一种抗老化外墙乳胶涂料的制备方法

摘要

本发明涉及一种抗老化外墙乳胶涂料的制备方法，属于乳胶涂料技术领域。本发明通过添加改性硅溶胶，制备一种抗老化外墙乳胶涂料，对硅溶胶进行改性处理，使其更好的与聚合物乳液相容，可以扩大硅溶胶的应用范围。硅溶胶改性后的涂料性能更加优异，无论在涂膜硬度、附着力，还是涂料的耐污性、耐水性和耐老化性上都有明显提高，硅溶胶中粒子表面配位空缺，具有很高的表面活性，对颜料和填料等微粒子有一定的吸附作用，可降低由于紫外光照射而造成的色素衰减，从而降低涂膜的粉化，硅溶胶中的二氧化硅粒子分散形成Si‑O‑Si的网络结构，可提高了涂膜的透气性、耐老化性等性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗老化外墙乳胶涂料的制备方法，属于乳胶涂料技术领域。

背景技术

建筑涂料是建筑物的主导装饰材料，用它装饰建筑物，能形成不同的质感和形状，不同的风格和立体效果。所以建筑涂料不仅可以使建筑物的内外整齐美观，还具有保护被涂覆建材，延长其使用寿命和改善建筑物内外使用效果的功能，这对美化生活，美化环境起着重要的作用。建筑涂料与面砖、玻璃幕墙、装饰石材等外装饰材料相比，具有施工翻新简便、可保持建筑物的新鲜感、自重轻、无安全隐患等许多明显的特点和优点。建筑涂料是以有机高分子聚合物为主要成膜物质，加入助剂、颜填料、分散剂等，经配料、搅拌、研磨等工艺制成的一种建筑物饰面材料。为了提高建筑物外围维护体系的安全性和耐久性，以及适用建筑材料的绿色化的发展趋势，低污染、高性能的高档外墙乳胶涂料成为建筑涂料研究的活跃领域。

从目前的情况看，可供选择的抗老化外墙乳胶涂料的品种还不多，一些外墙涂料甚至在涂装后的几个月或一二年内，由于自然条件和光照辐射发生老化，出现失光、褪色、粉化、开裂、剥落甚至整层脱落等现象，严重地破坏了外墙涂料的美学性能和保护作用。不但使经济上受到很大损失，导致资源浪费，而且外墙涂料的老化分解对环境也造成一定污染。抗老化性能是外墙涂料最重要的性能指标，它指在户外暴露时，外墙涂料对改变其性能因素的抵抗力。这些改变包括内部强度的减弱、变脆、开裂、褪色、附着力的下降、白垩化、光泽的降低和环境的腐蚀等。抗老化性能是外墙涂料多种性能如保光保色性、耐酸耐碱性、附着力等的综合体现，是外墙涂料使用寿命的直接量度。因此，有必要深入研究涂料的抗老化性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对外墙乳胶涂料由于自然条件和光照辐射发生老化，出现失光、褪色、粉化、开裂、剥落甚至整层脱落的问题，提供了一种抗老化外墙乳胶涂料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）按重量份数计，分别称量100~200份有机硅改性聚丙烯酸酯乳液、50~100份改性硅溶胶、30~60份钛白粉、20~40份滑石粉、10~20份丙三醇、15~30份聚乙二醇、5~10份羧甲基纤维素钠、2~4份十二烷基硫酸钠、2~4份柠檬酸钠、8~16份碳酸钠、80~160份去离子水；

（2）将羧甲基纤维素钠、十二烷基硫酸钠、柠檬酸钠、碳酸钠加入去离子水中，常温下以300~400r/min转速搅拌20~30min，得混合液；

（3）将钛白粉、滑石粉、丙三醇、聚乙二醇加入混合液中，置于高速搅拌机内，常温下以3000~4000r/min转速搅拌1~2h，得混合浆料；

（4）将混合浆料、改性硅溶胶加入有机硅改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以10000~12000r/min转速搅拌40~60min，得抗老化外墙乳胶涂料。

