專利名稱：水性抗裂乳膠涂料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑涂料及其制備方法，尤其是一種水性抗裂乳膠涂料及其制備方法。具體地講，本發明特別涉及一種包括納米ZnO和納米CaCO3超細微粉的水性抗裂乳膠涂料及其制備方法。
背景技術：
建筑涂料是涂料生產量最大的一種。在世界發達國家和地區，外墻涂料在外墻裝飾材料中所占比例為45-80％，內墻涂料在內墻裝飾材料中所占比例為50-65％，而我國外墻涂料只占外墻裝飾材料的8％左右。最近北京、大連、上海等城市相繼出臺了一系列限制使用瓷磚、馬賽克、玻璃幕墻等材料作為高層建筑外墻裝飾材料以及在城市主要街道兩旁建筑物外墻需定期清洗美容，這些強制性政府法規很快會推廣到全國許多大中城市，這給外墻涂料提供了廣闊的發展空間。然而實際情況是，我國外墻涂料使用并不多、推廣普及工作作得差，導致這種情況的原因是一是人們的愛好及審美導致了外墻裝飾涂料大量使用瓷磚、馬賽克、玻璃幕墻及石材；二是外墻涂料存在有較大的質量缺陷，如外墻的褪色變色、失光、粉化、龜裂、不耐污染等。
建筑涂料直接關系到人類的健康和生存環境，代表著人民生活水平，未來建筑涂料的發展必須有利于人類的健康和環境的保護(1)環境保護的要求使建筑涂料向低VOC方向發展，一是發展高固體份涂料，二是發展水性涂料，三是發展粉末涂料。(2)建筑涂料向功能復合方向發展(3)建筑涂料向高性能高檔次方向發展。
納米材料是指在三維空間中至少有一維處于1-100nm尺度范圍或由它們作為基本單元構成的具有特殊物理化學性質的材料。納米材料具有量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應，因而展現出許多特殊的性能，在催化、濾光、光吸收、醫藥、磁介質及新材料等方面具有廣闊的應用前景。聚合物基無機納米復合材料是一種集有機物組分和無機納米組分于一體的新型功能高分子材料，這種材料兼具有無機材料和有機材料的特點，同時也能體現出單一組分所不具備的一些優良性能，作為一種新型建材，納米復合材料在宇宙、電子、冶金、化學、結構材料、醫學及生物等領域展示了廣闊的應用前景，并成為世界各國研究開發的熱點。
聚合物基納米復合材料具有優異的力學性能，在較低的納米材料含量時，復合材料的力學性能較之于基體(聚合物)有顯著提高，研究表明在尼龍6/粘土復合體系中當粘土含量僅為4.2％(體積)時，其抗拉伸強度已比純尼龍6提高50％。EVA/納米SiO2復合材料中，對14nm SiO2填充EVA體系，當SiO2的體積填充系數V5＜15％時，復合材料的拉伸強度大于純EVA的拉伸強度，在Vf＝4％時復合材料的拉伸強度最高，約為基體的2倍。用納米Al2O3增強聚苯乙烯的研究中發現，當Al2O3粒徑小于0.5μm后，Al2O3的加入可使PS的韌性提高，且顆粒越小，的對PS的增強、增韌效果越好，在Al2O3的體積含量約為15％時，復合材料的拉伸、沖擊強度最高，分別是純PS的4倍和3倍，其增強、增韌效果是十分驚人的。
目前大多數建筑涂料在長時間應用后，都存在涂層開裂現象。主要原因是建筑墻體的水泥基材在施工中留下表面裂縫、孔隙等缺陷，而這些缺陷會造成附著在表面的涂料產生裂縫，不僅影響美觀，也會造成房屋滲漏水。目前較有效的方法是采用抗裂功能涂料。這種涂料成膜后，由于具有一定彈性功能，可隨裂縫運動伸縮，很好的防止涂膜開裂，使建筑外墻具有優異的防水性能。
發明內容
本發明的目的是提供一種水性抗裂建筑乳膠涂料，該乳膠涂料具有良好的彈性功能，可隨建筑物墻體裂縫運動伸縮，很好地防止涂料涂膜開裂，使建筑物外墻具有優異的防水性能。
本發明的另一個目的是提供一種含有納米材料的水性抗裂建筑乳膠涂料，由于納米材料的加入，使材料的性能得到明顯改善，例如其抗裂性能大幅度地提高，同時抗老化性能、附著力和耐擦洗能力也大大提高。
本發明的另一個目的是提供一種生產水性抗裂建筑乳膠涂料的方法，用該方法能夠生產出本發明的水性抗裂建筑乳膠涂料。
在本發明的一個方面，提供了一種水性抗裂建筑乳膠涂料，其包括納米級CaCO3和納米級ZnO超細微粉的水性漿體、顏料、填料、殺菌劑、潤濕分散劑、PH調節劑、保濕劑、成膜助劑、增稠劑、消泡劑、水及乳膠，其中CaCO3和ZnO的粒度為20-50納米。
