CN114517025B - 一种结构色颜料及其制备方法，高保色性建筑涂料 - Google Patents

Abstract

本申请涉及建筑涂料的技术领域，具体公开了一种结构色颜料及其制备方法，高保色性建筑涂料。所述结构色颜料通过在基材表面依次向外包覆如下层结构制备得到，所述层结构包括折射率>1.8的A层，折射率≤1.8的B层，所述A层与所述B层依次连续排列，所述A层至少为一层，且所述A层的厚度小于所述B层的厚度。将所述结构色颜料应用到建筑涂料中，通过结构色颜料、水性丙烯酸乳液与钛白粉的相互配合，能够提高建筑的保色性和耐候性，delta E≤0.58。

Description

一种结构色颜料及其制备方法，高保色性建筑涂料

技术领域

本申请涉及建筑涂料的技术领域，更具体涉及一种结构色颜料及其制备方法，高保色性建筑涂料。

背景技术

保色性是建筑涂料的一项基本指标，而保色性与其装饰效果息息相关。在传统建筑涂料中，颜料是提供颜色的物质，根据其组成可分为有机颜料和无机颜料，这两种颜料都是通过对光线的选择性吸收，从而呈现不同的颜色。通常有机颜料着色力高、色泽鲜艳、色谱齐全、相对密度小，但在耐热性、耐候性和遮盖力等方面却表现不佳；而无机颜料虽然有较好的耐候性，但其色泽暗淡，饱和度低，装饰效果较差。

因此，需要一种颜料既可以使建筑涂料具有较好的装饰效果，又能使建筑涂料具有较高的耐候性。

发明内容

为了使建筑涂料具有较高的保色性和耐候性，本申请提供了一种结构色颜料及其制备方法，高保色性建筑涂料。

第一方面，本申请提供了一种结构色颜料，通过在基材表面依次向外包覆如下层结构制备得到，所述层结构包括折射率>1.8的A层，折射率≤1.8的B层，所述A层与所述B层依次连续排列，所述A层至少为一层，且所述A层的厚度小于所述B层的厚度；

其中所述基材为无机玻璃、不锈钢鳞片或有机玻璃，所述基材的粒径为2-5μm。

结构色是由于材料结构引起的光线干涉而产生的颜色，许多动物如蝴蝶、翠鸟等颜色鲜艳的翅膀或羽毛都是由结构色产生的。不同于色素色是由多个单个分子吸收而产生颜色，产生结构色的结构尺寸一般在几十到几百纳米之间，因而结构色在耐候性方面远好于色素色。

结构色颜料通过改性或者特殊处理制备而成，主要是通过在折射率较低的基材表面上包覆不同折射率的A层和B层。本申请中，基材的折射率为1.4-1.6，一般基材选用的是无机玻璃、不锈钢鳞片或有机玻璃中；其中不锈钢鳞片的材质主要是304和316不锈钢。所述A层的折射率大于1.8，A层一般为金属氧化物如二氧化钛、二氧化锆、二氧化锡或它们的混合物；所述B层的折射率小于等于1.8，B层一般为二氧化硅或氧化铝或两者的混合物。在基材上覆盖不同层数的A层和B层，能够使光发生单层薄膜干涉或多层薄膜干涉，从而使建筑涂料的颜色更加鲜艳，建筑涂料具有较高的保色性及耐候性。

优选地，所述A层的层数为3层。

在本申请中，A层的层数至少是一层，也就是说，结构色颜料包括基材与A层，或者结构色包括基材、A层和B层。A层的层数也可以是2层，也可以为3层或3层以上。在本申请中，所述A层的层数为3层，结构色颜料包括基材、A层、B层、A层、B层与A层，或者结构色颜料包括基材、A层、B层、A层、B层、A层和B层。

当结构色颜料中A层的层数为3层时，与水性丙烯酸乳液、钛白粉相互配合，建筑涂料的保色性和耐候性较高，delta E≤0.40。

通常来讲，A层和B层的层数越多，干涉越强烈，反射出来的结构色的饱和度与亮度也会越高。但是，随着A层和B层层数的增加，当层数增加到一定值时，反射率会逐渐降低，直接影响着建筑涂料的使用效果，降低了建筑涂料的保色性和耐候性。

优选地，所述A层的厚度为100-150nm，所述B层的厚度为400-500nm。

在本申请中，通过控制A层与B层的厚度，要求B层的厚度大于A层的厚度，与水性丙烯酸乳液、钛白粉相互配合后，才能更好的吸收紫外线，降低水分的侵蚀，进而提高建筑涂料的保色性和耐候性。

