專利名稱：一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涂料及其制備方法，具體涉及一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
普通涂層的表面抗粘污性很弱，容易被灰塵、油跡等各種污染物污染。自然界的荷葉表面具有很好的降低表面張力能力，因而具有很好的憎水性，且出污泥而不染，許多荷葉效果涂層因此應(yīng)運(yùn)而生。
國(guó)內(nèi)外對(duì)納米復(fù)合涂料的大規(guī)模研究始于上世紀(jì)九十年代。美國(guó)TritonSystem公司生產(chǎn)的NanoTufCoatings透明超耐磨納米涂料，把有機(jī)改性的納米瓷土加入到聚合物樹(shù)脂基中，制得的涂料能大大提高涂層的硬度、耐劃傷性及耐磨性，此涂料比傳統(tǒng)的涂料耐磨性提高2-4倍。美國(guó)NSF最近也提出了一個(gè)有關(guān)項(xiàng)目申請(qǐng)，其要點(diǎn)是研究含無(wú)機(jī)納米化合物的涂料性能，通過(guò)精細(xì)分散控制，研究納米粒子與樹(shù)脂基體的界面相互作用，涂膜的阻透性、熱穩(wěn)定性、抗氧性、拉伸性和抗低溫性等，為進(jìn)一步研制用于飛機(jī)、太空及相關(guān)工業(yè)的高性能涂料提供依據(jù)，以大大降低維修費(fèi)用。
納米材料是指粒徑在1-100納米之間具有特殊物理化學(xué)性能的材料。
國(guó)際上對(duì)超疏水性涂層的研究始于上世紀(jì)50年代，到上世紀(jì)90年代末，隨著表面科學(xué)技術(shù)的發(fā)展尤其是表面研究技術(shù)手段的提高，人們對(duì)超疏水性涂層的研究?jī)A注了更大的關(guān)注，其誘人的潛在的應(yīng)用前景更激起人們更大的研究興趣，傾注了更大的精力和人力，大大促進(jìn)了該領(lǐng)域研究的發(fā)展，基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究都取得了巨大的成就。其中美國(guó)、德國(guó)、日本、澳大利亞都已經(jīng)開(kāi)展了此項(xiàng)研究。目前在疏水領(lǐng)域里，目前使用比較廣泛的產(chǎn)品主要有蠟類、有機(jī)硅和有機(jī)氟系列等等。市場(chǎng)上的荷葉效應(yīng)涂料都是采用這些類型產(chǎn)品，通過(guò)降低表面張力來(lái)實(shí)現(xiàn)疏水效果的，降低表面張力，實(shí)際就是提高涂層與水的接觸角，但是這種提高是有限的，最多能提高至120°左右，同時(shí)涂層與灰塵的接觸面積基本沒(méi)變，無(wú)法在到防沾污的效果，因此，荷葉效應(yīng)的結(jié)果是有限的，很難達(dá)到既保持涂膜干燥，又具有耐沾污的特點(diǎn)。目前，將納米材料與低表面能物質(zhì)結(jié)合起來(lái)提高疏水性和耐沾污防粘能力的研究并不多見(jiàn)。
現(xiàn)有技術(shù)中，澳大利亞專利AU9876545，公開(kāi)了一種納米復(fù)合涂料的制備方法，即一種可自由流動(dòng)的無(wú)機(jī)納米粒子與聚合物的懸浮液，通過(guò)倒入模具或基材表面形成一種有一定硬度的涂層。日本專利JP2005-82616是關(guān)于超斥水成膜組合物及其制備，該組合物含疏水細(xì)粒子、蠟和沸點(diǎn)高于蠟熔點(diǎn)的有機(jī)溶劑，將D-苧烯、巴西棕櫚蠟(熔點(diǎn)83℃)和AerosilR972的混合物噴涂于丙烯酸三聚氰胺板或汽車閥帽部分，形成的涂層涂覆和剝離均容易。李齊方等在《高分子材料科學(xué)與工程》2002年03期上的文章《聚氨酯/納米復(fù)合涂料的紅外特性及其力學(xué)性能的研究》中公布了選用三種填料(納米級(jí)氫氧化鎂、氧化鉻、ITO)對(duì)聚氨酯進(jìn)行共混改性，并討論了不同含量的填料與性能的關(guān)系，主要表現(xiàn)為該涂層耐擦洗次數(shù)和硬度增加。
