一种建筑外墙装饰涂料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种建筑外墙装饰涂料及其制备方法 (Building exterior wall decorative coating and preparation method thereof ) 是由 孙志远 罗艳丽 彭志发 徐弯弯 苗靖 王学停 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种建筑外墙装饰涂料,由以下重量份数的原料制成：改性苯丙乳液45-50份、纤维增强剂8-12份、硅酸钾6-8份、钛白粉4-5份、空心玻璃微珠8-10份、增稠剂0.2-0.3份、成膜助剂0.5-0.8份、乳化剂2-3份、水15-18份。该涂料漆膜拉伸强度为9.05-9.35MPa,韧性好,耐磨耐腐蚀,与基体附着力高。(The invention discloses a building exterior wall decorative coating which is prepared from the following raw materials in parts by weight: 45-50 parts of modified styrene-acrylic emulsion, 8-12 parts of fiber reinforcing agent, 6-8 parts of potassium silicate, 4-5 parts of titanium dioxide, 8-10 parts of hollow glass beads, 0.2-0.3 part of thickening agent, 0.5-0.8 part of film-forming auxiliary agent, 2-3 parts of emulsifying agent and 15-18 parts of water. The tensile strength of a paint film of the paint is 9.05-9.35MPa, the paint has good toughness, wear resistance, corrosion resistance and high adhesive force with a matrix.)
技术领域
本发明涉及建筑新材料技术领域，尤其是涉及一种建筑外墙装饰涂料及其制备方法。
背景技术
建筑外墙涂料是喷涂在建筑外墙表面用于起到防护、装饰、节能等作用的薄膜，按基料可以分为有机类、无机类和有机无机复合类，目前最常用有机类基料成膜物质有丙烯酸树脂乳液、苯丙乳液、氟碳树脂乳液等，目前随着合成、接枝、共混等技术的深入研究，人们对外墙涂料的机械强度、韧性、附着力、耐腐蚀性、耐火、保温性能等方便提出了更高的要求。
马永强等在《现代涂料与涂装》中公开的硅溶胶-苯丙乳液复合外墙涂料的研制中，采用正交试验法将硅溶胶与苯丙乳液冷拼复配，配以颜填料和助剂经研磨分散制得硅溶胶-苯丙乳液无机/有机复合外墙涂料。通过对复合涂料进行性能检测，结果显示该涂料兼具有无机涂料和有机涂料的特性，其耐沾污性能、耐候性和隔热性能比普通外墙乳胶涂料有所提高。由此可见，对基料的共混和改性能够一定程度的提高涂料的性能。冯艳文等在《新型建筑材料》中公开的钛/硅树脂-苯丙复合乳液自清洁建筑外墙涂料的研制中提到，以SG-Si900、钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为主要原料缩聚合成钛/硅树脂，与苯丙乳液进行复配，并投加TiO2-SiO2/电气石复合光催化剂，制备钛/硅树脂-苯丙复合乳液自清洁建筑外墙涂料。经测试，该涂料常规性能符合 GB/T 9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》要求，在室外其涂层与水的接触角能够良好地保持在5°～8°，同时对金黄葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径分别达到16.7mm和16.3 mm。
上述两项研究通过共混改性的方法对涂料配方进行优化，一方面能够为涂料增加新的用途，另一方面还能提高涂料的机械强度；但是上述研究没有在节能方面和韧性方面做进一步的改进。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种建筑外墙装饰涂料，耐腐蚀耐磨，机械性能优异。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种建筑外墙装饰涂料，由以下重量份数的原料制成：改性苯丙乳液45-50份、纤维增强剂8-12份、硅酸钾6-8份、钛白粉4-5份、空心玻璃微珠8-10份、增稠剂0.2-0.3份、成膜助剂0.5-0.8份乳化剂2-3份、水15-18份。