步骤（1）所述的钛白粉的平均粒径为10~20μm，滑石粉的平均粒径为20~30μm。

步骤（1）所述的改性硅溶胶的具体制备步骤为：

（1）按重量份数计，分别称量20~30份正硅酸乙酯、10~15份氨水、2~3份乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、160~240份无水乙醇；

（2）将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以300~400r/min转速搅拌20~30min，得正硅酸乙酯乙醇溶液；

（3）将氨水缓慢滴加至正硅酸乙酯乙醇溶液中，在60~70℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌反应1~2h，得反应液；

（4）将乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷加入反应液中，在40~60℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌30~40min，常温冷却，得改性硅溶胶。

步骤（1）所述的氨水的质量分数为10%。

步骤（3）所述的氨水的滴加速率为6~8mL/min。

步骤（1）所述的机硅改性聚丙烯酸酯乳液的具体制备步骤为：

（1）按重量份数计，分别称量20~30份丙烯酸、30~40份丙烯酸丁酯、20~30份甲基丙烯酸甲酯、10~20份甲基丙烯酸、10~20份丙烯酰胺、1~3份十二烷基苯磺酸钠、1~3份脂肪醇聚氧乙烯醚、2~6份乙烯基三甲氧基硅烷、5~10份碳酸氢钠、0.4~0.6份过硫酸钠、80~100份去离子水；

（2）将十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚加入去离子水中，常温下以250~300r/min转速搅拌10~20min，得乳化剂溶液；

（3）将丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酰胺混合后置于搅拌机内，常温下以400~500r/min转速搅拌5~10min，得混合单体；

（4）将4/5重量份的混合单体缓慢滴加至1/2重量份的乳化剂溶液中，在40~60℃的水浴条件下以300~400r/min转速搅拌1~2h，得预乳液；

（5）将碳酸氢钠加入剩余1/2重量份的乳化剂溶液中，在50~60℃的水浴条件下以200~250r/min转速搅拌10~20min，保温，得碱性乳化剂溶液；

（6）将剩余1/5重量份的混合单体、1/2重量份的过硫酸钠、乙烯基三甲氧基硅烷加入碱性乳化剂溶液中，在50~60℃的水浴条件下以240~280r/min转速搅拌30~40min，得种子乳液；

（7）将剩余1/2重量份的过硫酸钠、预乳液加入种子乳液中，在80~90℃的水浴条件下以300~400r/min转速搅拌1~2h，调节pH至8~9，常温冷却，得有机硅改性聚丙烯酸酯乳液。

步骤（4）所述的混合单体的滴加速率为10~20mL/min。

步骤（7）所述的pH调节采用的是质量分数10%的氨水。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

本发明通过添加改性硅溶胶，制备一种抗老化外墙乳胶涂料，硅溶胶具有很多优良的性质，比如良好的分散性，优异的透气性，高粘结性能，以及耐磨性、高耐火绝热性、优异的表面性等，因其表面存在大量的硅羟基，因而具有很好的反应性。纳米二氧化硅具有一定光催化活性，以及较好的具有对低波长紫外线的吸收性能，和对高波长红外线的反射性能。并且纳米二氧化硅分子中存在着大量的不饱和键和羟基，容易与有机聚合物中一些基团发生键合反应，可明显改善涂料中聚合物的透气性和热稳定性。又由于溶胶粒子表面配位空缺，具有很高的表面活性，对颜料和填料等微粒子有一定的吸附作用，可降低由于紫外光照射而造成的色素衰减，从而降低涂膜的粉化；在外墙乳胶涂料中添加硅溶胶，可明显改善涂料的触变性和开罐效果，可以防止涂料流挂，施工性能增强，尤其是提高了涂膜的疏水性，使涂料的抗沾污性大大提高，具有优良的自清洁性。涂膜干燥过程中，硅溶胶中的二氧化硅粒子分散形成Si-O-Si的网络结构，可提高了涂膜的透气性、耐老化性等性能。对硅溶胶进行改性处理，使其更好的与聚合物乳液相容，可以扩大硅溶胶的应用范围。硅溶胶改性后的涂料性能更加优异，无论在涂膜硬度、附着力，还是涂料的耐污性、耐水性和耐老化性上都有明显提高。