根據本發明，提供了一種水性抗裂乳膠涂料，按重量份計，其包括水 180-270潤濕劑 1.0-3.0乙二醇 13-25分散劑 7-13殺菌劑 1.0-2.0消泡劑 1.0-3.0成膜助劑 9.9-20顏料 170-230高嶺土(1000目) 30-50硅灰石粉(1250目) 40-80重質碳酸鈣(1000目) 45-92納米CaO3和納米ZnO混合漿 5-50純丙烯酸酯乳液(50％固含量) 170--350消泡劑 1.0-3.0羥乙基纖維素(2％水溶液) 50-150增稠劑 3.5-9.5pH調節劑 適量在本發明的一個優選實施方案中，提供了一種水性抗裂乳膠涂料，按重量份計，其包括水 200-240潤濕劑 1.8-2.3乙二醇 16-21
分散劑 8.9-11.1殺菌劑 1.0-2.0消泡劑 1.0-3.0成膜助劑 13-17金紅石型鈦白粉 180-220高嶺土(1000目) 30-50硅灰石粉(1250目) 50-70重質碳酸鈣(1000) 58-78納米CaO3和納米ZnO混合漿 5-30純丙烯酸酯乳液(50％固含量) 260-340消泡劑 1.0-3.0羥乙基纖維素(2％水溶液)75-125增稠劑 5-8pH調節劑 適量本發明的水性抗裂乳膠涂料，其性能為粘度1.2-1.8萬厘泊pH值8-10固含量 50-56％粒徑≤15μm本發明所用的潤濕劑包括C9H19C6H4(C2H4O)10H、磷酸三鈉或六偏磷酸鈉。乙二醇作為輔助性成膜助劑，可用于本發明的分散劑包括焦磷酸鈉、丁二酰亞胺、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-羥基丙酸鈦、二聚異丁烯順丁烯二酸鈉鹽、二(亞磷酸二月桂酸酯)絡四辛氧基鈦、β-烷氧乙羧基二(焦磷酸二辛酯)鈦等或它們的混合物，優選的分散劑為焦磷酸鈉、丁二酰亞胺或其混合物。
用于本發明的殺菌劑為本領域常規的殺菌劑，包括1，1，2-苯并異噻唑啉-3-酮、苯并咪唑氨基甲酸甲酯、2，4，5，6-甲氯間苯二腈、苯并異噻唑啉酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、2-正辛基-4-異噻唑啉-3-酮或5，6-二氯苯并噁唑啉酮等，優選2-(4-噻唑基)苯并咪唑、苯并咪唑氨基甲酸甲酯、5，6-二氯苯并噁唑啉酮；消泡劑可以是聚甲基三乙基硅烷、磷酸三丁酯、硬脂酸鈣、二甲基硅油、2-乙基己醇，優選二甲基硅油、2-乙基己醇或其混合物；成膜助劑可以是2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-單異丁酸酯、丙二醇苯醚。本發明所用的顏料可以是無機顏料和有機顏料，包括酞菁藍顏料黃、顏料綠、金紅石型鈦白粉、絡黃和紅丹等，優選金紅石型鈦白粉。填料可以是高嶺土、硅灰石粉和重質碳酸鈣等；純丙烯酸乳液作為成膜物質，增稠劑需多種協調使用，它們可以是硅酸鋁鎂、氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物、改性聚丙烯酸鈉或其混合物，pH調節劑可以是NH3·H2O、10％NaOH水溶液，10％KOH水溶液等。
在本發明的另一方面，提供了一種生產本發明的水性抗裂乳膠涂料的方法。將納米級CaCO3和納米級ZnO超細微粉與水制成漿體，再和其它組分與水一起混合，即可得到本發明的水性抗裂乳膠涂料。
本發明的方法包括以下步驟1)把稱量好的水加入分散罐中，加入稱量好的潤濕劑、乙二醇、分散劑、殺菌劑、消泡劑，攪拌5-20分鐘使它們混合均勻；2)加入顏料、高嶺土、硅灰石粉、重質碳酸鈣、納米CaCO3和納米ZnO水性漿體，高速分散(分散盤邊緣線速度15-20米/秒)20-40分鐘；3)將高速分散過的混合漿料經泵打入調漆罐中，然后加入純丙烯酸乳液、消泡劑、羥乙基纖維素，攪拌15-20分鐘，加增稠劑調整粘度，加pH調節劑調整pH值，攪拌30分鐘，最終涂料粘度在1.2-1.8萬厘泊，pH值在8-10。
