FH-CLE-自清洁材料

摘要

    介绍了涂料的污染机理和疏水剂的作用机理；研制出一种建筑涂料用的水性纳米疏水剂（FH-CLE），及其对涂膜自清洁的影响。FH-CLE自清洁材料在不改变生产工艺情况下添加到水性涂料中，可以显著提高涂料的疏水性能。

关键词：纳米；疏水剂；自清洁；涂膜

1、引言

    由于人们对环保和健康意识的日益增强，水性涂料正以其安全、无毒、低VOC等特点而逐步取代溶剂型涂料。但目前建筑涂料仍存在以下两个方面的主要问题：（1）涂料涂膜抗污染能力不足。常见的外墙涂料涂装两三年后，涂料表面就受到很严重的污染。（2）涂料涂膜特别是外墙涂料涂膜耐户外老化性差，涂料褪色变色、失光、粉化龟裂现象严重。

    乳胶漆是一种“能呼吸”的产品，涂膜表面有很多毛细孔，当雨水夹杂着灰尘一起落在涂膜表面时，由于涂膜中含有大量亲水性的基团，所以涂膜表面很快被润湿，水分会在渗透压的作用下通过乳胶漆的毛细孔渗入涂膜内部，而将灰尘留在涂膜表面，造成污染。

    污染程度的大小取决于外界环境和涂膜的自身特性。由于外界环境和污染源为不可控因素，所以主要从涂膜自身的结构特性来解决涂料的污染问题。涂膜自身结构主要包括涂膜的表面结构、表面张力、平整度、硬度、毛细孔率、表面电荷等。表面张力大，则涂膜容易被水润湿；平整度太小、涂膜硬度太低，会导致灰尘容易附着于涂膜之上而造成污染；毛细孔过大，水分子甚至灰尘粒子都可以从孔中渗入涂膜中而造成污染。

    本公司从纳米材料特性入手，对纳米材料进行特殊处理后，研制出一种简单高效的建筑涂料用纳米疏水剂。此纳米疏水剂的主要成分有不同粒径和结构的纳米材料。将其经过特殊处理后，是之形成稳定的纳米级分散胶体，加入涂料中能迅速在涂料表面形成一种特殊结构的表面。

2、水性纳米疏水剂作用机理

    无机纳米材料经表面改性处理后，分散在水溶液中形成稳定的纳米级分散胶体，加入涂料中能迅速在涂料表面形成一种特殊结构的表面。与国际象棋的棋盘类似，假想棋盘的黑格为疏水表面，白格为亲水表面，即疏水表面与亲水表面交错排列。通过加入不同粒径和结构的纳米材料，控制疏水表面的数量与疏水程度的强弱，最后其宏观表面表现为既疏水，又有一定的亲水性，同时不影响涂膜的透气性和重涂性。

3、纳米疏水剂的研制

    根据不同粒径和结构的纳米材料的特点，选用25~55nm粒径、金红石结构的TiO2；30~55nm粒径、锐钛矿结构的TiO2；25~55nm粒径的Sb2O3等纳米材料进行复配，经过特殊处理后，使之形成稳定的纳米级分散胶体。

3.1原材料与设备

    TiO2纳米材料，比表面积55m2/g，粒径18~36nm;TiO2纳米材料，比表面积50m2/g，粒径30~45nm;Sb2O3纳米材料，比表面积50m2/g，粒径25~50nm，表面处理剂、杀菌剂、消泡剂、稳定剂等，设备：高速分散机；砂磨机；离心机；PH计；粘度计、烘箱等。

3.2试验方法

3.2.1纳米助剂制备方法

    取一定量的水，加入杀菌剂、表面处理剂、消泡剂、稳定剂、开动搅拌使水与助剂均匀混合，边搅拌边加入纳米材料，高速搅拌，进行特种分散，出料备用。

    取纳米助剂，用透射电镜分析得纳米助剂粒径；用激光光散射仪分析得纳米助剂平均粒径及粒径分布；测试其贮存稳定性、粘度、固含量、PH值等。

3.2.2表面处理剂用量对纳米疏水剂性能的影响

    在试验中保持其他条件一致，仅改变表面处理机用量；观察表面处理剂对纳米疏水剂的影响。

    由试验结果可知，表面活性剂用量5%时，纳米疏水剂的粒径和粘度比较适宜。

3.2.3  PH值对纳米疏水剂性能的影响

    在此试验中，保持其他条件不变，仅改变纳米疏水剂体系中的PH值，研究性能的变化。PH值对纳米疏水剂的性能有一定影响，PH为10左右时较为适宜。

3.2.4分析

（1）不加分散剂无法将纳米粒子有效分散开。纳米数量级的超细微粉比表面积巨大、表面能较高，因此在自然状态下它们一般呈团聚状态存在。为了减缓其团聚趋势，必须加入表面处理剂降低其表面能。

（2）选择合适的表面处理剂十分重要。

（3）分散剂用量必须适中。

4、疏水剂主要技术数据：

型号：                  水性纳米疏水剂SS-I            水性纳米疏水剂SS-II

有效成分含量             不小于30%                           45%±2%

纳米材料粒径             20nm~50nm                         50nm~500nm

粘度                    500~1500mpa·s                        5~50mpa·s

PH值                       11~13                               8~10

性状                     半透明乳白色浆体                      白色浆体

贮存稳定性                  1年                                1年

5、疏水剂对涂料影响

1、颜基比对疏水结果影响最大，颜基比越小疏水效果越好。当颜基比在1.5、2.5时，各体系涂料加入2%的疏水剂后疏水效果都很好；当颜基比在4.0以上时，疏水效果不理想，为获得较好的疏水效果，必须加入6%的疏水剂。

2、乳液对涂料的疏水结果影响较大，某些乳液对产品适应性非常好。

3、填料的粗细对涂料的疏水结果有较大影响，较粗的填料配成的涂料疏水效果较好。

6、使用说明和应用

6.1使用说明

本产品在涂料调漆过程中加入

本产品推荐添加量为1%~6%，添加量越大疏水效果越好，具体用量需用户根据实验确定

本产品添加到涂料中时，建议颜基比小于2.5。且填料越粗时，疏水效果越好

本产品可以添加在水溶液树脂、水乳性树脂或水性颜料浆中，本产品也适用于水性油墨

6.2应用举例

    做好颜基比为2.5的笨丙乳胶涂料，分别添加3%的SS-I 水性纳米疏水剂和4%的SS-II水性纳米疏水剂，分别测试其性能。如下表所示：

7、结论

    运用纳米材料技术，经过特殊处理后形成一种稳定的纳米级分散胶体，将疏水剂加入涂料中后，能在其表面形成一层特殊的、疏水亲水交替排列的结构，从而达到疏水的效果。

    为了使涂料体系与此疏水剂相容较好，加入少量疏水剂就能发挥出良好的疏水效果，涂料体系必须满足一定的条件：颜基比较小；选用与疏水剂兼容性较好的乳液；使用较粗的填料。

参考文献

[1]江雷.从自然到仿生的超疏水纳米界面材料.化工进展.2003,22(12):1258~1264

[2]姚同杰.超疏水材料的制备与应用[D].吉林大学,2009.

[3]贺梦江.超疏水纳米材料的制备及研究：[硕士学位论文].长春理工大学,2010.