一种防紫外线外墙涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种外墙涂料，特别是涉及一种防紫外线外墙涂料及其制备方法；属 于材料合成与涂料制备工艺技术领域。
【背景技术】
[0002] 环境中的光、热、水、氧气、无机盐、有机溶剂及污染物等，都是促使成膜物质降解 的主要因素。在这些因素中，太阳光紫外辐射是导致成膜物质降解最主要的，也是最常见的 因素。外墙涂料从使用的那一刻起，就开始了其不可逆的降解过程。因此，增强外墙涂料的 防紫外线性能很有必要，最简单有效的方法为在外墙涂料中添加具有防紫外线性能的添加 剂，主要为有机紫外线屏蔽剂和无机紫外线屏蔽剂。
[0003]目前广泛使用的有机紫外线屏蔽有邻羟基二苯甲酮、邻羟基苯并三唑、邻羟基苯 三嗪、水杨酸酯、苯甲酸酯、肉桂酸酯和草酰苯胺等，但添加有机紫外线屏蔽剂提高涂料的 防紫外线性能存在很多弊端。首先，有机紫外线屏蔽剂具有一定的毒性；其次，有机紫外线 屏蔽剂对紫外线的吸收具有选择性；最后，随着时间的延长，有机紫外线屏蔽剂防紫外线性 能会逐渐减弱甚至消失。
[0004] 无机类紫外线屏蔽剂主要有纳米二氧化钛、纳米二氧化娃和纳米氧化锌等。纳米 二氧化钛由于化学性质稳定、无毒、价格低廉并且紫外线屏蔽性能强等优点，而备受人们关 注。
[0005] 纳米二氧化钛紫外线屏蔽性能很强，并且粒径越小，紫外线屏蔽性能越强，亚微米 级的二氧化钛几乎不屏蔽紫外线。纳米二氧化钛紫外线屏蔽性能是由其吸收能力和散射能 力共同决定的。纳米二氧化钛对紫外线的吸收主要由于其半导体性质。在紫外线照射下， 电子被激发后由价带向导带跃迀的过程中，引起对紫外线的吸收。纳米二氧化钛不仅具备 吸收紫外线的性能，还具有散射紫外线的性能。紫外线本质上是一种电磁波，当紫外线作用 到介质中的纳米二氧化钛时，由于纳米二氧化钛粒子尺寸小于紫外线的波长，纳米二氧化 钛粒子中的电子被迫振动（其振动频率与入射光波的频率相同），成为二次波源，向各个方 向发射电磁波，这就是紫外线的散射。
[0006] 目前，已经有把纳米二氧化钛用到防紫外线外墙涂料中的例子。中国发明专利申 请CN102604498A在水性外墙乳胶漆中添加金红石型纳米二氧化钛以提高外墙乳胶漆的防 紫外线性能，所用的金红石型纳米二氧化钛粒径为20nm，比表面积大并且表明亲水疏油在 聚合物中极易团聚，团聚体将会大大降低金红石型纳米二氧化钛的防紫外线性能。而且， 金红石型纳米二氧化钛与聚合物的相容性差，界面处会产生空隙，会有空气进入，在紫外光 的照射下金红石型纳米二氧化钛的光催化作用会降解周围的聚合物。
[0007] 中国发明专利申请CN102134424A先制备Mg-Al水滑石与纳米二氧化钛复合粉体， 然后分散在苯丙外墙涂料中，得到的涂料具有一定的防紫外线性能。虽然水滑石与纳米二 氧化钛复合会增强纳米二氧化钛的防紫外线性能，但是纳米二氧化钛与聚合物的相容性问 题依然没有解决。纳米粒子在涂料中的分散性和稳定性问题是纳米涂料所要解决的关键问 题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是针对上述防紫外线外墙涂料的不足，提供一种防紫外线性能优 良，且漆膜的硬度、耐擦洗性能优异的外墙涂料。
[0009] 本发明目的还在于提供一种生产成本低、工艺简单、容易实现工业化生产的防紫 外线外墙涂料的制备方法。
[0010] 为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
[0011] 一种防紫外线外墙涂料，按质量份数计，其原料包括以下组份：
[0012] 丙烯酸酯聚合物乳液25~40
[0013] 纳米二氧化钛/丙烯酸酯聚合物复合乳液5~15
[0014] 颜填料15~25
[0015] 防冻剂L 2~1.5
[0016] 润湿剂0.1~0.2
[0017] 成膜助剂1.2~1.8
[0018] 分散剂0.3~0.6
[0019] 消泡剂0.1~0.4
[0020] 增稠剂0· 1~0· 4
[0021] 防腐剂0.1~0.3
[0022] pH 调节剂 0.1 ~0.2
[0023] 去离子水20~40
[0024] 所述的丙烯酸酯聚合物乳液为固含40%的苯丙乳液、纯丙乳液、乙丙乳液、叔丙乳 液或硅丙乳液；
[0025] 所述的纳米二氧化钛/丙烯酸酯聚合物复合乳液乳胶粒子以纳米二氧化钛为核， 丙烯酸酯聚合物为壳的核壳结构，按如下步骤制备得到：
[0026] (1)制备改性纳米二氧化钛
