CN1478830A - 水性建筑外墙涂料用耐老化色浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆及其制备方法。它以纳米二氧化钛、有机颜料色浆为主，加入润湿分散剂、多功能分散剂、保湿剂、稳定剂、消泡剂、杀菌剂等，经搅拌、球磨而成。它添加在建筑外墙涂料中可大大增加有机颜料的抗老化性能。本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆是一种使用时对环境友好的并能与各种水性涂料如苯丙水性涂料、纯丙水性涂料、硅丙水性涂料、乙丙水性涂料及常见的乳胶及水溶性树脂有良好相容性的水性色浆。

Description

水性建筑外墙涂料用耐老化色浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂料添加剂及其制备方法，具体地讲，涉及一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆及其制备方法。本发明涉及到由二氧化钛纳米级超细微粉、有机颜料粉末、多种助剂及水等配制而成的一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆及其制备方法。

背景技术

白色涂料加入色浆调制后即成为色漆。水性建筑外墙涂料色漆由于在户外长期经受风吹雨淋，阳光曝晒，干湿交替以及温度的冷热变换等恶劣条件，最后涂层会出现失光、褪色、变色等现象，导致墙面原有颜色变浅、变暗，甚至完全无色，不同方向墙面色差较大，墙面发花、颜色不均等病态，这严重影响了涂料的装饰效果。经过长期的试验研究和工程应用，人们逐步认识到，建筑外墙涂料的褪色、变色等老化现象主要是由于太阳光中含有的紫外线对涂料涂膜中颜料颗粒的作用的结果。

太阳光中除可见光和红外线外，还有紫外线。按波长大小，紫外线可分为短波UVC 190nm-280nm、中波UVB 280nm-320nm和长波UVA 320nm-400nm。紫外线波长越短，能量越强，对有机物的破坏越严重。由表1可见，较长的光波能量仅能使分子产生振动和旋转而产生热量，而紫外线UVA，UVB，UVC能对有机物中C-H、C-C、C-Cl等化学键以及具有相同键能的物质产生破坏作用，从而引起有机物、高分子化合物降解成为小分子。涂料着色的有机颜料分子中基本化学键是C-C键和C-H键等，紫外线照射会使涂料中颜料分子结构遭到破坏，分解、降解为其它物质，使色漆在外观上失去颜色或颜色变化。这种长期作用最终导致涂料的失光、退色、变色等老化现象。

                      表1  光的波长和能量及常见有机化合物化学键能

波长/nm	200	300	400	500	700	800
							光能量kJ·mol-1	598	397	301	238	171	146
化学键名	O-H	C-H	C-C	C-Cl	N-N	O-O
							键能/kJ·mol-1	462	413	347	326	158	138

目前还没有针对于提高有机颜料色浆耐老化性的有效方法，为了提高色漆的耐老化性，使用中一般的办法是选择那些抗由颜料本身老化性能好的颜料制造的色浆，如颜料紫23、颜料红254等，但这些色浆大多价格非常昂贵，实用性不强。为预防或减少涂料老化广泛采用的方法是在涂料中添加紫外光稳定剂，如瑞士Ciba精化公司依靠在涂料中添加Tinuvin1130紫外光吸收剂和Tinuvin292受阻胺光稳定剂来增加涂料的耐老化性能，瑞士Clariant公司依靠在涂料中添加Saduvoy3225Dispersion紫外光稳定剂来提高涂料的耐老化性能。

在涂料中添加紫外光稳定剂来增加耐老化性的方法主要是为了增加涂料本身的耐老化性能，主要的针对白色涂料，对有机颜料的耐老化性提高十分有限。而对于色漆来说，有机颜料的耐老化性远比涂料本身差得多，且涂料本身耐老化性能越好，这种矛盾越尖锐。在水性建筑涂料生产中，迫切需要一种耐老化性能优异的色浆。