所述A层的厚度可以是100nm、105nm、110nm、120nm、130nm、135nm、140nm、145nm、150nm。所述B层的厚度可以是400nm、360nm、370nm、380nm、390nm、400nm、420nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm、500nm。

在一个具体的实施方案中，所述A层的厚度为130nm，所述B层的厚度为400nm。

第二方面，本申请提供了一种结构色颜料的制备方法，包括以下步骤，

S1：将所述基材加入水与乙醇的混合液中，然后加入制备A层的原料，搅拌后过滤，得到基材混合物，然后将所述基材混合物在600℃下煅烧3-3.5h，得到带有包覆A层的基材，其中水与乙醇的重量比为2:1；

S2：再将带有包覆A层的基材加入到制备B层的原料中，搅拌15-20min后静置，然后进行过滤处理，得到结构色颜料半成品，再将半成品在600℃下煅烧3-3.5h，得到结构色颜料。

在本申请中，通过重复步骤S1和S2，能够获得包含不同层数的结构色颜料。所述A层的厚度通过步骤S1中搅拌的时间进行控制，可以通过经验公式d _SiO2＝(2.0-2.3)t进行初步计算搅拌时间，其中d为厚度(nm)，t为搅拌时间(min)。所述B层的厚度通过步骤S2中静置的时间进行调整，通过经验公式d _SiO2＝(0.95-1.2)t计算静置时间，其中d为厚度(nm)，t为静置时间(min)。

第三方面，本申请提供了一种高保色性建筑涂料，包括以下重量份数的原料，水性丙烯酸乳液30-60份，钛白粉10-30份，填料10-30份，本申请所述的结构色颜料2-8份，助剂1.5-4.5份，水20-30份。

在本申请中，水性丙烯酸乳液具有优秀的耐水性、耐候性，对结构色颜料具有优异的分散性。水性丙烯酸乳液中不含普通丙烯酸乳液所使用的表面活性剂，并拥有特殊设计的憎水基团。因此，水性丙烯酸乳液具有卓越的耐湿性，可以在漆膜干燥后防止水分子对被保护物体的渗透，达到防水防潮的效果。水性丙烯酸乳液的分子结构均采用紫外线稳定的单体结构，减少紫外线对乳液的影响，有效防护结构色颜料中的基材。水性丙烯酸乳液和各种水性色浆的相溶性好，使钛白粉和结构色颜料的功能得到最大发挥，使建筑涂料的颜色鲜艳，耐候性更高。

本申请制备的建筑涂料中不包括石英砂及其他砂类，通过水性丙烯酸乳液、钛白粉、结构色颜料和其他原料的混合，制备成建筑涂料；再将建筑涂料应用到建筑墙体的内、外墙壁上，能够形成一层光滑的涂层，保护建筑墙体不受侵蚀。

优选地，一种高保色性建筑涂料，包括以下重量份数的原料，水性丙烯酸乳液40-60份，钛白粉20-30份，本申请所述的结构色颜料2-5份。

在一个具体的实施方案中，水性丙烯酸乳液40份，钛白粉20份，本申请所述的结构色颜料5份。

优选地，所述助剂由以下重量份数的原料组成，消泡剂0.03-0.05份、分散剂0.34-0.38份、润湿剂0.12-0.17份、防冻剂0.1-0.3份、防腐剂0.01-0.03份、增稠剂0.33-0.38份、pH调节剂0.1-0.2份、成膜助剂1-2份。

在本申请中，助剂是具有功能性的原料，能够使建筑材料的性能更好；比如，消泡剂能够减小应力；分散剂、润湿剂与成膜助剂均能够影响着结构色颜料的分散均匀性，也就是说，使结构色颜料在水性丙烯酸乳液中分散的更加均匀，从而使结构色颜料与水性丙烯酸乳液结合更加紧密，最终使涂料具有较高的耐候性。

优选地，所述填料为高岭土与重质碳酸钙。

优选地，所述高岭土与重质碳酸钙的重量比为1:(1-1.2)。

通过采用上述技术方案，高岭土成分主要由高岭石、埃洛石、伊利石、蒙脱石以及石英、长石等矿物组成，质纯的高岭土呈洁白细腻、松软土状，具有良好的可塑性和耐火性等理化性质。而重质碳酸钙是粉状无机填料，具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好、在400℃以下不会分解、折光率低、硬度低磨耗值小、分散性高等优点。通过水性丙烯酸乳液、高岭土、重质碳酸钙与结构色颜料相互配合，不光能够提高建筑涂料的物理性能，如耐热性、消光性、耐磨性、光泽度等，尤其是能够改变涂料的耐候性，还能够降低成本。