具体实施方式

按重量份数计，分别称量20~30份丙烯酸、30~40份丙烯酸丁酯、20~30份甲基丙烯酸甲酯、10~20份甲基丙烯酸、10~20份丙烯酰胺、1~3份十二烷基苯磺酸钠、1~3份脂肪醇聚氧乙烯醚、2~6份乙烯基三甲氧基硅烷、5~10份碳酸氢钠、0.4~0.6份过硫酸钠、80~100份去离子水，将十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚加入去离子水中，常温下以250~300r/min转速搅拌10~20min，得乳化剂溶液，将丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酰胺混合后置于搅拌机内，常温下以400~500r/min转速搅拌5~10min，得混合单体，将4/5重量份的混合单体以10~20mL/min的速率缓慢滴加至1/2重量份的乳化剂溶液中，在40~60℃的水浴条件下以300~400r/min转速搅拌1~2h，得预乳液，将碳酸氢钠加入剩余1/2重量份的乳化剂溶液中，在50~60℃的水浴条件下以200~250r/min转速搅拌10~20min，保温，得碱性乳化剂溶液，将剩余1/5重量份的混合单体、1/2重量份的过硫酸钠、乙烯基三甲氧基硅烷加入碱性乳化剂溶液中，在50~60℃的水浴条件下以240~280r/min转速搅拌30~40min，得种子乳液，将剩余1/2重量份的过硫酸钠、预乳液加入种子乳液中，在80~90℃的水浴条件下以300~400r/min转速搅拌1~2h，滴加质量分数10%的氨水调节pH至8~9，常温冷却，得有机硅改性聚丙烯酸酯乳液；

再按重量份数计，分别称量20~30份正硅酸乙酯、10~15份质量分数10%的氨水、2~3份乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、160~240份无水乙醇，将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以300~400r/min转速搅拌20~30min，得正硅酸乙酯乙醇溶液，将氨水以6~8mL/min的速率缓慢滴加至正硅酸乙酯乙醇溶液中，在60~70℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌反应1~2h，得反应液，将乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷加入反应液中，在40~60℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌30~40min，常温冷却，得改性硅溶胶；

再按重量份数计，分别称量100~200份有机硅改性聚丙烯酸酯乳液、50~100份改性硅溶胶、30~60份平均粒径10~20μm的钛白粉、20~40份平均粒径20~30μm的滑石粉、10~20份丙三醇、15~30份聚乙二醇、5~10份羧甲基纤维素钠、2~4份十二烷基硫酸钠、2~4份柠檬酸钠、8~16份碳酸钠、80~160份去离子水，将羧甲基纤维素钠、十二烷基硫酸钠、柠檬酸钠、碳酸钠加入去离子水中，常温下以300~400r/min转速搅拌20~30min，得混合液，将钛白粉、滑石粉、丙三醇、聚乙二醇加入混合液中，置于高速搅拌机内，常温下以3000~4000r/min转速搅拌1~2h，得混合浆料，将混合浆料、改性硅溶胶加入有机硅改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以10000~12000r/min转速搅拌40~60min，得抗老化外墙乳胶涂料。