最近十年来，对于称之为纳米材料的颗粒尺寸在1-100nm的超微细材料的研究逐步深入和提高，促进了纳米材料学科和纳米科技的发展。纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。纳米材料由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性，如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等都与纳米微粒的尺寸有很强的依赖关系。研究表明纳米二氧化钛粉体对波长在200-400nm的紫外光有强烈吸收，因此，为利用纳米二氧化钛配制水性建筑外墙涂料用耐老化色浆打下了基础。本发明中，在色浆的生产过程中加入纳米材料，通过一定的工艺使纳米材料包覆在颜料颗粒表面，通过纳米材料对紫外线的屏蔽作用，大大提高色浆的耐老化性能。

发明内容

本发明的目的是研发一种建筑涂料用添加剂，其能够提高涂料的耐老化性能。

本发明的另一个目的是提供一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，该耐老化色浆能较大程度的提高色漆的保光保色性能，达到1000h人工老化变色一级。

本发明的另一个目的是提供一种生产所述水性建筑外墙涂料用耐老化色浆的方法，用本发明方法生产水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，使用了纳米级二氧化钛粉体，解决了现有技术中纳米粒子极易聚集成团的问题。

本发明的再一个目的是提供一种含有本发明水性建筑外墙涂料用耐老化色浆的涂料。将本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆在涂料生产的调色过程中添加，其与常规的乳胶及水溶性树脂有很好的相容性。例如，将本发明制备的纳米助剂加入纯丙涂料，能极大提高纯丙涂料的耐老化性能。

根据本发明，提供了一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，该色浆包括纳米级二氧化钛粉体、颜料、分散剂、保湿剂、杀菌剂、消泡剂、稳定剂和去离子水，其中二氧化钛粉体的粒径为1-100纳米。

根据本发明，提供了一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，以色浆的总重量计，其包括：

纳米级二氧化钛粉体                     0.5-6％

颜料                                   35-50％

分散剂                                 2.5-10％；

保湿剂                                 3-8％；

杀菌剂                                 0.05-0.3％；

消泡剂                                 0.01-0.5％；

稳定剂                                 0.1-2％；

去离子水                               余量。

根据本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，其性能为：

粒径

＜3μm

粘度	2100-2400mPa·s
		PH值	7-10
状态	粘稠浆体

根据本发明，提供了一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，以色浆的总重量计，其包括：

纳米级二氧化钛粉体                       2-3.5％

颜料                                     43-47％

分散剂                                   4.7-6.8％；

保湿剂                                   4-6％；

杀菌剂                                   0.1-0.15％；

消泡剂                                   0.2-0.5％；

稳定剂                                   0.5-1％；

去离子水                                 余量。

本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆呈碱性，pH值为7-10，优选为8-9。pH值是通过pH值调节剂控制的。可用于本发明的pH值调节剂包括AMP-95、氢氧化钠、氢氧化钾和氨水，优选AMP-95。

在本发明的实施中，所使用的纳米二氧化钛粉体是市售的，其主要技术指标为纯度≥99.9％、平均粒径10nm、比表面积640m²/g、物相非晶。本发明所用的颜料可以是无机颜料和有机颜料，包括酞菁蓝颜料黄、颜料绿、钛白、络黄和红丹等。可用于本发明的分散剂包括润湿分散剂和多功能分散剂的混合物，其包括丁二酰亚胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二[焦磷酸二烷氧基酯]-2-羟基丙酸钛、二聚异丁烯顺丁烯二酸钠盐、二(亚磷酸二月桂酸酯)络四辛氧基钛、β-烷氧乙羧基二(焦磷酸二辛酯)钛等或它们的混合物，优选的分散剂为丁二酰亚胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇的混合物。以本发明色浆的总重量计，分散剂的量一般为2.5-10％，其中润湿分散剂的量为2-8％，优选为3.5-5.5％，多功能分散剂的量为0.5-2％，优选为1.2-1.3％。

可用于本发明的保湿剂为醇类物质，如1，2-丙二醇、乙二醇、丙三醇或正丁醇等；保湿剂的量一般为3-8％，优选为4-6％。杀菌剂为本领域常规的杀菌剂，包括1，1，2-苯并异噻唑啉-3-酮、苯并咪唑氨基甲酸甲酯、2，4，5，6-甲氯间苯二腈、苯并异噻唑啉酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑和2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮等，优选1，1，2-苯并异噻唑啉-3-酮；杀菌剂的量一般为0.01-0.3％，优选为0.1-0.15％。消泡剂为本领域常用的消泡剂，包括聚三正丁基磷酸酯、甲基三乙氧基硅烷、甲基聚硅氧烷或二甲基聚硅氧烷、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚和聚氧乙烯壬基苯醚等，优选聚三正丁基磷酸酯；消泡剂的量一般为0.01-0.5％，优选为0.2-0.5％。

