CN111876041A - 一种建筑外墙用抗菌防水涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑外墙用抗菌防水涂料，由如下重量份原料制成：硅丙乳液50‑60份、全氟硅氧烷树脂8‑10份、改性填料3‑4份、羟乙基纤维素2‑3份、氯化石蜡0.5‑0.7份、三钼酸铵0.3‑0.4份、助剂0.6‑1份；本发明还公开了该抗菌防水涂料的制备方法。本发明通过采用硅丙溶液和全氟硅氧烷树脂作为涂料的成膜物质，使涂料的成膜基体具备良好的防水、自清洁性能；通过在涂料中加入改性填料，填料经过改性后，不仅能够均匀分散于涂料中，发挥稳定的增强和抗菌性能，而且能够迁移至涂层表面，提高涂层的致密性和疏水性，从而进一步提高涂料的防水、防腐蚀性能；得到一种具有抗菌和防水功能的涂料，适用于建筑外墙的涂覆。
Description
技术领域
本发明属于建筑涂料技术领域，具体地，涉及一种建筑外墙用抗菌防水涂料及其制备方法。
背景技术
近些年，随着房地产行业的迅猛发展，外墙涂料的需求量越来越大，人们对于建筑外观的要求也在不断的提升。不同地区环境条件差异较大，对于一些重工业、矿业发达的城市，由于大气中灰尘及其他悬浮物质较多，会使涂层失去原有的装饰效果。应用于外墙混凝土或外墙板的涂层暴露在大气环境中，要经过风吹、日晒、雨淋等气候的自然变化，会使涂层发生粉化、变色、剥落、污渍等现象而失去原有的装饰效果，从而影响建筑物外貌的美观。并且，外墙涂层很容易吸收空气中的水份导致材料表面的水份含量不断增加，湿度达到30％以上后，为藻类的生长繁殖提供适宜的环境，使得外墙滋生细菌，影响外墙涂层的美观和使用效果。
目前关于外墙板的涂料主要从乳液、填料、助剂的筛选及其相互分散、稳定的层面上来提高性能，专利号为CN03118029.9的中国发明专利公开了一种多功能纳米建筑外墙涂料及其制备方法，该建筑外墙涂料以纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化硅、绢云母、高岭土为主要功能性组分，制备得到多功能外墙涂料，一定程度上提高抗老化能力、耐洗刷能力、抗菌等多种性能。但是该申请中采用了较多无机纳米填料，无机纳米填料存在易于团聚、与涂料成膜物质相容性差的缺陷，因此，仍然具有很大的改进空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建筑外墙用抗菌防水涂料及其制备方法，通过采用硅丙溶液和全氟硅氧烷树脂作为涂料的成膜物质，硅丙乳液具有疏水、表面能低不易污染性，全氟硅氧烷树脂具有防污、防水等特性，使涂料的成膜基体具备良好的防水、自清洁性能；通过在涂料中加入改性填料，填料经过改性后，不仅能够均匀分散于涂料中，发挥稳定的增强和抗菌性能，而且能够迁移至涂层表面，提高涂层的致密性和疏水性，从而进一步提高涂料的防水、防腐蚀性能；得到一种具有抗菌和防水功能的涂料，适用于建筑外墙的涂覆，能够起到良好的抗菌防水效果，进而提高对建筑外墙的防护以及美观性能；此外，此种涂料制备方法工艺简单，成本低，适合大规模生产。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种建筑外墙用抗菌防水涂料，由如下重量份原料制成：硅丙乳液50-60份、全氟硅氧烷树脂8-10份、改性填料3-4份、羟乙基纤维素2-3份、氯化石蜡0.5-0.7份、三钼酸铵0.3-0.4份、助剂0.6-1份；
该抗菌防水涂料由如下步骤制成：
第一步、按照重量份数将硅丙乳液、全氟硅氧烷树脂、羟乙基纤维素和一半的助剂混合加入搅拌釜，在常温下，以350r/min搅拌速度搅拌20-30min，得到基料；
第二步、将氯化石蜡、三钼酸铵、改性填料和剩余的一半助剂一同加入至基料中，在常温下，以500r/min转速搅拌混合40-50min，再提高转速至2000r/min搅拌混合8-10min，得到抗菌防水涂料。
进一步地，所述助剂包括成膜助剂、分散剂、增稠剂和防霉剂，成膜助剂、消光剂、分散剂和防霉剂的质量比为10:8-9:10-12:3-4；成膜助剂为十二醇酯和二丙二醇丁醚的复配物，十二醇酯和二丙二醇丁醚的质量比为1:1；分散剂为疏水性改性羧酸钠盐、聚丙烯酸钠盐或铵盐中的一种或几种；增稠剂为硅藻土、钠基膨润土、聚氨酯、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的一种或者几种；防霉剂为异噻唑啉酮杀菌剂、五氯苯酚、四氯间苯二腈按照质量比10:3-4:2-3得到的复配物。