[0027] 按质量份数计，将0. 25~5份纳米二氧化钛与20~200份溶剂混合后超声分散， 加入0. 1~5份硅烷偶联剂，60~80°C反应1~6h，离心，用无水乙醇洗涤，离心、洗涤，烘 干，得到改性纳米二氧化钛；所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮；所述的硅烷偶联剂 为γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中 的一种；
[0028] (2)制备纳米二氧化钛/丙烯酸酯聚合物复合乳液
[0029] 按质量份数计，将0. 25~5份改性纳米二氧化钛分散在20~50份丙烯酸酯单体 和0. 5~2份助乳化剂的混合液中，超声分散，加入到乳化剂水溶液中，其中乳化剂的量为 0. 5~2份，去离子水的量为40~80份，搅拌，超声分散，升温至60~80°C，加入0. 25~ 5份引发剂，保温2~6h，得到纳米二氧化钛/丙烯酸酯聚合物复合乳液；所述的丙烯酸酯 单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基酯、丙 烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸和丙烯酸中的一种或多种；所述的助乳化剂为十六烷、十六醇、正 戊醇或环己醇；所述的乳化剂为油酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温80、吐 温20、烷基酚聚氧乙烯醚-10失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯和聚 氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯中的一种或多种；所述的引发剂为过氧化氢、过硫酸钾、过硫 酸铵或过硫酸钾-亚硫酸氢钠中的一种。
[0030] 优选地，所述的颜填料为钛白粉、重钙粉、滑石粉、硫酸钡、云母粉和高岭土中的一 种或多种；所述的防冻剂为乙二醇或丙二醇；所述的润湿剂为PE-100、乙醇、丙二醇或甘 油。
[0031] 优选地，所述将0. 25~5份纳米二氧化钛与20~200份溶剂混合后超声分散是 功率为400~800W超声分散5~30min。
[0032] 优选地，所述烘干是在50~100 °C烘12~24h。
[0033] 优选地，所述制备纳米二氧化钛/丙烯酸酯聚合物复合乳液的超声分散都是在超 声功率为400~800W分散10~60min ;所述制备纳米二氧化钛/丙稀酸酯聚合物复合乳 液的搅拌是在转速为100~400rpm条件下搅拌5~30min。
[0034] 优选地，所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯烷基苯基醚、2-氨基-2-甲 基-1-丙醇、油酸钠、聚丙烯酸钠或聚异丁烯顺丁烯二酸钠盐；成膜助剂为乙二醇、丙二醇、 己二醇、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、甲基苄醇或乙二醇丁醚醋酸酯。
[0035] 优选地，所述的消泡剂为丁醇、1，2-丙二醇、辛醇、磷酸三丁酯、乳化二甲基硅油、 乳化苯甲基硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚或聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚。
[0036] 优选地，所述的增稠剂为邻苯二甲酸二丁酯、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基 纤维素、黄原胶、XG-60、XG-903、SN-612 或 TT-935。
[0037] 优选地，所述的防腐剂为BIT、BIT/MIT、CMIT/MIT或DBNPA中的一种；所述的pH调 节剂为AMP-95、氨水、氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或多种。
[0038] 所述的防紫外线外墙涂料的制备方法，包括如下步骤：
[0039] (1)制备纳米二氧化钛/丙烯酸酯聚合物复合乳液；
[0040] (2)按下述步骤制备防紫外线外墙涂料：
[0041] 1)按配方称取物料，在500~1500rpm搅拌下依次加入去离子水、润湿剂、分散剂、 pH稳定剂、消泡剂，充分搅拌10~60min，得到预聚合物料；
[0042] 2)在500~1500rpm搅拌下，在所述预聚合物料中加入配方量的颜填料，混合均勾 后1000~2000rpm搅拌30~90min，得到颜填料分散浆；
[0043] 3)把纳米二氧化钛/丙烯酸酯聚合物复合乳液充分分散在丙烯酸酯聚合物外墙 乳液中，将防冻剂在300~600rpm搅拌下缓慢加入上述混合乳液中，搅拌10~30min，把得 到