可用于本发明的稳定剂是纤维素醚，可用的纤维素醚包括羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素和丙基羟乙基纤维素。在本发明中特别有用的稳定剂为羟乙基纤维素和乙基羟乙基纤维素。稳定剂的量一般为0.1-2％，优选为0.5-1％。

在本发明的一个优选实施方案中，提供了一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，以所述色浆的总重量计，其包括：

纳米TiO₂粉末                           0.5～6％

酞菁蓝                                  35～50％

丁二酰亚胺                              2～8％

2-氨基-2-甲基-1-丙醇                    0.5～2％

1，2-丙二醇                             3～8％

1，1，2-苯并噻唑啉-3-酮                 0.05～0.3％

三正丁基磷酸酯                          0.01～0.5％

羟乙基纤维素                            0.1～2％

去离子水                                30～50％。

在本发明的另一个优选实施方案中，提供了一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，其包括：

纳米TiO₂粉末                           2～3.5％

酞菁蓝                                  43～47％

丁二酰亚胺                              3.5～5.5％

2-氨基-2-甲基-1-丙醇                    1.2～1.3％

1，2-丙二醇                              4～6％

1，1，2-苯并噻唑啉-3-酮                  0.1～0.15％

三正丁基磷酸酯                           0.2～0.5％

羟乙基纤维素                             0.5～1％

去离子水                                 38～42％。

在本发明的优选实施方案中，所得的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆的性能如下：

粒径	＜3μm
		粘度	2200mPa·s
PH值	8.5
		状态	粘稠浆体

根据本发明，提供了一种生产本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆的方法，该方法包括：

将稳定剂加入去离子水中，搅拌混合制成预溶液；

将分散剂、保湿剂、杀菌剂、消泡剂加入预溶液中，搅拌5-30分钟使它们混合均匀；

加入纳米TiO₂和酞菁蓝粉末，搅拌20-90分钟；

将上述混合料浆组分加入研磨机中研磨5-15小时，直至形成均匀的流动性良好的浆状物；

加入适量pH调节剂将浆状物pH值控制在7-10之间，制成本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆。

在本发明中，所采用的搅拌可通过本领域公知的搅拌机进行，其主要是使混合物分散剂、保湿剂、杀菌剂、消泡剂、稳定剂与去离子水混合均匀。

加入二氧化钛粉体和颜料粉未后，搅拌20-90分钟。其目的是将纳米级二氧化钛均匀分布于溶液中，形成均匀稳定的浆液。

本发明的研磨步骤中，所用设备是领域公知的，包括研磨机，砂磨机和球磨机等。

本发明的关键在于将纳米粒子分散成均匀，稳定的浆液。为实现此目的，必须恰当控制如下条件：分散剂的种类，分散剂的用量、纳米粉的用量、PH调节剂的用量、稳定剂的用量和水的量。

可用于本发明的pH值调节剂包括AMP-95、氢氧化钠、氢氧化钾和氨水，优选AMP-95。

在本发明的实施中，所使用的纳米二氧化钛粉体是市售的，其主要技术指标为纯度≥99.9％、平均粒径10nm、比表面积640m²/g、物相非晶。本发明所用的颜料可以无机颜料和有机颜料，包括酞菁蓝颜料黄、颜料绿、钛白、络黄和红丹等。可用于本发明的分散剂包括润湿分散剂和多功能分散剂的混合物，其包括丁二酰亚胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二[焦磷酸二烷氧基酯]-2-羟基丙酸钛、二聚异丁烯顺丁烯二酸钠盐、二(亚磷酸二月桂酸酯)络四辛氧基钛、β-烷氧乙羧基二(焦磷酸二辛酯)钛等或它们的混合物，优选的分散剂为丁二酰亚胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇的混合物。以本发明色浆的总重量计，分散剂的量一般为2.5-10％，其中润湿分散剂的量为2-8％，优选为3.5-5.5％，多功能分散剂的量为0.5-2％，优选为1.2-1.3％。