进一步地，所述改性填料由如下方法制备：
1)将纳米氧化锌、纳米二氧化钛、高岭土按照质量比1:1:2混合均匀后，按照固液比1g:10mL将混合料分散入正己烷中，先磁力搅拌30-40min，再超声10-15min，得到分散液；
2)将三丁基氯硅烷溶于正己烷中，形成质量分数为12％的改性液；
3)将分散液加热至58-60℃，加入改性液，于58-60℃下搅拌反应5-6h，抽滤，用正己烷和无水乙醇分别洗涤产物3-4次，最后放入60℃鼓风干燥箱中干燥22-24h，得到改性填料。
进一步地，步骤3)中分散液与改性液的体积比为10:8-9。
一种建筑外墙用抗菌防水涂料的制备方法，包括如下步骤：
第一步、按照重量份数将硅丙乳液、全氟硅氧烷树脂、羟乙基纤维素和一半的助剂混合加入搅拌釜，在常温下，以350r/min搅拌速度搅拌20-30min，得到基料；
第二步、将氯化石蜡、三钼酸铵、改性填料和剩余的一半助剂一同加入至基料中，在常温下，以500r/min转速搅拌混合40-50min，再提高转速至2000r/min搅拌混合8-10min，得到抗菌防水涂料。
本发明的有益效果：
本发明在涂料原料中加入了改性填料，改性填料是纳米二氧化钛、纳米氧化锌和高岭土经过改性制得的，三丁基氯硅烷分子上的-Cl基与填料(纳米氧化锌、纳米二氧化钛、高岭土)表面的-OH发生取代反应，使三丁基硅烷分子链接枝于填料表面，形成改性填料；通过三丁基氯硅烷改性后，一方面能够减少填料表面的-OH数量，使其表面成为疏水性，并且-OH数量的减少能够减弱氢键作用力，三丁基硅烷链具有较大的位阻作用，进而减弱填料粒子之间的团聚现象，并且，表面接枝的有机硅烷链与涂料成膜物质具有更高的相容性，能够促进填料在涂料中的均匀分散；另一方面，在填料粒子表面引入硅烷分子链，硅烷分子链具有一定的渗透和迁移性，能够迁移至涂层表面，堵塞涂层的孔隙，提高涂层的致密性和疏水性，进而提高涂料的防水性能，致密性的提高还能够提高涂层对腐蚀介质的阻挡能力，进而提高涂料的防腐抗菌性能；填料中含有纳米氧化锌和纳米二氧化钛，二者均为具有抗菌作用的无机纳米填料，经过改性处理后，能够均匀分散于涂料内，更好的发挥抑菌性能；此外，填料还具有一定的增强作用，能够增强涂层的力学强度；
本发明通过采用硅丙溶液和全氟硅氧烷树脂作为涂料的成膜物质，硅丙乳液具有疏水、表面能低不易污染性，全氟硅氧烷树脂具有防污、防水等特性，使涂料的成膜基体具备良好的防水、自清洁性能；通过在涂料中加入改性填料，填料经过改性后，不仅能够均匀分散于涂料中，发挥稳定的增强和抗菌性能，而且能够迁移至涂层表面，提高涂层的致密性和疏水性，从而进一步提高涂料的防水、防腐蚀性能；得到一种具有抗菌和防水功能的涂料，适用于建筑外墙的涂覆，能够起到良好的抗菌防水效果，进而提高对建筑外墙的防护以及美观性能；此外，此种涂料制备方法工艺简单，成本低，适合大规模生产。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种建筑外墙用抗菌防水涂料，由如下重量份原料制成：硅丙乳液50-60份、全氟硅氧烷树脂8-10份、改性填料3-4份、羟乙基纤维素2-3份、氯化石蜡0.5-0.7份、三钼酸铵0.3-0.4份、助剂0.6-1份；
助剂包括成膜助剂、分散剂、增稠剂和防霉剂，成膜助剂、消光剂、分散剂和防霉剂的质量比为10:8-9:10-12:3-4；
成膜助剂为十二醇酯和二丙二醇丁醚的复配物，十二醇酯和二丙二醇丁醚的质量比为1:1；分散剂为疏水性改性羧酸钠盐、聚丙烯酸钠盐或铵盐中的一种或几种；增稠剂为硅藻土、钠基膨润土、聚氨酯、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的一种或者几种；防霉剂为异噻唑啉酮杀菌剂、五氯苯酚、四氯间苯二腈按照质量比10:3-4:2-3得到的复配物，异噻唑啉酮杀菌剂具有良好的杀菌效果，五氯苯酚和四氯间苯二腈均为防霉剂，显示出优越的防霉效果；
改性填料由如下方法制备：
