一种自清洁卷材及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种自清洁卷材及其制备方法和应用，该自清洁卷材包含树脂基材层、设置在树脂基材层上的透明膜层，该透明膜层由涂层组合物形成；涂层组合物的原料包含第一组分和第二组分，第一组分的原料包含纳米二氧化钛、甲基二乙氧基硅烷和水，第二组分的原料包含水性聚氨酯、纳米二氧化硅和水；涂层组合物通过在紫外光照射下、在搅拌条件下将第二组分加入第一组分中进行制备，将涂层组合物涂布在树脂基材层的表面，干燥之后即可得自清洁卷材，其兼具超亲水性、涂层耐久性好，可实现持久的抗污自洁性能，适于在冷屋面系统中应用。

权利要求

1.一种自清洁卷材，该自清洁卷材包含树脂基材层，其特征在于，该自清洁卷材还包含设置在所述树脂基材层上的透明膜层，该透明膜层由涂层组合物形成；其中，所述涂层组合物的原料包含第一组分和第二组分，所述第一组分的原料包含纳米二氧化钛、甲基二乙氧基硅烷和水，所述第二组分的原料包含水性聚氨酯、纳米二氧化硅和水；

所述第一组分的原料中，所述纳米二氧化钛、所述甲基二乙氧基硅烷和所述水的投料质量比为1∶0.5‑2.5∶50‑200；

所述涂层组合物的原料中，所述甲基二乙氧基硅烷、所述水性聚氨酯的投料质量比为1∶2‑6；

所述第二组分的原料中，所述纳米二氧化硅、所述水性聚氨酯的投料质量比为1∶1.5‑

3.0；

所述涂层组合物的制备方法包括：在紫外光照射下、在搅拌条件下采用滴加方式将所述第二组分加入所述第一组分中，控制所述第二组分的滴加速度为每分钟的滴加量占所述第一组分总重量的0.01%‑1%；

所述树脂基材层的材质为热塑性聚烯烃弹性体。

2.根据权利要求1所述的自清洁卷材，其特征在于，制备所述涂层组合物的实施方式包括：将所述第一组分中的原料混合得到第一预混物，然后将所述第二组分中的原料混合得到第二预混物，然后在紫外光照射下、在搅拌条件下将所述第二预混物滴加至所述第一预混物中，滴加完毕，继续紫外光照射和搅拌。

3.根据权利要求1所述的自清洁卷材，其特征在于，所述第二组分的原料中，所述纳米二氧化硅、所述水性聚氨酯和所述水的投料质量比为1∶1.5‑3.0∶50‑200。

4.根据权利要求1所述的自清洁卷材，其特征在于，所述纳米二氧化钛为亲水性锐钛型2

纳米二氧化钛，比表面积为80‑200m/g，粒径为15‑50nm。

5.根据权利要求1所述的自清洁卷材，其特征在于，所述纳米二氧化硅为气相法二氧化硅或沉淀法纳米二氧化硅，粒径为5‑200nm。

6.一种权利要求1‑5中任一项权利要求所述的自清洁卷材的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：采用涂布的方式将所述涂层组合物涂布在所述树脂基材层的表面，然后晾干或加热干燥。

7.一种权利要求1‑5中任一项权利要求所述的自清洁卷材在冷屋面系统中的应用。

说明书

一种自清洁卷材及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及防水材料技术领域，具体涉及一种自清洁卷材及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 近些年在环境保护主题下，节能环保无论在寻常百姓以及企业工厂中都受到了许多关注，在建筑建材领域，冷屋面系统(通过对阳光进行反射来降低室内温度的屋面综合构造)就是节能减排的重要手段之一。依据北京市空间监测数据，统计北京市商业建筑面积在7000万平方米左右，商业建筑制冷费用约每年每平米108元，每年用于商业建筑的制冷费用约为76亿人民币，而北京2018年全市用电1040亿度电，电费约700亿人民币，商业建筑的制冷费用相当于全北京用电费用的1/10，而一个好的冷屋面系统每年可以节约空调费用达
10％‑40％，冷屋面系统已经逐渐引起了我国屋面设计者和广大业主的高度重视。