可用于本发明的保湿剂为醇类物质，如1，2-丙二醇、乙二醇、丙三醇或正丁醇等；保湿剂的量一般为3-8％，优选为4-6％。杀菌剂为本领域常规的杀菌剂，包括1，1，2-苯并异噻唑啉-3-酮、苯并咪唑氨基甲酸甲酯、2，4，5，6-甲氯间苯二腈、苯并异噻唑啉酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑和2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮等，优选1，1，2-苯并异噻唑啉-3-酮；杀菌剂的量一般为0.01-0.3％，优选为0.1-0.15％。消泡剂为本领域常用的消泡剂，包括聚三正丁基磷酸酯、甲基三乙氧基硅烷、甲基聚硅氧烷或二甲基聚硅氧烷、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚和聚氧乙烯壬基苯醚等，优选聚三正丁基磷酸酯；消泡剂的量一般为0.01-0.5％，优选为0.2-0.5％。

可用于本发明的稳定剂是纤维素醚，可用的纤维素醚包括羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素和丙基羟乙基纤维素。在本发明中特别有用的稳定剂为羟乙基纤维素和乙基羟乙基纤维素。稳定剂的量一般为0.1-2％，优选为0.5-1％。

根据本发明，还提供了一种包含本发明水性建筑外墙涂料用耐老化色浆的涂料。本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆为水性浆体，在涂料生产的调色过程中添加，且与常见的乳胶及水溶性树脂有很好的相容性。

把制备好的本发明的耐老化色浆加入纯丙涂料经人工老化实验，耐老化色浆与同配方未加纳米材料同工艺生产的色浆的实验测得色差ΔE对比如下表2。实验采用本领域常规的方法。老化实验表明，耐老化色浆的耐老化性能十分优异。

                               表2抗老化色浆的老化性能

人工老化时间		250h	500h	750h	1000h
						ΔE	添加纳米材料的色浆	0.26-0.38	0.40-0.49	0.72-0.85	1.0-1.13
未添加纳米材料的色浆	0.52-0.72	1.06-1.21	2.27-2.61	3.80-4.54

本发明涂料中加入水性建筑外墙涂料用耐老化色浆的基本用量按熟知涂料技术的人所采用的量，并可获得满意的贮存期、外观、粘度等性能。

本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆是一种使用时对环境友好的并能与各种水性涂料如苯丙水性涂料、纯丙水性涂料、硅丙水性涂料、乙丙水性涂料及常见的乳胶及水溶性树脂有良好相容性的水性色浆。

实施例

实施例1

按下列重量％配料：

纳米TiO₂粉末                              2.5

酞菁蓝                                     45.0

丁二酰亚胺                                 4.7

2-氨基-2-甲基-1-丙醇                       1.2

1，2-丙二醇                                    5.2

1，1，2-苯并噻唑啉-3-酮                        0.1

三正丁基磷酸酯                                 0.4

羟乙基纤维素                                   0.8

去离子水                                       40.1

将0.8％的羟乙基纤维素与40.1％的去离子水经低速搅拌混合直至形成均匀粘稠溶液，加入4.7％的丁二酰亚胺、1.2％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇、5.2％的1，2-丙二醇、0.1％的1，1，2-苯并噻唑啉-3-酮、0.4％的三正丁基磷酸酯。搅拌5分钟使它们混合均匀，然后加入纳米TiO₂粉末，酞菁蓝颜料粉末，搅拌30分钟，最后将混合料浆组分加入球磨机中球磨6-8h，直至形成均匀的流动性良好的浆状物，加入适量AMP-95将浆状物PH值控制在8-9之间，制成本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆。