优选地，建筑涂料的制备方法包括以下步骤，

(1)在容器中加入水，250rpm搅拌下，依次加入消泡剂、分散剂、润湿剂、防冻剂和防腐剂搅拌5-10分钟至均匀，得到混合溶液；

(2)在转速为700rpm的条件下，向步骤(1)中的混合溶液按比例加入钛白粉、高岭土、重质碳酸钙、增稠剂和结构色颜料，调高转速至1300rpm分散30分钟至细度≤50μm，得到混合浆料；

(3)在转速为250rpm条件下，向步骤(2)中的混合浆料加入水、pH调节剂、成膜助剂、消泡剂、防腐剂、防霉剂、水性丙烯酸乳液，搅拌5-10分钟，观察浆料内无明显气泡后，加入增稠剂，将转速提高到700rpm，用水调节粘度，继续分散10-15分钟至完全均匀，得到建筑涂料。

在不同的转速条件下，进行浆料的混合搅拌，根据不同的粘稠度进行转速调节，当加入钛白粉、高岭土、重质碳酸钙、增稠剂和结构色颜料后，粘稠度增加，因此需要加快搅拌速度，使上述原料能够分散的更加均匀，从而使制备成的建筑涂料在应用时效果更加显著，使建筑涂料具有流动色，同时还能够拥有较高的耐候性能，所述高保色性建筑涂料的deltaE≤0.58。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请通过结构色颜料与水性丙烯酸乳液、钛白粉相互作用后，使建筑涂料即可以色泽鲜艳又可以具有很高的耐候性，delta E≤0.58；

2、本申请结构色颜料中A层的层数优选为3层，A层的厚度为130nm，B层的厚度为400nm，使建筑涂料具有较高的保色性和耐候性，delta E≤0.40；

3、本申请中建筑涂料的制备方法，在不同转速的条件下制备建筑涂料，使建筑涂料拥有较高的分散性，从而使建筑涂料具有鲜艳色泽的同时，还获得较高的耐候性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

原料

本申请中应用的原料来源如表1所示。

表1原料来源

结构色颜料的制备

S1：将1kg的基材加入到10kg水与5kg乙醇的混合液中，其中基材为粒径2μm的不锈钢鳞片(304不锈钢)，然后加入450g制备A层的原料，所述制备A层的原料为钛酸正丁酯，搅拌60min后过滤，得到混合物，然后将混合物在600℃下煅烧3h，得到包覆二氧化钛层(A层为二氧化钛层)的不锈钢鳞片；

S2：再将带有包覆二氧化钛层的不锈钢鳞片加入到500g制备B层的原料中，所述制备B层的原料为硅溶胶(SiO₂的质量分数为5％)，搅拌15min后静置6.4h，然后进行过滤处理，得到结构色颜料半成品，再将半成品在600℃下煅烧3h，得到结构色颜料，所述结构色颜料包覆二氧化钛层(A层)与二氧化硅层(B层)，所述二氧化钛层的厚度为130nm，所述二氧化硅层的厚度为400nm。利用台阶仪(型号为XP-1)测量层结构的厚度。

通过上述结构色颜料的制备方法进行制备例2-12的制备，重复上述步骤S1和S2，可以获得不同层数的A层和B层，再通过控制步骤S1中搅拌的时间，调整A层的厚度，再通过控制步骤S2中静置的时间，调整B层的厚度，具体如表2所示。

表2制备例2-12与制备例1的区别参数(单位：nm)

*表2中“-”表示不含有，如制备例4中，不含有第三SiO₂层。

实施例

实施例1

(1)在分散缸中加入1500g水，250rpm搅拌下，依次加入3g消泡剂、35g分散剂、15g润湿剂、10g防冻剂和1g防腐剂搅拌5分钟至均匀，得到混合液；

(2)在转速为700rpm的条件下，向步骤(1)的混合溶液中加入2000g钛白粉、700g高岭土、900g重质碳酸钙和25g增稠剂，500g结构色颜料，之后在1300rpm的转速下分散30分钟至细度50μm，得到混合浆料；

(3)在转速为250rpm条件下，向步骤(2)的混合浆料中加入1000g水、10g pH调节剂、100g成膜助剂、2g消泡剂、1g防腐剂、4000g水性丙烯酸乳液，搅拌5分钟至均匀，用调漆刀挑起浆料观察无明显气泡后，缓慢加入10g增稠剂，将分散速度提高到700rpm，用250g水调节粘度，继续分散10分钟至完全均匀，得到所述建筑涂料；其中结构色颜料应用是制备例1。

实施例2-18、对比例1-5与实施例1的区别如表3所示，

表3实施例2-18、对比例1-5与实施例1的区别(单位：g)