從上述文獻(xiàn)分析可看出，疏水納米復(fù)合涂料國(guó)內(nèi)外均有文獻(xiàn)報(bào)道，但這些文獻(xiàn)雖然都涉及到了疏水納米復(fù)合涂料，都僅限于簡(jiǎn)單信息，沒(méi)有涉及詳細(xì)的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種納米復(fù)合罩面涂料及其制備方法，該納米復(fù)合罩面涂料及其制備方法將納米材料引入到罩面涂料中，從而實(shí)現(xiàn)提高涂層耐老化、耐擦洗、耐刮擦等性能，同時(shí)該涂料能夠使涂層粗糙度處于納米水平或接近納米水平，并且該涂料施工后形成的表面對(duì)水的接觸角可超過(guò)140°，從而使涂層具有超疏水和超耐沾污及防粘功能；同時(shí)，該涂料具有較好的透明性，噴涂于基材表面不影響基材原有的色彩和光澤。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制備納米復(fù)合罩面涂料的方法首先將含有納米材料的填料分散成穩(wěn)定的懸浮液，使顆粒保持良好的單分散狀態(tài)；然后將含有該納米材料的懸浮液加入到涂料體系中。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，包括以下組分及含量(重量百分比)(1)成膜物質(zhì)，含量為0.1％-20％；(2)防污成份，含量為1％-20％；(3)填料，含量為0.1％-20％；(4)稀釋劑，含量為20％-95％；(5)增稠劑，含量為0％-15％；(6)潤(rùn)濕和分散劑，含量為0％-5％。
其中，所述的成膜物質(zhì)是納米改性乳液、硅丙乳液、納米改性硅丙乳液或者有機(jī)硅樹(shù)脂。
所述的防污成份是具有官能團(tuán)的液態(tài)聚硅氧烷或者含氟聚醚；所述的填料是二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋅、三氧化二鋁、碳酸鈣中的一種或者其中任意幾種以任意比例進(jìn)行混合的混合物。
所述填料的粒徑為納米級(jí)(小于100納米)，或納米級(jí)(小于100納米)和亞微米級(jí)(100nm-1μm)的混合，或納米級(jí)(小于100納米)和亞微米級(jí)(100nm-1μm)、微米級(jí)(1μm-5μm)的混合。
所述的稀釋劑是水、溶劑油或醇類。
所述的增稠劑是膨潤(rùn)土、纖維素、改性聚醚、丙烯酸酯乳液、聚酯或聚氨酯。
所述的潤(rùn)濕和分散劑是含顏料親和基團(tuán)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，或含酸性基團(tuán)的嵌段共聚體的烷羥基銨鹽等。
更進(jìn)一步，所述的一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，包括以下組分及含量(1)成膜物質(zhì)，含量為0.1％-15％；(2)防污成份，含量為1％-15％；(3)填料，含量為0.1％-15％；(4)稀釋劑，含量為50％-90％；(5)增稠劑，含量為0％-8％；(6)潤(rùn)濕和分散劑，含量為0％-3％。
所述的一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，更優(yōu)的方案是該涂料包括以下組分及含量(1)成膜物質(zhì)，含量為0.1％-12％；(2)防污成份，含量為1％-12％；(3)填料，含量為0.1％-10％；(4)稀釋劑，含量為60％-85％；(5)增稠劑，含量為0％-5％；(6)潤(rùn)濕和分散劑，含量為0％-2％。
本發(fā)明所述的一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料的制備方法，步驟如下首先將本發(fā)明所述的納米復(fù)合罩面涂料所需的填料在較高的攪拌速度下加入到稀釋劑中，以使填料保持良好的分散狀態(tài)，必要時(shí)稀釋劑中預(yù)先加有潤(rùn)濕分散劑；經(jīng)過(guò)高速分散后將懸浮液砂磨；再將砂磨后的懸浮液與成膜成份、防污成份混合，必要時(shí)加入增稠劑調(diào)整粘度；所述的較高的攪拌速度是指攪拌器的轉(zhuǎn)速高于3000r/min。
進(jìn)一步，最好是先將所述填料分散成高濃度的懸浮液后再與其它組分混合。