实施例2

按下列重量％配料：

纳米TiO₂粉末                                  6

颜料黄                                         35.0

丁二酰亚胺                                     8

2-氨基-2-甲-1-丙醇                             0.5

丙三醇                                         3

1，1，2-苯并噻唑啉-3-酮                        0.3

三正丁基磷酸酯                                 0.5

乙基羟乙基纤维素                               0.1

去离子水                                       46.6

将乙基羟乙基纤维素与去离子水经低速搅拌混合直至形成均匀粘稠溶液，加入丁二酰亚胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、丙三醇、1，1，2-苯并噻唑啉-3-酮、三正丁基磷酸酯。搅拌5分钟使它们混合均匀，然后加入纳米TiO₂粉末，酞菁蓝颜料粉末，搅拌30分钟，最后将混合料浆组分加入球磨机中球磨5-7h，直至形成均匀的流动性良好的浆状物，加入适量AMP-95将浆状物PH值控制在7-8之间，制成本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆。

实施例3

按下列重量％配料：

纳米TiO₂粉末                                0.5

钛白                                         50.0

丁二酰亚胺                                   2

2-氨基-2-甲基-1-丙醇                         2

乙二醇                                       8

1，1，2-苯并噻唑啉-3-酮                      0.05

三正丁基磷酸酯                               0.01

甲基羟乙基纤维素                             2

去离子水                                     35.5

将甲基羟乙基纤维素与去离子水经低速搅拌混合直至形成均匀粘稠溶液，加入丁二酰亚胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、乙二醇、1，1，2-苯并噻唑啉-3-酮、三正丁基磷酸酯。搅拌30分钟使它们混合均匀，然后加入纳米TiO₂粉末，酞菁蓝颜料粉末，搅拌90分钟，最后将混合料浆组分加入球磨机中球磨13-15h，直至形成均匀的流动性良好的浆状物，加入适量AMP-95将浆状物PH值控制在9-10之间，制成本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆。

Claims (10)

1、一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，其特征在于：以所述色浆的总重量计，其包括：

纳米级二氧化钛粉体                    0.5-6％

颜料                                  35-50％

分散剂                                2.5-10％；

保湿剂                                3-8％；

杀菌剂                                0.05-0.3％；

消泡剂                                0.01-0.5％；

稳定剂                                0.1-2％；

去离子水                              余量。

2、如权利要求1所述的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，其特征在于所述颜料包括酞菁蓝、颜料黄、颜料绿、钛白、络黄和红丹。

3、如权利要求1所述的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，其特征在于所述分散剂是包括丁二酰亚胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二[焦磷酸二烷氧基酯]-2-羟基丙酸钛、二聚异丁烯顺丁烯二酸钠盐、二(亚磷酸二月桂酸酯)络四辛氧基钛、β-烷氧乙羧基二(焦磷酸二辛酯)钛等或它们的混合物。

4、如权利要求1所述的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，其特征在于所述保湿剂是醇类物质。

5、如权利要求1所述的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，其特征在于所述杀菌剂包括1，1，2-苯并异噻唑啉-3-酮、苯并咪唑氨基甲酸甲酯、2，4，5，6-甲氯间苯二腈、苯并异噻唑啉酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑或2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮。

6、如权利要求1所述的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，其特征在于所述消泡剂包括包括聚三正丁基磷酸酯、甲基三乙氧基硅烷、甲基聚硅氧烷或二甲基聚硅氧烷、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚和聚氧乙烯壬基苯醚。

7、如权利要求1所述的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，其特征在于所述稳定剂是纤维素醚。

8、如权利要求1-7任一项所述的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆，其特征在于所述色浆还包含pH调节剂。

9、一种水性建筑外墙涂料用耐老化色浆的制备方法，其包括下述步骤：

将稳定剂加入加入去离子水中，搅拌混合制成预溶液；

将分散剂、保湿剂、杀菌剂、消泡剂加入预溶液中，搅拌5-30分钟使它们混合均匀；

加入纳米TiO₂和酞菁蓝粉末，搅拌20-90分钟；

将上述混合料浆组分加入研磨机中研磨5-15小时，直至形成均匀的流动性良好的浆状物；

加入适量pH调节剂将浆状物pH值控制在7-10之间，制成本发明的水性建筑外墙涂料用耐老化色浆。

10、如权利要求10所述的方法，其特征在于所述pH调节剂包括AMP-95、氢氧化钠、氢氧化钾和氨水。