*表3中“-”表示加入量为0g。

对比例6

对比例6与实施例5的区别在于，利用酞青蓝替代实施例5中的结构色颜料，其余保持一致。

对比例7

对比例7与实施例5的区别在于，利用铁红颜料替代实施例5中的结构色颜料，其余保持一致。

性能检测试验

将实施例1-18与对比例1-7制备的建筑涂料涂刷在样板上，干燥后，将样板置于氙灯下进行人工老化，控制波长340nm的辐照强度为0.51W/m²，辐照2000h，直接用仪器进行测试，对比光照前后样板的颜色得到delta E。

本申请所制备的涂料主要应用于建筑墙体内外，而耐候性是指建筑涂料抵抗如光照、冷热、风雨、细菌等造成综合破坏的能力。一般检测建筑涂料的耐候性的实验为人工老化实验。

表4测试结果

类别	Delta E	耐候性
			实施例1	0.49	1500h无褪色
实施例2	0.53	1500h无褪色
			实施例3	0.47	1500h无褪色
实施例4	0.40	1500h无褪色
			实施例5	0.20	1500h无褪色
实施例6	0.39	1500h无褪色
			实施例7	0.38	1500h无褪色
实施例8	0.51	1500h无褪色
			实施例9	0.52	1500h无褪色
实施例10	0.49	1500h无褪色
			实施例11	0.58	1000h无褪色
实施例12	0.56	1000h无褪色
			实施例13	0.44	1500h无褪色
实施例14	0.48	1500h无褪色
			实施例15	0.40	1500h无褪色
实施例16	0.43	1500h无褪色
			实施例17	0.46	1500h无褪色
实施例18	0.49	1500h无褪色
			对比例1	1.02	1000h褪色
对比例2	0.94	1000h褪色
			对比例3	1.15	1000h褪色
对比例4	0.88	1000h褪色
			对比例5	0.76	1000h褪色
对比例6	2.18	800h褪色
			对比例7	2.31	800h褪色

结合实施例1-18和对比例1-7并结合表4可以看出，由实施例1-18制备的建筑涂料具有较高的保色性和耐候性，delta E≤0.58，人工老化1500h无褪色；尤其是由实施例5制备的建筑涂料，delta E为0.20，说明保色性最高。

结合实施例1-5并结合表4可以看出，随着A层与B层的层数的增加，建筑涂料的delta E逐渐减小，说明建筑涂料具有较好的保色性；当A层与B层的层数均为3层时，deltaE最小。

结合实施例5和对比例1-3并结合表4可以看出，当对比例1-3制备的建筑涂料中不加入水性丙烯酸乳液或钛白粉或结构色颜料时，delta E较大，说明建筑涂料的保色性较差；在人工老化1000h后，存在褪色问题，说明耐候性较差。

结合实施例5和对比例6-7并结合表4可以看出，当将本申请所述的结构色颜料更换为酞青蓝或铁红颜料时，经过测试后，delta E分别为2.18和2.31，说明利用酞青蓝或铁红颜料制备建筑涂料时，建筑涂料的保色性和耐候性较差。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一种高保色性建筑涂料，其特征在于，包括以下重量份数的原料，水性丙烯酸乳液40份，钛白粉20份，高岭土7份，重质碳酸钙9份，结构色颜料5份，消泡剂0.05份、分散剂0.35份、润湿剂0.15份、防冻剂0.1份、防腐剂0.02份、增稠剂0.35份、pH调节剂0.1份、成膜助剂1份，水27.5份；

所述结构色颜料通过在基材表面依次向外包覆如下层结构制备得到，所述层结构包括折射率>1.8的A层，折射率≤1.8的B层，所述A层与所述B层依次连续排列，所述A层的层数为3层，且所述A层的厚度为130nm，所述B层的厚度为400nm；

其中所述基材选自无机玻璃、不锈钢鳞片或有机玻璃，所述基材的粒径为2-5μm。

2.根据权利要求1所述的一种高保色性建筑涂料，其特征在于：所述结构色颜料采用以下方法制得，

S1：将所述基材加入水与乙醇的混合液中，然后加入制备A层的原料，搅拌后过滤，得到基材混合物，然后将所述基材混合物在600℃下煅烧3-3.5h，得到带有包覆A层的基材；其中水与乙醇的重量比为2:1；

S2：再将带有包覆A层的基材加入到制备B层的原料中，搅拌15-20min后静置，然后进行过滤处理，得到结构色颜料半成品，再将半成品在600℃下煅烧3-3.5h，得到结构色颜料。

3.根据权利要求1所述的一种高保色性建筑涂料，其特征在于，所述高保色性建筑涂料的delta E≤0.58。