实施例1

按重量份数计，分别称量20份丙烯酸、30份丙烯酸丁酯、20份甲基丙烯酸甲酯、10份甲基丙烯酸、10份丙烯酰胺、1份十二烷基苯磺酸钠、1份脂肪醇聚氧乙烯醚、2份乙烯基三甲氧基硅烷、5份碳酸氢钠、0.4份过硫酸钠、80份去离子水，将十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚加入去离子水中，常温下以250r/min转速搅拌10min，得乳化剂溶液，将丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酰胺混合后置于搅拌机内，常温下以400r/min转速搅拌5min，得混合单体，将4/5重量份的混合单体以10mL/min的速率缓慢滴加至1/2重量份的乳化剂溶液中，在40℃的水浴条件下以300~400r/min转速搅拌1h，得预乳液，将碳酸氢钠加入剩余1/2重量份的乳化剂溶液中，在50℃的水浴条件下以200r/min转速搅拌10min，保温，得碱性乳化剂溶液，将剩余1/5重量份的混合单体、1/2重量份的过硫酸钠、乙烯基三甲氧基硅烷加入碱性乳化剂溶液中，在50℃的水浴条件下以240r/min转速搅拌30min，得种子乳液，将剩余1/2重量份的过硫酸钠、预乳液加入种子乳液中，在80℃的水浴条件下以300r/min转速搅拌1h，滴加质量分数10%的氨水调节pH至8，常温冷却，得有机硅改性聚丙烯酸酯乳液；

再按重量份数计，分别称量20份正硅酸乙酯、10份质量分数10%的氨水、2份乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、160份无水乙醇，将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以300r/min转速搅拌20min，得正硅酸乙酯乙醇溶液，将氨水以6mL/min的速率缓慢滴加至正硅酸乙酯乙醇溶液中，在60℃的水浴条件下以200r/min转速搅拌反应1h，得反应液，将乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷加入反应液中，在40℃的水浴条件下以180r/min转速搅拌30min，常温冷却，得改性硅溶胶；

再按重量份数计，分别称量100份有机硅改性聚丙烯酸酯乳液、50份改性硅溶胶、30份平均粒径10μm的钛白粉、20份平均粒径20μm的滑石粉、10份丙三醇、15份聚乙二醇、5份羧甲基纤维素钠、2份十二烷基硫酸钠、2份柠檬酸钠、8份碳酸钠、80份去离子水，将羧甲基纤维素钠、十二烷基硫酸钠、柠檬酸钠、碳酸钠加入去离子水中，常温下以300r/min转速搅拌20min，得混合液，将钛白粉、滑石粉、丙三醇、聚乙二醇加入混合液中，置于高速搅拌机内，常温下以3000r/min转速搅拌1h，得混合浆料，将混合浆料、改性硅溶胶加入有机硅改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以10000r/min转速搅拌40min，得抗老化外墙乳胶涂料。

实施例2

按重量份数计，分别称量25份丙烯酸、35份丙烯酸丁酯、25份甲基丙烯酸甲酯、15份甲基丙烯酸、15份丙烯酰胺、2份十二烷基苯磺酸钠、2份脂肪醇聚氧乙烯醚、4份乙烯基三甲氧基硅烷、7份碳酸氢钠、0.5份过硫酸钠、90份去离子水，将十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚加入去离子水中，常温下以275r/min转速搅拌15min，得乳化剂溶液，将丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酰胺混合后置于搅拌机内，常温下以450r/min转速搅拌7min，得混合单体，将4/5重量份的混合单体以15mL/min的速率缓慢滴加至1/2重量份的乳化剂溶液中，在50℃的水浴条件下以350r/min转速搅拌1.5h，得预乳液，将碳酸氢钠加入剩余1/2重量份的乳化剂溶液中，在55℃的水浴条件下以225r/min转速搅拌15min，保温，得碱性乳化剂溶液，将剩余1/5重量份的混合单体、1/2重量份的过硫酸钠、乙烯基三甲氧基硅烷加入碱性乳化剂溶液中，在55℃的水浴条件下以260r/min转速搅拌35min，得种子乳液，将剩余1/2重量份的过硫酸钠、预乳液加入种子乳液中，在85℃的水浴条件下以350r/min转速搅拌1.5h，滴加质量分数10%的氨水调节pH至8.5，常温冷却，得有机硅改性聚丙烯酸酯乳液；

再按重量份数计，分别称量25份正硅酸乙酯、12.5份质量分数10%的氨水、2.5份乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、200份无水乙醇，将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以350r/min转速搅拌25min，得正硅酸乙酯乙醇溶液，将氨水以7mL/min的速率缓慢滴加至正硅酸乙酯乙醇溶液中，在65℃的水浴条件下以220r/min转速搅拌反应1.5h，得反应液，将乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷加入反应液中，在50℃的水浴条件下以190r/min转速搅拌35min，常温冷却，得改性硅溶胶；