进一步的，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述成膜助剂为醇酯十二（Texanol），所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按重量比1-2：1混合而成。
进一步的，所述改性苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：
1）松香升温熔化后，加入30-40wt%的聚氧乙烯辛基苯基醚充分搅拌，然后滴加3倍重量的沸水搅拌10min，冷却过滤后得松香乳液；
2）将NaHCO3、N-羟甲基丙烯酰胺和适量水加入到反应器中，搅拌10 min，然后加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和一半的十二烷基苯磺酸钠搅拌混合30min；
3）在步骤2）混合液中加入松香乳液、剩余的十二烷基苯磺酸钠和水搅拌均匀，升温至80℃，然后逐滴加入过硫酸铵，滴完后搅拌反应1h，得改性苯丙乳液；
N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸总量与松香、十二烷基苯磺酸钠、过硫酸铵、碳酸氢钠和水的重量比为40：20：5：0.5：5：35-40；所述N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的重量比为2：1：1：2：2。
进一步的，所述空心玻璃微珠为包覆型空心玻璃微珠，具体制备方法为：将空心玻璃微珠分散在5倍重量的水中，滴加1-2wt%十二烷基苯磺酸钠搅拌均匀，缓慢滴加正硅酸乙酯溶液，控制pH7.0，搅拌反应2-3h，烘干后得到包覆型玻璃微珠；所述空心玻璃微珠和正硅酸乙酯的重量比为10：2-3。
进一步的，所述纤维增强剂为SiC纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙颗粒按重量比1：1：0.5-1混合而成。
进一步的，碳酸钙颗粒粒径为60-150μm，所述SiC纤维和聚酰亚胺纤维长度≤0.5mm。
一种建筑外墙装饰涂料的制备方法，包括以下步骤：
将水、增稠剂、成膜助剂、乳化剂混合均匀，然后加入纤维增强剂、硅酸钾、钛白粉和空心玻璃微珠继续搅拌，最后加入改性苯丙乳液搅拌均匀，制备得建筑外墙装饰涂料。
本发明的有益效果是：
1、本申请公开一种建筑外墙装饰涂料，通过对原材料改性，大大改善漆膜与基地的附着力和机械性能，最终制备的漆膜拉伸强度为9.05-9.35MPa，韧性好，耐磨耐腐蚀，与基体附着力高。
2、本申请中的基料采用改性苯丙乳液，其中苯丙乳液是由苯乙烯和丙烯酸酯单体经乳液共聚而得，其耐热、耐油、耐老化，因此在涂料方面应用非常的广泛，但是其也存在有机乳液共同的缺点：涂膜硬度低、耐水性和耐沾污性差、耐候性不良、与基体结合力较差、易粉化脱落、耐碱性差，因此本申请采用松香改性苯丙乳液，本申请制备松香改性苯丙乳液时对单体、单体的比例、乳化剂以及引发剂的使用量等工艺参数进行优化改进，能够大大改善复合膜的耐水性和成膜性能。
3、另外在树脂基体中添加有纤维增强剂，其中纤维增强剂是SiC纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙颗粒按一定的比例混合而成的，其中SiC纤维、聚酰亚胺纤维分散在树脂基体中，SiC纤维硬度大，而聚酰亚胺纤维韧性和延展性优异，因此当漆膜受力时，SiC纤维周围分散聚酰亚胺纤维，聚酰亚胺纤维的优异的韧性能够抑制SiC纤维裂纹扩展，使漆膜继续承载载荷，漆膜的耐磨性和耐外力冲击性能会进一步加强。由于纤维增强作用主要体现在层内作用，因此本申请还在在纤维之间分散颗粒状的碳酸钙，颗粒填料能够提高漆膜层间的强度和作用力，从而综合提高漆膜的机械强度。
5、本申请中还添加有空心玻璃微珠，粒径为10-12μm，其分散在树脂基体中，主要起到隔热保温的功能，另外为增加空心玻璃微珠与基体的界面结合力，采用二氧化硅对其表面进行包覆，能大大改善其分散性能。