1)将纳米氧化锌、纳米二氧化钛、高岭土按照质量比1:1:2混合均匀后，按照固液比1g:10mL将混合料分散入正己烷中，先磁力搅拌30-40min，再超声10-15min，得到分散液；
2)将三丁基氯硅烷溶于正己烷中，形成质量分数为12％的改性液；
3)将分散液加热至58-60℃，加入改性液，于58-60℃下搅拌反应5-6h，抽滤，用正己烷和无水乙醇分别洗涤产物3-4次，最后放入60℃鼓风干燥箱中干燥22-24h，得到改性填料；
其中，分散液与改性液的体积比为10:8-9；
三丁基氯硅烷分子上的-Cl基与填料(纳米氧化锌、纳米二氧化钛、高岭土)表面的-OH发生取代反应，使三丁基硅烷分子链接枝于填料表面，形成改性填料；通过三丁基氯硅烷改性后，一方面能够减少填料表面的-OH数量，使其表面成为疏水性，并且-OH数量的减少能够减弱氢键作用力，三丁基硅烷链具有较大的位阻作用，进而减弱填料粒子之间的团聚现象，并且，表面接枝的有机硅烷链与涂料成膜物质具有更高的相容性，能够促进填料在涂料中的均匀分散；另一方面，在填料粒子表面引入硅烷分子链，硅烷分子链具有一定的渗透和迁移性，能够迁移至涂层表面，堵塞涂层的孔隙，提高涂层的致密性和疏水性，进而提高涂料的防水性能，致密性的提高还能够提高涂层对腐蚀介质的阻挡能力，进而提高涂料的防腐抗菌性能；
填料中含有纳米氧化锌和纳米二氧化钛，二者均为具有抗菌作用的无机纳米填料，经过改性处理后，能够均匀分散于涂料内，更好的发挥抑菌性能；此外，填料还具有一定的增强作用，能够增强涂层的力学强度；
该涂料的制备方法如下：
第一步、按照重量份数将硅丙乳液、全氟硅氧烷树脂、羟乙基纤维素和一半的助剂混合加入搅拌釜，在常温下，以350r/min搅拌速度搅拌20-30min，得到基料；
第二步、将氯化石蜡、三钼酸铵、改性填料和剩余的一半助剂一同加入至基料中，在常温下，以500r/min转速搅拌混合40-50min，再提高转速至2000r/min搅拌混合8-10min，得到抗菌防水涂料。
实施例1
一种建筑外墙用抗菌防水涂料，由如下重量份原料制成：硅丙乳液50份、全氟硅氧烷树脂8份、改性填料3份、羟乙基纤维素2份、氯化石蜡0.5份、三钼酸铵0.3份、助剂0.6份；
该抗菌防水涂料由如下步骤制成：
第一步、按照重量份数将硅丙乳液、全氟硅氧烷树脂、羟乙基纤维素和一半的助剂混合加入搅拌釜，在常温下，以350r/min搅拌速度搅拌20min，得到基料；
第二步、将氯化石蜡、三钼酸铵、改性填料和剩余的一半助剂一同加入至基料中，在常温下，以500r/min转速搅拌混合40min，再提高转速至2000r/min搅拌混合8min，得到抗菌防水涂料。
实施例2
一种建筑外墙用抗菌防水涂料，由如下重量份原料制成：硅丙乳液55份、全氟硅氧烷树脂9份、改性填料3.5份、羟乙基纤维素2.5份、氯化石蜡0.6份、三钼酸铵0.35份、助剂0.8份；
该抗菌防水涂料由如下步骤制成：
第一步、按照重量份数将硅丙乳液、全氟硅氧烷树脂、羟乙基纤维素和一半的助剂混合加入搅拌釜，在常温下，以350r/min搅拌速度搅拌25min，得到基料；
第二步、将氯化石蜡、三钼酸铵、改性填料和剩余的一半助剂一同加入至基料中，在常温下，以500r/min转速搅拌混合45min，再提高转速至2000r/min搅拌混合9min，得到抗菌防水涂料。
实施例3
一种建筑外墙用抗菌防水涂料，由如下重量份原料制成：硅丙乳液60份、全氟硅氧烷树脂10份、改性填料4份、羟乙基纤维素3份、氯化石蜡0.7份、三钼酸铵0.4份、助剂1份；
该抗菌防水涂料由如下步骤制成：
第一步、按照重量份数将硅丙乳液、全氟硅氧烷树脂、羟乙基纤维素和一半的助剂混合加入搅拌釜，在常温下，以350r/min搅拌速度搅拌30min，得到基料；
第二步、将氯化石蜡、三钼酸铵、改性填料和剩余的一半助剂一同加入至基料中，在常温下，以500r/min转速搅拌混合50min，再提高转速至2000r/min搅拌混合10min，得到抗菌防水涂料。
对比例
将实施例1中的改性填料换成纳米氧化锌、纳米二氧化钛、高岭土按照质量比1:1:2得到的混合填料，其余原料及制备过程不变。
对实施例1-3和对比例制得的涂料做如下性能测试：
将各涂料喷涂到铝板表面，于120℃下干燥固化10min，得到各涂层；
