一种自清洁无机涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑涂料技术领域,且公开了一种自清洁无机涂料及其制备方法。


背景技术：

2.当今社会，汽车尾气和工业废气的排放，以及环境中大量的粉尘、油烟和雾霾都严重的侵蚀着建筑物和各类设备的表层。在工厂、户外环境、家居环境中，建筑外墙、室内浴室和厨房墙面、电气设备的金属或塑料等材料表面容易沾上各种灰尘、油污等污染物，严重着影响着建筑物美观和电气设备使用。然而，要清洁这些被污染的物体不仅要投入很大的财力、人力和物力，大量洗涤剂和水的使用也不利于生态保护。因此，具有易清洁、防沾污等特殊功能的涂料逐渐成为人们关注的热点。
3.疏水性自清洁涂料一般具有适当表面粗糙度和较低的表面能，使其能像荷叶一样能够借助雨水等自然条件冲刷掉表面的污染物，保持物体表面干净。纳米二氧化钛具备的光催化能力，可以在阳光或紫外线的照射下催化降解残留在表面的有机污染物。但现在大部分疏水涂料的主要成膜物质都为有机合成树脂，在纳米二氧化钛的光催化作用下极易被降解，导致涂层老化、掉粉、脱落、使用寿命短等问题。因此，研制出一款性能优异、使用寿命长、绿色环保的自清洁涂料具有很大的市场前景和社会价值。
4.现有的无机涂料，如申请公布号cn 103423884 a公开的一种高性能水性无机涂料，所称该涂料选用以硅溶胶、聚合物溶液、颜填料、消泡剂、成膜助剂、增稠剂和水的成分组成，该发明虽然提到产品对环境无害的特点，但无特殊功能。其专利的申请内容未提及该专利有害物质的实际检测数据，且配方中含有聚合物溶液，必须用成膜助剂等有机溶剂协助成膜，环保性较差。