[0003] 目前市面上的一些沥青类的屋面卷材在使用寿命方面受限，长期使用在老化后会发生渗漏现象，而TPO单层屋面系统(采用热塑性聚烯烃类(TPO)防水卷材)具有较好的耐老化性能，通常可使用20年左右，所以目前市面上主要选用TPO单层屋面系统来作为冷屋面的防水层，与此同时，由于TPO表面光泽度可调，可具有较高的阳光反射率，使热量不容易渗入到房间以内，进而可以避免房内温度升高，从而节约空调电能。但是在现有平均空气环境质量下，在2年左右的时间后，由于空气中的污染物在卷材表面堆积，使其表面的反射效率大大降低，对热量的降低作用会减弱，限制了TPO单层屋面在冷屋面系统中的应用。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种改进的兼具超亲水性、涂层耐久性好的卷材，该卷材能够实现持久的抗污自洁性能。

[0005] 本发明同时还提供了一种上述能够实现持久的抗污自洁性能的卷材的制备方法。

[0006] 本发明同时还提供了一种上述能够实现持久的抗污自洁性能的卷材在冷屋面系统中的应用，能够实现对阳光进行高效且持久的反射，使热量不容易渗入到房间以内，进而可以避免房内温度升高，从而节约空调电能。

[0007] 为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：

[0008] 一种自清洁卷材，该自清洁卷材包含树脂基材层、设置在所述树脂基材层上的透明膜层，该透明膜层由涂层组合物形成；其中，所述涂层组合物的原料包含第一组分和第二组分，所述第一组分的原料包含纳米二氧化钛、甲基二乙氧基硅烷和水，所述第二组分的原料包含水性聚氨酯、纳米二氧化硅和水；

[0009] 所述涂层组合物的原料中，所述甲基二乙氧基硅烷、所述水性聚氨酯的投料质量比为1∶ 2‑6；

[0010] 所述第二组分的原料中，所述纳米二氧化硅、所述水性聚氨酯的投料质量比为1∶1.5‑3.0；

[0011] 所述涂层组合物的制备方法包括：在紫外光照射下、在搅拌条件下将所述第二组分加入所述第一组分中。

[0012] 根据本发明的一些优选且具体的方面，所述涂层组合物的原料中，所述甲基二乙氧基硅烷、所述水性聚氨酯的投料质量比为1∶2.4‑6。

[0013] 根据本发明的一些优选且具体的方面，所述第二组分的原料中，所述纳米二氧化硅、所述水性聚氨酯的投料质量比为1∶2.0‑3.0。

[0014] 根据本发明的一些优选方面，在所述涂层组合物的制备过程中，采用滴加方式将所述第二组分加入所述第一组分中。

[0015] 进一步地，控制所述第二组分的滴加速度为每分钟的滴加量占所述第一组分总重量的 0.01％‑1％。在本发明的一些实施方式中，控制所述第二组分的滴加速度为每分钟的滴加量占所述第一组分总重量的0.05％‑0.5％。

[0016] 根据本发明的一些优选方面，制备所述涂层组合物的实施方式包括：将所述第一组分中的原料混合得到第一预混物，然后将所述第二组分中的原料混合得到第二预混物，然后在紫外光照射下、在搅拌条件下将所述第二预混物滴加至所述第一预混物中，滴加完毕，继续紫外光照射和搅拌。