本發明的水性抗裂乳膠涂料，采用了納米材料漿體。納米材料漿體在涂料制備過程的打漿時添加，不改變原有涂料廠家的生產設備和生產工藝，并且納米材料漿體與一般乳膠涂料體系相容性良好，本發明中所使用的納米材料漿體主要包括納米CaCO3和納米ZnO，其主要性能，納米材料含量大于等于30％，平均粒徑20-50nm、粘度2000厘泊、pH值為8.5，該納米材料漿體可在市場上購買。本發明的水性抗裂乳膠涂料由于添加了納米材料而表現出許多優良性能，除抗裂性能大幅提高外，抗老化能力、附著力、耐擦洗能力等也大為提高、本發明的水性抗裂乳膠涂料在制備時選用了涂料技術人員熟知的助劑。
采用本發明方法所制備的水性抗裂乳膠涂料，經檢測，其性能為粘度1.2-1.8萬厘泊PH值8-10固含量 50-56％粒徑≤15μm將本發明的水性抗裂乳膠涂料按GB9755-2001合成樹脂乳液外墻涂料及其它標準方法作涂料的性能，其性能如下。
耐人工老化 600h，粉化1級，變色1級耐沾污性 反射系數下降≤15％耐水性 168h無異常耐堿性 96h無異常耐洗刷性 ≥20000次附著力(畫圈法) 2級硬度(擺桿法) 大于0.55短裂伸長率 ≥250％抗裂性 可彌補1.5mm裂縫硅灰石粉(1250目) 68重質碳酸鈣(1000) 60納米CaO3和納米ZnO混合漿 20純丙烯酸酯乳液(50％固含量) 260磷酸三丁酯 2羥乙基纖維素(2％水溶液)80氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物(40％水溶液) 4改性聚丙烯酸鈉(20％水溶液) 2.5NH3·H2O 適量制備工藝把244份水加入分散罐中，加入2.0份C9H19C6H4(C2H4O)10H、19份乙二醇、10份焦磷酸鈉、1.5份2-(4-噻唑基)苯并咪唑、2份二甲基硅油、15份2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-單異丁酸酯，攪拌5分鐘使它們混合均勻，然后加入220份金紅石型鈦白粉、40份高嶺土、68份硅灰石粉、60份重質碳酸鈣、20份納米CaCO3和納米ZnO混合漿料，高速分散30分鐘，將高速分散過的物料經泵打入調漆罐中，然后加入260份純丙烯酸乳液、2份磷酸三丁酯、80份羥乙基纖維素，攪拌20分鐘，加4份氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物、改性聚丙烯酸鈉調整粘度，加NH3·H2O調整PH值，攪拌30分鐘，最終涂料粘度在1.2-1.8萬厘泊，PH值在8-10。
高嶺土(1000目) 30硅灰石粉(1250目) 40重質碳酸鈣(1000) 45納米CaO3和納米ZnO混合漿 20純丙烯酸酯乳液(50％固含量) 170磷酸三丁酯 2羥乙基纖維素(2％水溶液) 50氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物(40％水溶液) 5.5改性聚丙烯酸鈉(20％水溶液) 110％氫氧化鈉水溶液 適量制備工藝把上述份數的水加入分散罐中，加入磷酸三鈉、乙二醇、丁二酰亞胺、5，6-二氯苯并噁唑啉酮、丙二醇苯醚、2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-單異丁酸酯，攪拌10分鐘使它們混合均勻，然后加入金紅石型鈦白粉、高嶺土、硅灰石粉、重質碳酸鈣、納米CaCO3和納米ZnO混合漿料，高速分散20分鐘，將高速分散過的物料經泵打入調漆罐中，然后加入純丙烯酸乳液、磷酸三丁酯、羥乙基纖維素，攪拌15分鐘，加氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物、改性聚丙烯酸鈉調整粘度，加氫氧化鈉調整PH值，攪拌30分鐘，最終涂料粘度在1.2-1.8萬厘泊，PH值在8-10。