技术实现要素：

5.本发明是为了克服上述的技术缺陷,提供了一种自清洁无机涂料，具有耐水、耐候、耐紫外线、耐沾污性能优异，具有自清洁功能，兼防火、低voc和使用寿命长等优点。
6.本发明提供的一种自清洁无机涂料，其配方按质量比：水
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30～40份颜填料
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35～55份氟改性钛溶胶
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1～10份硅酸钾溶液
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15～30份乳液
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5～10份增稠剂
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0.1～1份分散剂
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0.1～1份消泡剂
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0.1～1份润湿剂
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0.1～1份稳定剂
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0.1～1份
优选的，上述的颜填料按重量份配比为钛白粉：高岭土，重质碳酸钙=7～15:3～10：25～30；优选的，上述乳液为mft＜5℃且耐碱性强的纯丙乳液或苯丙乳液，如巴德富rs837a、荷叶j-506和j-507；优选的，上述硅酸钾溶液为稳定型改性硅酸钾溶液，如荷叶化工777a、西谱森ks33plus、明佳k140和明佳ck140、信守助剂crosfect-k100和crosfect-k99a其中至少一种；优选的，上述稳定剂为季铵盐化合物，如明佳a60、荷叶化工wj-100、信守助剂 crosfect-cs1和crosfect-cs2中至少一种；优选的，上述氟改性钛溶胶合成工艺：向纳米二氧化钛溶胶加入一定比例的含氟硅烷稀释液，然后放入超声机中超声，即可制得氟改性钛溶胶；优选的，上述纳米二氧化钛溶胶为粒径20～200nm，纳米二氧化钛含量≥15wt%；优选的，上述含氟硅烷稀释液为十七氟-癸基硅烷、(3，3，3-三氟丙基)三甲氧基硅烷及1h,1h,2h,2h-十三氟-辛基硅烷等硅烷其中的至少一种与无水乙醇按重量份1～10：90～100稀释而成。
7.上述的自清洁无机涂料的制备方法，包括以下依序进行的步骤：(1)按重量份依次把去离子水、分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂、稳定剂加入分散釜中，在搅拌均匀;然后加入钛白粉、重钙、高岭土，高速分散，制成细度≤60μm的预制浆；(2)然后将苯丙乳液分散，再加入氟改性钛溶胶、硅酸钾溶液加入步骤2）所得的预制浆中，在分散至均匀即得自清洁无机涂料。
8.相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：1.通过添加氟改性钛溶胶，赋予涂层疏水疏油和催化降解的功能，具有优异的防污和自清洁能力；2.采用改性硅酸盐和硅溶胶等稳定的无机物作为主要成膜物质，解决了合成树脂涂层老化、掉粉，甚至脱落；3.采用无机物成膜体系，涂层可燃的高分子有机物含量极少，防火性能优异；且为水性涂料，绿色环保。
具体实施方式
9.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
10.实施例1：(1)向纳米二氧化钛溶胶加入质量分数20%的1wt%十七氟癸基三甲氧基硅烷稀释液，然后放入超声机中超声，即可制得氟改性钛溶胶；(2)按重量份依次把30份去离子水、0.5份分散剂、0.2份润湿剂、0.5份增稠剂、0.2份消泡剂、0.5份稳定剂加入分散釜中，在300～800r/min下分散至少5min;提高转速到1000～2000r/min，向所得的混合物中加入8份钛白粉、20份重钙、5份高岭土，高速分散至少15min，制成细度≤60μm的预制浆；然后将7份苯丙乳液分散，再加入5份氟改性钛溶胶、20份硅酸钾溶液加入所得的预制浆中，在300～800r/min下分散至均匀即得自清洁无机涂料。
11.实施例2：(1)向纳米二氧化钛溶胶加入质量分数20%的1wt%十七氟癸基三甲氧基硅烷稀释液，然后放入超声机中超声，即可制得氟改性钛溶胶；(2)按重量份依次把30份去离子水、0.5份分散剂、0.2份润湿剂、0.5份增稠剂、0.2份消泡剂、0.5份稳定剂加入分散釜中，在300～800r/min下分散至少5min;提高转速到1000～2000r/min，向所得的混合物中加入8份钛白粉、20份重钙、5份高岭土，高速分散至少15min，制成细度≤60μm的预制浆；然后将7份苯丙乳液分散，再加入10份氟改性钛溶胶、15份硅酸钾溶液加入所得的预制浆中，在300～800r/min下分散至均匀即得自清洁无机涂料。
12.实施例3：(1)向纳米二氧化钛溶胶加入质量分数20%的1wt%(3，3，3-三氟丙基)三甲氧基硅烷稀释液，然后放入超声机中超声，即可制得氟改性钛溶胶；(2)按重量份依次把30份去离子水、0.5份分散剂、0.2份润湿剂、0.5份增稠剂、0.2份消泡剂、0.5份稳定剂加入分散釜中，在300～800r/min下分散至少5min;提高转速到1000～2000r/min，向所得的混合物中加入8份钛白粉、20份重钙、5份高岭土，高速分散至少15min，制成细度≤60μm的预制浆；然后将7份苯丙乳液分散，再加入5份氟改性钛溶胶、20份硅酸钾溶液加入所得的预制浆中，在300～800r/min下分散至均匀即得自清洁无机涂料。
13.实施例4：(1)向纳米二氧化钛溶胶加入质量分数20%的1wt%1h,1h,2h,2h-十三氟-辛基硅烷稀释液，然后放入超声机中超声，即可制得氟改性钛溶胶；(2)按重量份依次把30份去离子水、0.5份分散剂、0.2份润湿剂、0.5份增稠剂、0.2份消泡剂、0.5份稳定剂加入分散釜中，在300～800r/min下分散至少5min;提高转速到1000～2000r/min，向所得的混合物中加入8份钛白粉、20份重钙、5份高岭土，高速分散至少15min，制成细度≤60μm的预制浆；然后将7份苯丙乳液分散，再加入氟改性钛溶胶、20份硅酸钾溶液加入所得的预制浆中，在300～800r/min下分散至均匀即得自清洁无机涂料。
14.对比例：按重量份依次把30份去离子水、0.5份分散剂、0.2份润湿剂、0.5份增稠剂、0.2份消泡剂、0.5份稳定剂加入分散釜中，在300～800r/min下分散至少5min;提高转速到1000～2000r/min，向所得的混合物中加入8份钛白粉、20份重钙、5份高岭土，高速分散至少15min，制成细度≤60μm的预制浆；然后将7份苯丙乳液分散，再加入纳米二氧化钛溶胶、20份硅酸钾溶液加入所得的预制浆中，在300～800r/min下分散至均匀即得自清洁无机涂料。
15.由于目前尚未出台关于无机内墙涂料的相关国家标准，故将本发明实施例1～4参照国家标准gb/t 31815-2015《建筑外表面用自清洁涂料》、gbt9756-2018《合成树脂乳液内墙涂料》中“优等品”、gb 8624-2012 《建筑材料及制品燃烧性能分级》中“a2级防火”以及gb 18582-2020《建涂用墙面涂料有害物质限量》的相关技术指标进行检测。经测试，本发明产品符合相关规定的自清洁涂料标准要求，具有优异的漆膜性能，其主要性能指标如表1所示。
16.从表1可知，添加未改性钛溶胶的对比例1具有优异的亲水性和较好的防污能力，但仍未能达到gb/t 31815-2015《建筑外表面用自清洁涂料》。通过含氟硅烷改性纳米二氧化钛溶胶后，实施例1～4拥有了疏水性能，使得污染物附着在涂层上以及更易清洗，防污能力得到优化，远小于国家标准规定的耐沾污性≤10%。采用硅酸盐和改性钛溶胶等稳定的无机物作为主要成膜物质，解决了合成树脂涂层老化、掉粉，甚至脱落，如实施例和对比例附着力等级都≤1，耐洗刷次＞6000次，耐人工气候老化＞600h。而且采用无机物成膜体系，涂层可燃的高分子有机物含量极少，防火性能优异，如实施例1、2和对比例1均可达到燃烧等级a2；本发明产品为水性涂料，无需添加成膜助剂、防冻液等有机溶剂，有机挥发物含量和游离甲醛含量均符合gb 18582-2020《建涂用墙面涂料有害物质限量》规定。
17.由于实施例2中氟改性钛溶胶投入量较大，成本较高，且有害物质较其他实施例偏高，所以在不考虑燃烧等级时，优先考虑实施例1、实施例3和实施例4；或者在耐沾污性能要求不高的情况下，优先考虑对比例1。在实际应用中优先考虑说明书的优选步骤。
18.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变化，这均属于本发明的保护范围。