[0017] 根据本发明的一些优选方面，所述第一组分的原料中，所述纳米二氧化钛、所述甲基二乙氧基硅烷和所述水的投料质量比为1∶0.5‑2.5∶50‑200。

[0018] 根据本发明的一些优选方面，所述第二组分的原料中，所述纳米二氧化硅、所述水性聚氨酯和所述水的投料质量比为1∶1.5‑3.0∶50‑200。

[0019] 根据本发明的一些优选方面，所述涂层组合物的原料中，所述第一组分与所述第二组分的投料质量比为1∶0.5‑5。

[0020] 在本发明的一些实施方式中，所述纳米二氧化钛为亲水性锐钛型纳米二氧化钛，2
比表面积为80‑200m/g，粒径为15‑50nm。

[0021] 在本发明的一些实施方式中，所述纳米二氧化硅为气相法二氧化硅或沉淀法纳米二氧化硅，粒径为5‑200nm。

[0022] 在本发明的一些实施方式中，所述树脂基材层的材质为热塑性聚烯烃弹性体。

[0023] 根据本发明的一个具体方面，所述树脂基材层为TPO卷材，以质量份数计，其包括以下组分：TPO 100份、POE 5‑40份、钛白粉5‑15份、阻燃剂2.5‑8份、相容剂0.5‑5份；所述阻燃剂包括氢氧化镁、氢氧化铝和三氧化二锑中的一种或多种组成的混合物，所述相容剂为 RPS相容剂。

[0024] 在本发明的一些实施方式中，所述TPO卷材通过将上述各组分放入到高速混合机中，温度为140℃‑190℃，转速为1000‑1600r/min，得到混合料，挤出压延，即得。该卷材有着优异的阻隔性能，可使水蒸气不透过卷材，有着十分优异的防水性，同时该卷材可以应对各种恶劣使用环境，因其基材具有优异的阻燃性能、耐候性和耐腐蚀性能，可以实现在屋顶的长期服役。

[0025] 本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的自清洁卷材的制备方法，该制备地方法包括：采用涂布的方式将所述涂层组合物涂布在所述树脂基材层的表面，然后晾干或加热干燥。

[0026] 本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的自清洁卷材在冷屋面系统中的应用。

[0027] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

[0028] 发明人发现甲基二乙氧基硅烷相对四烷氧基硅烷在纳米二氧化钛和紫外光照射下能够水解并形成空隙更大的网状结构，然而实践发现，此种网状结构可以在硅基材上实现较好的附着，对于树脂基材层却难以实现长久粘接，容易在室外的冷热环境中发生脱落和缺失，进一步地，发明人创新地将水性聚氨酯与纳米二氧化硅相混合后共同加入，水性聚氨酯能够裹挟纳米二氧化硅较好地填充在网状结构的空隙结构中，并且由于水性聚氨酯的存在，纳米二氧化硅能够牢牢地嵌入该较大的空隙结构中，尤其是水性聚氨酯还能够穿过该空隙结构并在整体结构中形成类似垫层和保护层的作用，当将涂层组合物覆设在树脂基材层上，一方面，可以实现超亲水性，使得雨水可轻易带走卷材表面的污染物，使得卷材表面保持较好的反射率，从而提高其降温性能，有着优异的节能效果；另一方面，可以实现优异的附着粘接性，使得涂层长久耐用。

具体实施方式

[0029] 以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

[0030] 下述实施例中未作特殊说明，所有原料均来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。

[0031] 下述中，纳米二氧化钛为亲水性锐钛型纳米二氧化钛，比表面积为100m2/g，粒径为15nm，购自宁波极微纳新材料科技有限公司，牌号JWN‑A10；

[0032] 纳米二氧化硅为气相法纳米二氧化硅，粒径100nm，购自湖北汇富纳米材料股份有限公司，牌号HL‑380；

[0033] 水性聚氨酯，购自江苏凯伦建材股份有限公司，牌号PU‑106；

[0034] 甲基二乙氧基硅烷，购自济南普莱华化工有限公司；

[0035] TPO，购自江苏凯伦建材股份有限公司，牌号TPO‑103；

[0036] POE，购自三井化学股份有限公司，牌号DF‑810；

[0037] 相容剂RPS，购自沐冶新材料科技(上海)有限公司，牌号RPS‑1005。

[0038] 实施例1

[0039] 本例提供一种自清洁卷材及其制备方法，该自清洁卷材包含树脂基材层、设置在树脂基材层上的透明膜层，该透明膜层由涂层组合物形成；

[0040] 其中，涂层组合物的原料包含第一组分和第二组分，第一组分和第二组分的质量比为1∶ 2；

[0041] 第一组分的原料包含纳米二氧化钛2份、甲基二乙氧基硅烷2.5份和水100份，第二组分的原料包含纳米二氧化硅1份、水性聚氨酯3份和水90份；

[0042] 以质量份数计，树脂基材层的原料包括：TPO 100份、POE 5份、钛白粉5份、阻燃剂氢氧化镁2.5份、相容剂RPS 0.5份。

[0043] 该自清洁卷材的制备方法包括：

[0044] (1)树脂基材层的制备

[0045] 将TPO 100份、POE 5份、钛白粉5份、阻燃剂氢氧化镁2.5份、相容剂RPS 0.5份放入到高速混合机中，设置温度为150℃，转速为1200r/min，得到混合料，挤出压延(工艺参数为：温度200℃，螺杆转速20r/min)成树脂基材层；