涂层硬度按GB/T6739-1996《涂膜硬度铅笔测定法》进行测试，测试涂层的抗压强度；涂层耐沾污性参考GB/T9780-2013《建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》进行测试，测试30MPa、30min下的透水性，测试涂层的吸水率；采用振荡法测试涂料的抗菌性能(抑菌率)，测试经过48h水洗后涂料的抗菌性能，测试防霉等级；测试结果如下表：
由上表可知，实施例1-3制得的涂层的硬度均达到了B级，抗压强度为10.48-10.55MPa，说明本发明制得的涂料在力学强度上能够满足使用要求；实施例1-3制得的涂层的耐沾污性均达到了0级，吸水率为2.69-2.75％，在30MPa、30min处理使不会出现透水现象，说明本发明制得的涂料具有良好的防水性能和防污性能；实施例1-3制得的涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为99.0-99.5％、99.2-99.5％，防霉等级均达到了0级，说明本发明制得的涂料具备良好的抗菌和防霉性能；结合对比例，说明填料经过改性处理后，能够促进在涂料中的均匀分散，从而更充分发挥增强和抗菌性能，并且，改性后表面接枝的硅烷分子链会迁移至涂层表面，提高涂层的致密性和疏水性，进一步提高防水性能和防腐性能。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种建筑外墙用抗菌防水涂料，其特征在于，由如下重量份原料制成：硅丙乳液50-60份、全氟硅氧烷树脂8-10份、改性填料3-4份、羟乙基纤维素2-3份、氯化石蜡0.5-0.7份、三钼酸铵0.3-0.4份、助剂0.6-1份；
该抗菌防水涂料由如下步骤制成：
第一步、按照重量份数将硅丙乳液、全氟硅氧烷树脂、羟乙基纤维素和一半的助剂混合加入搅拌釜，在常温下，以350r/min搅拌速度搅拌20-30min，得到基料；
第二步、将氯化石蜡、三钼酸铵、改性填料和剩余的一半助剂一同加入至基料中，在常温下，以500r/min转速搅拌混合40-50min，再提高转速至2000r/min搅拌混合8-10min，得到抗菌防水涂料。
2.根据权利要求1所述的一种建筑外墙用抗菌防水涂料，其特征在于，所述助剂包括成膜助剂、分散剂、增稠剂和防霉剂，成膜助剂、消光剂、分散剂和防霉剂的质量比为10:8-9:10-12:3-4；成膜助剂为十二醇酯和二丙二醇丁醚的复配物，十二醇酯和二丙二醇丁醚的质量比为1:1；分散剂为疏水性改性羧酸钠盐、聚丙烯酸钠盐或铵盐中的一种或几种；增稠剂为硅藻土、钠基膨润土、聚氨酯、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的一种或者几种；防霉剂为异噻唑啉酮杀菌剂、五氯苯酚、四氯间苯二腈按照质量比10:3-4:2-3得到的复配物。
3.据权利要求1所述的一种建筑外墙用抗菌防水涂料，其特征在于，所述改性填料由如下方法制备：
1)将纳米氧化锌、纳米二氧化钛、高岭土按照质量比1:1:2混合均匀后，按照固液比1g:10mL将混合料分散入正己烷中，先磁力搅拌30-40min，再超声10-15min，得到分散液；
2)将三丁基氯硅烷溶于正己烷中，形成质量分数为12％的改性液；
3)将分散液加热至58-60℃，加入改性液，于58-60℃下搅拌反应5-6h，抽滤，用正己烷和无水乙醇分别洗涤产物3-4次，最后放入60℃鼓风干燥箱中干燥22-24h，得到改性填料。
4.据权利要求3所述的一种建筑外墙用抗菌防水涂料，其特征在于，步骤3)中分散液与改性液的体积比为10:8-9。
5.据权利要求1所述的一种建筑外墙用抗菌防水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、按照重量份数将硅丙乳液、全氟硅氧烷树脂、羟乙基纤维素和一半的助剂混合加入搅拌釜，在常温下，以350r/min搅拌速度搅拌20-30min，得到基料；
第二步、将氯化石蜡、三钼酸铵、改性填料和剩余的一半助剂一同加入至基料中，在常温下，以500r/min转速搅拌混合40-50min，再提高转速至2000r/min搅拌混合8-10min，得到抗菌防水涂料。
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