高嶺土(1000目)50硅灰石粉(1250目) 80重質碳酸鈣(1000) 45納米CaO3和納米ZnO混合漿 50純丙烯酸酯乳液(50％固含量)350磷酸三丁酯3羥乙基纖維素(2％水溶液) 150氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物(40％水溶液)5.5改性聚丙烯酸鈉(20％水溶液)4NH3·H2O適量制備工藝把上述份數的水加入分散罐中，加入C9H19C6H4(C2H4O)10H、乙二醇、焦磷酸鈉、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、二甲基硅油、2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-單異丁酸酯，攪拌10分鐘使它們混合均勻，然后加入金紅石型鈦白粉、高嶺土、硅灰石粉、重質碳酸鈣、納米CaCO3和納米ZnO混合漿料，高速分散20分鐘，將高速分散過的物料經泵打入調漆罐中，然后加入純丙烯酸乳液、磷酸三丁酯、羥乙基纖維素，攪拌15分鐘，加氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物、改性聚丙烯酸鈉調整粘度，加氫氧化鈉調整PH值，攪拌30分鐘，最終涂料粘度在1.2-1.8萬厘泊，PH值在8-10。
權利要求
1.一種水性抗裂乳膠涂料，其包括CaCO3和ZnO的水性漿體、顏料、填料、殺菌劑、潤濕分散劑、PH調節劑、保濕劑、成膜助劑、增稠劑、消泡劑、水及乳膠，其特征在于所述CaCO3和ZnO為納米級超細微粉，粒度為30-50納米。
2.如權利要求1的涂料，其特征在于按重量份計，其包括水 180-270潤濕劑 1.0-3.0乙二醇 13-25分散劑 7-13殺菌劑 1.0-2.0消泡劑 1.0-3.0成膜助劑9.9-20金紅石型鈦白粉 170-230高嶺土(1000目) 30-50硅灰石粉(1250目)40-80重質碳酸鈣(1000)45-92納米CaO3和納米ZnO混合漿5-50純丙烯酸酯乳液(50％固含量) 170-350消泡劑 1.0-3.0羥乙基纖維素(2％水溶液) 50-150增稠劑 2.5-5.5增稠劑 1-4pH調節劑適量
3.如權利要求1的涂料，其特征在于所述CaCO3和ZnO的水性漿體中納米材料的含量大于或等于30％，pH值為8.5。
4.如權利要求1的涂料，其特征在于所述潤濕劑是C9H19C6H4(C2H4O)10H、磷酸三鈉或六偏磷酸鈉。
5.如權利要求1的涂料，其特征在于所述分散劑包括焦磷酸鈉、丁二酰亞胺、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-羥基丙酸鈦、二聚異丁烯順丁烯二酸鈉鹽、二(亞磷酸二月桂酸酯)絡四辛氧基鈦、β-烷氧乙羧基二(焦磷酸二辛酯)鈦或其混合物。
6.如權利要求1的涂料，其特征在于所述殺菌劑包括1，1，2-苯并異噻唑啉-3-酮、苯并咪唑氨基甲酸甲酯、2，4，5，6-甲氯間苯二腈、苯并異噻唑啉酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、2-正辛基-4-異噻唑啉-3-酮或5，6-二氯苯并噁唑啉酮。
7.如權利要求1的涂料，其特征在于所述消泡劑是聚甲基三乙基硅烷、磷酸三丁酯、硬脂酸鈣、二甲基硅油、2-乙基己醇或其混合物。
8.如權利要求1的涂料，其特征在于所述成膜助劑是2，2，4-三甲基戊二醇-1，3-單異丁酸酯、丙二醇苯醚或其混合物。
9.如權利要求1的涂料，其特征在于所述羥增稠劑是硅酸鋁鎂、氨基甲酸乙酯改性聚醚低聚物、改性聚丙烯酸鈉的兩種或三種的混合物。
10.如權利要求1的涂料，其特征在于所述pH調節劑可以是NH3·H2O、NaOH水溶液或KOH水溶液。
11.一種制備水性抗裂乳膠涂料的方法，其包括步驟1)把稱量好的水加入分散罐中，加入稱量好的潤濕劑、乙二醇、分散劑、殺菌劑、消泡劑、成膜助劑，攪拌5-20分鐘使它們混合均勻；2)加入顏料、高嶺土、硅灰石粉、重質碳酸鈣、納米CaCO3和納米ZnO水性漿體，以線速度15-20米/秒高速分散20-40分鐘；3)將高速分散過的混合漿料經泵打入調漆罐中，然后加入純丙烯酸乳液、消泡劑、羥乙基纖維素，攪拌15-20分鐘，加另外兩種增稠劑調整粘度，加pH調節劑調整pH值，攪拌30分鐘，最終涂料粘度在1.2-1.8萬厘泊，pH值在8-10。
全文摘要
本發明涉及一種水性抗裂乳膠涂料及其制備方法。具體地講，本發明特別涉及一種包括納米ZnO和納米CaCO
文檔編號C09D5/02GK1482188SQ0213207
公開日2004年3月17日 申請日期2002年9月10日 優先權日2002年9月10日
發明者咸才軍, 郭保文, 關延濤, 李勇峰, 苗海龍 申請人:北京首創納米科技有限公司