另外乳化剂采用非离子型和离子型乳化剂复合而成，其分散原理不同，非离子型主要依靠相对斥力，离子型依靠空间位阻实现稳定作用，因此复合使用性能互补，增加涂料的性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种建筑外墙装饰涂料，由以下重量份数的原料制成：改性苯丙乳液45份、纤维增强剂8份、硅酸钾6份、钛白粉4份、空心玻璃微珠8份、增稠剂0.2份、成膜助剂0.5份、乳化剂2份、水15份。
其中增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述成膜助剂为醇酯十二（Texanol），所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按重量比1：1混合而成。
改性苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：
1）松香升温至120℃熔化后，加入30wt%（松香）的聚氧乙烯辛基苯基醚充分搅拌，然后滴加3倍松香重量的沸水搅拌10min，冷却过滤后得松香乳液；
2）将NaHCO3、N-羟甲基丙烯酰胺和适量水加入到反应器中，搅拌10 min，然后加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和一半的十二烷基苯磺酸钠搅拌混合30min；
3）在步骤2）混合液中加入松香乳液、剩余的十二烷基苯磺酸钠和水搅拌均匀，升温至80℃，然后逐滴加入过硫酸铵，滴完后搅拌反应1h，得改性苯丙乳液；
N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸总量与松香、十二烷基苯磺酸钠、过硫酸铵、碳酸氢钠和水的重量比为40：20：5：0.5：5：35；所述N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的重量比为2：1：1：2：2。
空心玻璃微珠为包覆型空心玻璃微珠，具体制备方法为：将空心玻璃微珠分散在5倍重量的水中，滴加空心玻璃微珠重量1wt%的十二烷基苯磺酸钠搅拌均匀，然后缓慢滴加正硅酸乙酯溶液，控制pH7.0，搅拌反应2-3h，烘干后得到包覆型玻璃微珠；所述空心玻璃微珠和正硅酸乙酯的重量比为10：2。
纤维增强剂为SiC纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙颗粒按重量比1：1：0.5混合而成；碳酸钙颗粒粒径为60-150μm，所述SiC纤维和聚酰亚胺纤维长度≤0.5mm，聚酰亚胺纤维纤度为0.78-6dtex，密度为1.41g/cm3。
上述建筑外墙装饰涂料的制备方法，包括以下步骤：
将水、增稠剂、成膜助剂、乳化剂混合均匀，然后加入纤维增强剂、硅酸钾、钛白粉和空心玻璃微珠继续搅拌，最后加入剩余其他成分搅拌均匀，制备得到建筑外墙装饰涂料。
实施例2
一种建筑外墙装饰涂料，由以下重量份数的原料制成：改性苯丙乳液46份、纤维增强剂9份、硅酸钾6.5份、钛白粉4.5份、空心玻璃微珠8.5份、增稠剂0.22份、成膜助剂0.6份、乳化剂2.2份、水16份。
其中增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述成膜助剂为醇酯十二（Texanol），所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按重量比1：1混合而成。
改性苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：
1）松香升温至120℃熔化后，加入32wt%（松香）的聚氧乙烯辛基苯基醚充分搅拌，然后滴加3倍松香重量的沸水搅拌10min，冷却过滤后得松香乳液；
2）将NaHCO3、N-羟甲基丙烯酰胺和适量水加入到反应器中，搅拌10 min，然后加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和一半的十二烷基苯磺酸钠搅拌混合30min；
3）在步骤2）混合液中加入松香乳液、剩余的十二烷基苯磺酸钠和水搅拌均匀，升温至80℃，然后逐滴加入过硫酸铵，滴完后搅拌反应1h，得改性苯丙乳液；
N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸总量与松香、十二烷基苯磺酸钠、过硫酸铵、碳酸氢钠和水的重量比为40：20：5：0.5：5：36；所述N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的重量比为2：1：1：2：2。