[0046] (2)涂层组合物的制备

[0047] 将第一组分中的原料混合得到第一预混物，然后将第二组分中的原料混合得到第2
二预混物，然后在紫外光照射(具体工作条件为：功率：100W，辐照度：1w/m)下、在500r/min 搅拌条件下将第二预混物滴加至所述第一预混物中(控制第二组分的滴加速度为每分钟的滴加量占第一组分总重量的0.05％)，滴加完毕，继续紫外光照射和搅拌12h，即得；

[0048] (3)自清洁卷材的制备

[0049] 采用涂布的方式将涂层组合物涂布在树脂基材层的表面，然后在60℃下烘干，形成附着在树脂基材层上的透明膜层，控制透明膜层的厚度、树脂基材层的厚度之比为0.3∶1，制得自清洁卷材。

[0050] 实施例2

[0051] 本例提供一种自清洁卷材及其制备方法，该自清洁卷材包含树脂基材层、设置在树脂基材层上的透明膜层，该透明膜层由涂层组合物形成；

[0052] 其中，涂层组合物的原料包含第一组分和第二组分，第一组分和第二组分的质量比为1∶ 2；

[0053] 第一组分的原料包含纳米二氧化钛2份、甲基二乙氧基硅烷1份和水100份，第二组分的原料包含纳米二氧化硅1份、水性聚氨酯2.5份和水90份；

[0054] 其他同实施例1。

[0055] 实施例3

[0056] 本例提供一种自清洁卷材及其制备方法，该自清洁卷材包含树脂基材层、设置在树脂基材层上的透明膜层，该透明膜层由涂层组合物形成；

[0057] 其中，涂层组合物的原料包含第一组分和第二组分，第一组分和第二组分的质量比为1∶ 2；

[0058] 第一组分的原料包含纳米二氧化钛1.5份、甲基二乙氧基硅烷1份和水100份，第二组分的原料包含纳米二氧化硅2份、水性聚氨酯3份和水90份；

[0059] 其他同实施例1。

[0060] 对比例1

[0061] 基本同实施例1，其区别仅在于：不加水性聚氨酯；其他不变。

[0062] 对比例2

[0063] 基本同实施例1，其区别仅在于：二氧化硅0.1g；其他不变。

[0064] 对比例3

[0065] 基本同实施例1，其区别仅在于：涂层组合物的制备方法为：将纳米二氧化钛溶解在水中，在紫外光照射下，缓慢滴加甲基二乙氧基硅烷，然后继续照射12h；然后与第二组分的原料混匀；其他不变。

[0066] 性能测试

[0067] 对实施例1‑3以及对比例1‑3进行不透水性测试、水接触角测试，光反射率测试、砂砾耐磨测试、低温弯折测试，为验证自清洁效果，将实施例1‑3以及对比例1‑3倾斜45°放置于空旷区域同一位置，观察1年灰尘堆积情况(以●表示灰尘很少，以▲表示灰尘少许，以★表示灰尘较多)，并再次测试光反射率和水接触角，具体结果参见表1所示。

[0068] 表1

[0069]

[0070] 测试方法(测试标准)：

[0071] 水接触角测试：GB/T30693‑2014；

[0072] 光反射率测试：ASTMD2745‑2008；

[0073] 砂砾耐磨测试：将样品水平放置，在距离样品50cm垂直高度向下倾倒1600g沙粒，使沙粒全部落在样品表面；

[0074] 不透水性测试：GB/T328.10‑2007；

[0075] 低温弯折测试：GB/T328.15‑2007。

[0076] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

[0077] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。