更進(jìn)一步，在將所述填料分散成高濃度的懸浮液過(guò)程中還含有研磨過(guò)程。所述的研磨過(guò)程是指顏料預(yù)混漿通過(guò)砂磨機(jī)或其它高效研磨設(shè)備時(shí)，在葉輪激烈攪拌情況下經(jīng)過(guò)珠狀研磨介質(zhì)與筒壁之間的強(qiáng)力剪切作用得以很好分散的過(guò)程。
使用本發(fā)明所述的納米復(fù)合罩面涂料時(shí)，需要將該納米復(fù)合罩面涂料采用噴涂、滾涂等多種方法施工，以使其均勻分布在各種材質(zhì)上，施工方法中噴涂方法較優(yōu)。
本發(fā)明的效果在于采用本發(fā)明所述的納米復(fù)合罩面涂料及其制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)涂料耐老化、耐擦洗、耐刮擦等性能，同時(shí)該納米復(fù)合罩面涂料由于引入了低表面能物質(zhì)，同時(shí)由于納米材料預(yù)先進(jìn)行了較好的分散保持在單分散狀態(tài)，使表面具有了納米級(jí)粗糙度，從而使涂層具有疏水和耐污防粘功能；并且該涂料具有較好的透明性，噴涂于基材表面不影響基材原有的色彩和光澤，能夠保持基材原有的美觀。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述實(shí)施例1按照下列比例配制本發(fā)明所述的一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料(重量百分比)A.硅丙乳液 10％B.含氟聚醚 7％C.納米碳酸鈣 5％D.納米二氧化鈦 5％E.水 70％
F.增稠劑NLS200 1.5％G.潤(rùn)濕分散劑SK5040 1.5％。
制備方法首先將納米碳酸鈣30克、納米二氧化鈦30克在4000r/min轉(zhuǎn)速較高的攪拌速度下加入裝到有131克水的不銹鋼容器中，水中預(yù)先加有少量水中預(yù)先分散有9克的聚羧酸鹽類潤(rùn)濕分散劑SK5040。經(jīng)過(guò)高速分散1小時(shí)后形成固含量為30％的納米膠體，將納米膠體進(jìn)一步砂磨1小時(shí)。再將砂磨后的納米膠體與硅丙乳液60克、氟表面活性劑含氟聚醚42克、289克水等組分中在1000r/min速度下攪拌混合分散，混合均勻后使用9克增稠劑NLS200增稠至粘度1000-2000mPaS。
所述增稠劑NLS200為赫克力士公司改性聚醚產(chǎn)品，所述潤(rùn)濕分散劑SK5040為首創(chuàng)納米公司生產(chǎn)聚羧酸鹽類產(chǎn)品。
將本發(fā)明所述的該納米復(fù)合罩面涂料噴涂于普通涂膜時(shí)接觸角可達(dá)140度，并且該涂料形成的涂抹具有較好的耐污性和防粘性，可用于市容改造，樓宇翻新，或用于高檔建筑表面，能夠起到持久的疏水、耐污和防沾效果。
實(shí)施例2一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，各個(gè)成份及含量如下(重量百分比)A.納米改性硅丙乳液 5％B.具有官能團(tuán)的液態(tài)聚硅氧烷 10％C.微米級(jí)氧化鋅 2％D.亞微米氧化鋁 3％E.乙醇 5％F.水 75％制備方法其他步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于本實(shí)施例中，將所述填料分散成高濃度的懸浮液時(shí)沒(méi)有加入潤(rùn)濕分散劑。在將所述填料分散成高濃度的懸浮液過(guò)程中不含有研磨過(guò)程，且沒(méi)有加入增稠劑。
實(shí)施例3一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，各個(gè)成份及含量如下(重量百分比)A.有機(jī)硅樹(shù)酯 5％B.含氟聚醚 10％C.納米二氧化硅 6％
E.潤(rùn)濕分散劑BYK180 1％F.200#溶劑油 78％制備方法首先將納米二氧化硅60克在4000r/min轉(zhuǎn)速較高的攪拌速度下加入裝到有110克200#溶劑油的不銹鋼容器中，水中預(yù)先分散有6克的潤(rùn)濕分散劑BYK180。經(jīng)過(guò)高速分散1小時(shí)后形成固含量為30％的納米膠體，將納米膠體進(jìn)一步砂磨1小時(shí)。再將砂磨后的納米膠體與有機(jī)硅樹(shù)酯50克、含氟聚醚50克、670克200#溶劑油等組分中在1000r/min速度下攪拌混合分散30分鐘。