空心玻璃微珠为包覆型空心玻璃微珠，具体制备方法为：将空心玻璃微珠分散在5倍重量的水中，滴加空心玻璃微珠重量1.2wt%的十二烷基苯磺酸钠搅拌均匀，然后缓慢滴加正硅酸乙酯溶液，控制pH7.0，搅拌反应2-3h，烘干后得到包覆型玻璃微珠；所述空心玻璃微珠和正硅酸乙酯的重量比为10：2。
纤维增强剂为SiC纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙颗粒按重量比1：1：0.6混合而成；碳酸钙颗粒粒径为60-150μm，所述SiC纤维和聚酰亚胺纤维长度≤0.5mm。
实施例3
一种建筑外墙装饰涂料，由以下重量份数的原料制成：改性苯丙乳液48份、纤维增强剂10份、硅酸钾7份、钛白粉4.6份、空心玻璃微珠9份、增稠剂0.25份、成膜助剂0.7份、乳化剂2.5份、水17份。
其中增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述成膜助剂为醇酯十二（Texanol），所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按重量比1.5：1混合而成。
改性苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：
1）松香升温至120℃熔化后，加入35wt%（松香）的聚氧乙烯辛基苯基醚充分搅拌，然后滴加3倍松香重量的沸水搅拌10min，冷却过滤后得松香乳液；
2）将NaHCO3、N-羟甲基丙烯酰胺和适量水加入到反应器中，搅拌10 min，然后加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和一半的十二烷基苯磺酸钠搅拌混合30min；
3）在步骤2）混合液中加入松香乳液、剩余的十二烷基苯磺酸钠和水搅拌均匀，升温至80℃，然后逐滴加入过硫酸铵，滴完后搅拌反应1h，得改性苯丙乳液；
N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸总量与松香、十二烷基苯磺酸钠、过硫酸铵、碳酸氢钠和水的重量比为40：20：5：0.5：5：38；所述N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的重量比为2：1：1：2：2。
空心玻璃微珠为包覆型空心玻璃微珠，具体制备方法为：将空心玻璃微珠分散在5倍重量的水中，滴加空心玻璃微珠重量1.5wt%的十二烷基苯磺酸钠搅拌均匀，然后缓慢滴加正硅酸乙酯溶液，控制pH7.0，搅拌反应2-3h，烘干后得到包覆型玻璃微珠；所述空心玻璃微珠和正硅酸乙酯的重量比为10：2.5。
纤维增强剂为SiC纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙颗粒按重量比1：1：0.8混合而成；碳酸钙颗粒粒径为60-150μm，所述SiC纤维和聚酰亚胺纤维长度≤0.5mm。
上述建筑外墙装饰涂料的制备方法，包括以下步骤：
将水、增稠剂、成膜助剂、乳化剂混合均匀，然后加入纤维增强剂、硅酸钾、钛白粉和空心玻璃微珠继续搅拌，最后加入改性苯丙乳液搅拌均匀，制备得到建筑外墙装饰涂料。
实施例4
一种建筑外墙装饰涂料，由以下重量份数的原料制成：改性苯丙乳液49份、纤维增强剂11份、硅酸钾7.5份、钛白粉4.8份、空心玻璃微珠9.5份、增稠剂0.28份、成膜助剂0.75份、乳化剂2.8份、水17份。
其中增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述成膜助剂为醇酯十二（Texanol），所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按重量比1.5：1混合而成。
改性苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：
1）松香升温至120℃熔化后，加入35wt%（松香）的聚氧乙烯辛基苯基醚充分搅拌，然后滴加3倍松香重量的沸水搅拌10min，冷却过滤后得松香乳液；
2）将NaHCO3、N-羟甲基丙烯酰胺和适量水加入到反应器中，搅拌10 min，然后加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和一半的十二烷基苯磺酸钠搅拌混合30min；
3）在步骤2）混合液中加入松香乳液、剩余的十二烷基苯磺酸钠和水搅拌均匀，升温至80℃，然后逐滴加入过硫酸铵，滴完后搅拌反应1h，得改性苯丙乳液；
