料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将所述去离子水、羟乙基纤维素、润湿剂、分散剂、消泡剂、防霉剂、胺中和剂、丙二醇进行第一混合处理；向第一混合处理产物中加入所述改性纳米tio2、硅灰石粉以及重钙粉，进行第二混合和研磨处理；以及向第二混合和研磨处理产物中加入所述纳米水性氟硅乳液、成膜助剂、氟表面活性剂、自洁添加剂、增稠剂，进行第三混合处理，以便获得所述涂料。利用根据本发明实施例的上述方法所获得的涂料是一种超耐候纳米自洁涂料，刷涂操作简单快捷，漆膜表面效果好，不存在对室内装饰物的污染。且所制备的涂料的显著优势在于：耐候性高；稳定性高；超耐候、耐污、抗划伤、耐酸碱。
根据本发明的实施例，上述制备方法还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述第一混合处理的时间为3-5min。发明发现，3-5min可以很好的混合完全，低于3min混合不完全，高于5min会导致整体粘度偏高，不利于下一步的研磨。
根据本发明的实施例，所述研磨处理至细度≤40um。发明人发现，研磨处理至细度≤40um，可更好地提升漆膜的表面效果，不利于污渍的附着。
根据本发明的实施例，所述第三混合处理的时间为10-15min。发明人发现，混合时间过短混合不完全，过长造成时间上的浪费，10-15min可保证很好的混合不造成浪费。
根据本发明的实施例，所述第一混合处理是在搅拌速率为700-1000r/min的条件下进行的。发明人发现，转速过低导致分散效率不够，而过高则会造成设备的浪费。
根据本发明的实施例，所述第二混合处理是在搅拌速率为1500-2000r/min的条件下进行的。发明人发现，转速过低会导致分散效率不够，过高则会造成设备的浪费。
根据本发明的实施例，所述增稠剂为碱溶涨类增稠剂，所述第三混合处理是在粘度为97～103ku，温度为24～26℃的条件下进行的。发明人发现，粘度低于97ku，会导致涂料分层，高于103ku，又会导致兑水增大单位面积内有效成分变少，且自洁性下降。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
在该实施例中，按照下列方法制备涂料：
1、原料：
本发明实施例提供的超耐候纳米自洁涂料，包括按重量份计的下述组分：去离子水220份；羟乙基纤维素3份；润湿剂3份；分散剂8份；消泡剂5份；防霉剂8份；胺中和剂3份；丙二醇120份；改性纳米tio2120份；硅灰石粉40份；重钙粉30份；纳米水性氟硅乳液450份；成膜助剂25份；自洁添加剂20份；氟表面活性剂4份；增稠剂6份。
2、步骤：
(1)准确加入去离子水、羟乙基纤维素、润湿剂、分散剂、消泡剂、防霉剂、胺中和剂、丙二醇搅拌中速搅拌3-5min
(2)加入改性纳米tio2、硅灰石粉、重钙粉进行研磨分散至细度≤40um
(3)中速加入纳米水性氟硅乳液、成膜助剂、氟表面活性剂、自洁添加剂、增稠剂搅拌10-15min
在步骤(1)中，中速状态的搅拌速率为700-1000r/min；在步骤(2)中，高速状态的搅拌速率为1500-2000r/min；在步骤(3)中，用增稠剂中的碱溶涨类增稠剂，控制最终粘度为100±3ku，温度为25±1℃。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：实施例2提供的超耐候纳米自洁涂料，包括按重量份计的下述组分：去离子水180份；羟乙基纤维素2.5份；润湿剂1.5份；分散剂4份；消泡剂3份；防霉剂4份；胺中和剂1份；丙二醇15份；改性纳米tio280份；硅灰石粉60份；重钙粉50份；纳米水性氟硅乳液500份；成膜助剂30份；自洁添加剂60份；氟表面活性剂8份；增稠剂8份。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：实施例3提供的超耐候纳米自洁涂料，包括按重量份计的下述组分：去离子水200份；羟乙基纤维素2.75份；润湿剂2.25份；分散剂6份；消泡剂4份；防霉剂6份；胺中和剂2份；丙二醇17.5份；改性纳米tio2100份；硅灰石粉50份；重钙粉40份；纳米水性氟硅乳液475份；成膜助剂27.5份；自洁添加剂40份；氟表面活性剂6份；增稠剂7份。
实施例4
按照实施例1的方法制备涂料，区别在于，不含纳米水性氟硅乳液。
去离子水220份；羟乙基纤维素3份；润湿剂3份；分散剂8份；消泡剂5份；防霉剂8份；胺中和剂3份；丙二醇120份；改性纳米tio2120份；硅灰石粉40份；重钙粉30份；普通乳液450份；成膜助剂25份；自洁添加剂20份；氟表面活性剂4份；增稠剂6份。
实施例5
按照实施例1的方法制备涂料，区别在于，不含氟表面活性剂。
去离子水220份；羟乙基纤维素3份；润湿剂3份；分散剂8份；消泡剂5份；防霉剂8份；胺中和剂3份；丙二醇120份；改性纳米tio2120份；硅灰石粉40份；重钙粉30份；纳米水性氟硅乳液450份；成膜助剂25份；自洁添加剂20份；增稠剂6份。
实施例6
按照实施例1的方法制备涂料，区别在于，不含改性纳米tio2。
去离子水220份；羟乙基纤维素3份；润湿剂3份；分散剂8份；消泡剂5份；防霉剂8份；胺中和剂3份；丙二醇120份；硅灰石粉40份；重钙粉30份；纳米水性氟硅乳液450份；成膜助剂25份；自洁添加剂20份；氟表面活性剂4份；增稠剂6份。
实施例7
此外，本发明对于上述实施例所制作的超耐候纳米自洁涂料进行性能检测，测得的各项技术指标见表1：
表1
通过表1可以看出，本发明实施例1～3所制备的涂料具有优异的自洁性能、耐水以及优异的耐人工老化性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。