所述200#溶劑油為化工原料市場(chǎng)常規(guī)商品，BYK180為畢克公司產(chǎn)品含酸性基團(tuán)的共聚體的烷羥基銨鹽潤(rùn)濕分散劑。
實(shí)施例4一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，各個(gè)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.納米碳酸鈣 1％D.納米二氧化鈦 1％E.納米氧化硅 1％F.水 84％G.潤(rùn)濕分散劑SK5040 1％H.增稠劑SCT275 2％制備方法其他步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于所用原料種類及配比不同。
所述增稠劑SCT275為羅門哈斯公司非離子締合型增稠劑。
實(shí)施例5一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，各個(gè)成份及含量如下(重量百分比)A.納米改性硅丙乳液 20％B.具有官能團(tuán)的液態(tài)聚硅氧烷 15％C.微米級(jí)碳酸鈣 3％D.微米級(jí)二氧化鈦 8％E.納米氧化硅 1％F.水 47％
G.潤(rùn)濕分散劑SK5040 1％H.增稠劑250HBR(2％) 5％制備方法其他步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于所用原料種類配比不同，且250HBR要預(yù)先分散成2％的水分散體。
增稠劑250HBR為赫克力士公司纖維素產(chǎn)品。
本發(fā)明以本文舉例說(shuō)明的實(shí)施例加以說(shuō)明，本發(fā)明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式實(shí)施，而不偏離本發(fā)明的要旨或本質(zhì)特征。因此，描述的實(shí)施方式從任何方面來(lái)看均應(yīng)視為說(shuō)明性而非限定性的。本發(fā)明的范圍應(yīng)由附加的權(quán)利要求說(shuō)明，任何與權(quán)利要求的意圖和范圍等效的變化也應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，以重量百分比計(jì)，包括以下組分及含量(1)成膜物質(zhì)，含量為0.1％-20％；(2)防污成份，含量為1％-20％；(3)填料，含量為0.1％-20％；(4)稀釋劑，含量為20％-95％；(5)增稠劑，含量為0％-15％；(6)潤(rùn)濕和分散劑，含量為0％-5％。
2.如權(quán)利要求1所述的一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，其特征是所述的成膜物質(zhì)是納米改性乳液、硅丙乳液、納米改性硅丙乳液或者有機(jī)硅樹(shù)脂。
3.如權(quán)利要求1所述的一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，其特征是所述的防污成份是具有官能團(tuán)的液態(tài)聚硅氧烷或者含氟聚醚。
4.如權(quán)利要求1所述的一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，其特征是所述的填料是二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋅、三氧化二鋁、碳酸鈣中的一種或者其中任意幾種以任意比例進(jìn)行混合的混合物。
5.如權(quán)利要求4所述的一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，其特征是所述填料的粒徑小于100納米。
6.如權(quán)利要求4所述的一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，其特征是所述填料是由粒徑小于100納米的填料和粒徑處于100nm-1μm之間的填料混合而成的，或是由粒徑小于100納米的填料和粒徑處于100nm-1μm之間的填料、粒徑處于1μm-5μm之間的填料混合而成的。