再按重量份数计，分别称量150份有机硅改性聚丙烯酸酯乳液、75份改性硅溶胶、45份平均粒径15μm的钛白粉、30份平均粒径25μm的滑石粉、15份丙三醇、22.5份聚乙二醇、7份羧甲基纤维素钠、3份十二烷基硫酸钠、3份柠檬酸钠、12份碳酸钠、120份去离子水，将羧甲基纤维素钠、十二烷基硫酸钠、柠檬酸钠、碳酸钠加入去离子水中，常温下以350r/min转速搅拌25min，得混合液，将钛白粉、滑石粉、丙三醇、聚乙二醇加入混合液中，置于高速搅拌机内，常温下以3500r/min转速搅拌1.5h，得混合浆料，将混合浆料、改性硅溶胶加入有机硅改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以11000r/min转速搅拌50min，得抗老化外墙乳胶涂料。

实施例3

按重量份数计，分别称量30份丙烯酸、40份丙烯酸丁酯、30份甲基丙烯酸甲酯、20份甲基丙烯酸、20份丙烯酰胺、3份十二烷基苯磺酸钠、3份脂肪醇聚氧乙烯醚、6份乙烯基三甲氧基硅烷、10份碳酸氢钠、0.6份过硫酸钠、100份去离子水，将十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚加入去离子水中，常温下以300r/min转速搅拌20min，得乳化剂溶液，将丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酰胺混合后置于搅拌机内，常温下以500r/min转速搅拌10min，得混合单体，将4/5重量份的混合单体以20mL/min的速率缓慢滴加至1/2重量份的乳化剂溶液中，在60℃的水浴条件下以400r/min转速搅拌2h，得预乳液，将碳酸氢钠加入剩余1/2重量份的乳化剂溶液中，在60℃的水浴条件下以250r/min转速搅拌120min，保温，得碱性乳化剂溶液，将剩余1/5重量份的混合单体、1/2重量份的过硫酸钠、乙烯基三甲氧基硅烷加入碱性乳化剂溶液中，在60℃的水浴条件下以280r/min转速搅拌40min，得种子乳液，将剩余1/2重量份的过硫酸钠、预乳液加入种子乳液中，在90℃的水浴条件下以400r/min转速搅拌2h，滴加质量分数10%的氨水调节pH至9，常温冷却，得有机硅改性聚丙烯酸酯乳液；

再按重量份数计，分别称量30份正硅酸乙酯、15份质量分数10%的氨水、3份乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、240份无水乙醇，将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以400r/min转速搅拌30min，得正硅酸乙酯乙醇溶液，将氨水以8mL/min的速率缓慢滴加至正硅酸乙酯乙醇溶液中，在70℃的水浴条件下以240r/min转速搅拌反应2h，得反应液，将乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷加入反应液中，在60℃的水浴条件下以200r/min转速搅拌40min，常温冷却，得改性硅溶胶；

再按重量份数计，分别称量200份有机硅改性聚丙烯酸酯乳液、100份改性硅溶胶、60份平均粒径20μm的钛白粉钛白粉、40份平均粒径30μm的滑石粉、20份丙三醇、30份聚乙二醇、10份羧甲基纤维素钠、4份十二烷基硫酸钠、4份柠檬酸钠、16份碳酸钠、160份去离子水，将羧甲基纤维素钠、十二烷基硫酸钠、柠檬酸钠、碳酸钠加入去离子水中，常温下以400r/min转速搅拌30min，得混合液，将钛白粉、滑石粉、丙三醇、聚乙二醇加入混合液中，置于高速搅拌机内，常温下以4000r/min转速搅拌2h，得混合浆料，将混合浆料、改性硅溶胶加入有机硅改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以12000r/min转速搅拌60min，得抗老化外墙乳胶涂料。