N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸总量与松香、十二烷基苯磺酸钠、过硫酸铵、碳酸氢钠和水的重量比为40：20：5：0.5：5：38；所述N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的重量比为2：1：1：2：2。
空心玻璃微珠为包覆型空心玻璃微珠，具体制备方法为：将空心玻璃微珠分散在5倍重量的水中，滴加空心玻璃微珠重量1.5wt%的十二烷基苯磺酸钠搅拌均匀，然后缓慢滴加正硅酸乙酯溶液，控制pH7.0，搅拌反应2-3h，烘干后得到包覆型玻璃微珠；所述空心玻璃微珠和正硅酸乙酯的重量比为10：2.5。
纤维增强剂为SiC纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙颗粒按重量比1：1：0.8混合而成；碳酸钙颗粒粒径为60-150μm，所述SiC纤维和聚酰亚胺纤维长度≤0.5mm。
其涂料的制备工艺与实施例4相同。
实施例5
一种建筑外墙装饰涂料，由以下重量份数的原料制成：改性苯丙乳液50份、纤维增强剂12份、硅酸钾8份、钛白粉5份、空心玻璃微珠10份、增稠剂0.3份、成膜助剂0.8份、乳化剂3份、水18份。
其中增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述成膜助剂为醇酯十二（Texanol），所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按重量比2：1混合而成。
改性苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：
1）松香升温至120℃熔化后，加入40wt%（松香）的聚氧乙烯辛基苯基醚充分搅拌，然后滴加3倍松香重量的沸水搅拌10min，冷却过滤后得松香乳液；
2）将NaHCO3、N-羟甲基丙烯酰胺和适量水加入到反应器中，搅拌10 min，然后加入甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和一半的十二烷基苯磺酸钠搅拌混合30min；
3）在步骤2）混合液中加入松香乳液、剩余的十二烷基苯磺酸钠和水搅拌均匀，升温至80℃，然后逐滴加入过硫酸铵，滴完后搅拌反应1h，得改性苯丙乳液；
N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸总量与松香、十二烷基苯磺酸钠、过硫酸铵、碳酸氢钠和水的重量比为40：20：5：0.5：5：40；所述N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的重量比为2：1：1：2：2。
空心玻璃微珠为包覆型空心玻璃微珠，具体制备方法为：将空心玻璃微珠分散在5倍重量的水中，滴加空心玻璃微珠重量2wt%的十二烷基苯磺酸钠搅拌均匀，然后缓慢滴加正硅酸乙酯溶液，控制pH7.0，搅拌反应2-3h，烘干后得到包覆型玻璃微珠；所述空心玻璃微珠和正硅酸乙酯的重量比为10：3。
纤维增强剂为SiC纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙颗粒按重量比1：1：1混合而成；碳酸钙颗粒粒径为60-150μm，所述SiC纤维和聚酰亚胺纤维长度≤0.5mm。
对比例1
对比例1与实施例5不同之处在于：苯丙乳液不经过改性处理，其他原料以及工艺与实施例5相同。
对比例2
对比例1与实施例5不同之处在于：纤维增强剂为SiC纤维和碳酸钙颗粒按重量比1：1混合而成。
性能检测
检测实施例1-5制备的涂料漆膜的性能，附着力测试参照GB/T5210-2006；耐磨性能测试参照GB/T1768-2006，参照GB/T528-2009测试基体的拉伸强度和断裂伸长率；性能测试数据参照表1。
表1 性能检测数据
将实施例1-5的漆膜浸泡在盐水中7d，未出现变色和气泡脱落的情况，说明该漆膜耐腐蚀。结合表1中性能检测数据可以看出，本申请制备的建筑外墙装饰涂料与基体的附着力好，而且耐磨，机械性能优异，而且增强纤维剂中添加有聚酰亚胺纤维，还具有一定的防灭火性能。
而对比例1是在实施例5的基础上，苯丙乳液不经过改性处理，其附着力、耐磨性能以及拉伸强度都有影响；对比例2中纤维增强剂中不添加聚酰亚胺纤维，其机械性能也有一定程度的下降，说明纤维增强剂中的原料具有一定的协同增效的作用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。