7.如權(quán)利要求1所述的一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，其特征是所述的稀釋劑是水、溶劑油或醇類。
8.如權(quán)利要求1所述的一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，其特征是所述的增稠劑是膨潤(rùn)土、纖維素、改性聚醚、丙烯酸酯乳液、聚酯或聚氨酯。
9.如權(quán)利要求1所述的一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，其特征是所述的潤(rùn)濕和分散劑是含顏料親和基團(tuán)的高分子量共聚物、聚羧酸鹽、丙烯酸酯共聚物、高分子量嵌段共聚物溶液、或含酸性基團(tuán)的嵌段共聚體的烷羥基銨鹽。
10.如權(quán)利要求1所述的一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，其特征是以重量百分比計(jì)，該涂料各個(gè)組分及含量如下(1)成膜物質(zhì)，含量為0.1％-15％；(2)防污成份，含量為1％-15％；(3)填料，含量為0.1％-15％；(4)稀釋劑，含量為50％-90％；(5)增稠劑，含量為0％-8％；(6)潤(rùn)濕和分散劑，含量為0％-3％。
11.如權(quán)利要求10所述的一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料，其特征是以重量百分比計(jì)，該涂料各個(gè)組分及含量如下(1)成膜物質(zhì)，含量為0.1％-12％；(2)防污成份，含量為1％-12％；(3)填料，含量為0.1％-10％；(4)稀釋劑，含量為60％-85％；(5)增稠劑，含量為0％-5％；(6)潤(rùn)濕和分散劑，含量為0％-2％。
12.一種制備如權(quán)利要求1所述的疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料的方法，步驟如下首先將本發(fā)明所述的納米復(fù)合罩面涂料所需的填料在較高的攪拌速度下加入到稀釋劑中，以使填料保持良好的分散狀態(tài)，必要時(shí)稀釋劑中預(yù)先加有潤(rùn)濕分散助劑；經(jīng)過(guò)高速分散后將懸浮液砂磨；再將砂磨后的懸浮液與成膜成份、防污成份混合，必要時(shí)加入增稠劑調(diào)整粘度；所述的較高的攪拌速度是指攪拌器的轉(zhuǎn)速高于3000r/min。
13.如權(quán)利要求11所述的一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料的制備方法，其特征是先將所述填料分散成高濃度的懸浮液后再與其它組分混合。
14.如權(quán)利要求11所述的一種疏水、耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料的制備方法，其特征是在將所述填料分散成高濃度的懸浮液過(guò)程中還含有研磨過(guò)程，所述的研磨過(guò)程是指顏料預(yù)混漿通過(guò)砂磨機(jī)或其它高效研磨設(shè)備時(shí)，在葉輪激烈攪拌情況下經(jīng)過(guò)珠狀研磨介質(zhì)與筒壁之間的強(qiáng)力剪切作用得以很好分散的過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明屬于涂料及其制備方法領(lǐng)域，具體涉及一種疏水耐污和防粘的納米復(fù)合罩面涂料及其制備方法。該罩面涂料中含有成膜物質(zhì)、防污成分、填料及稀釋劑，并且必要時(shí)還含有潤(rùn)濕和分散劑和增稠劑。本發(fā)明所述的罩面涂料具有非常明顯的疏水性，耐沾污性，同時(shí)具有防粘功能。并且由于具有較強(qiáng)的耐候性，所以非常適于高檔建筑物表面防污及市政公共設(shè)施的外觀保護(hù)。
文檔編號(hào)C09D5/16GK1861714SQ20061008372
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者邢穎, 郭保文, 咸才軍 申請(qǐng)人:北京首創(chuàng)納米科技有限公司