一种水性防霉防潮隔音吸声高环保弹性墙体涂料及其制备方法与流程

本技术涉及建筑涂料领域，尤其是涉及一种水性防霉防潮隔音吸声高环保弹性墙体涂料及其制备方法。

背景技术：

1、墙体涂料广泛应用于建筑内外墙的装饰与保护。目前市场上常见的墙体涂料包括普通乳胶漆、弹性涂料、防霉涂料及隔音涂料等类型。其中，普通乳胶漆装饰性好、耐擦洗；弹性涂料通过引入弹性树脂改善涂膜的抗开裂性能；防霉涂料添加杀菌防霉成分以抑制霉菌滋生；隔音涂料通常采用厚层砂浆或纤维增强体系以降低噪音传播。

2、然而，上述墙体涂料在实际应用中普遍存在功能单一、综合性能不足的问题。具体而言：普通乳胶漆涂膜较脆，基层变形或温度变化时易开裂，且不具备隔音功能；弹性涂料涂膜致密，透气性较差，在潮湿环境下易出现鼓泡、脱落或霉变，防潮防霉效果不佳；传统防霉涂料为追求杀菌效果，常添加甲醛释放型防腐剂或重金属化合物，对人体健康及环境存在潜在危害；现有隔音涂料多为水泥基或厚质砂浆体系，施工厚度大，表面粗糙，装饰性差，难以直接作为饰面层使用。综上，现有技术难以同时满足抗开裂、防霉、防潮、隔音、环保及装饰性等多方面需求。

3、因此，本领域仍然需要开发一种能够综合解决上述缺陷的墙体涂料，即同时具备良好的抗开裂性能、防霉防潮性能、隔音吸声性能、高环保性以及良好的装饰效果，且施工厚度适中、可直接作为饰面层使用的墙体涂料产品。

技术实现思路

1、为了综合提升墙体涂料的抗开裂、防霉防潮、隔音吸声及环保性能，本技术提供一种水性防霉防潮隔音吸声高环保弹性墙体涂料及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种水性防霉防潮隔音吸声高环保弹性墙体涂料，采用如下的技术方案：

3、一种水性防霉防潮隔音吸声高环保弹性墙体涂料，其制备原料包括以下重量份的组分：改性丙烯酸酯乳液40-60份、颜填料20-30份、气相二氧化硅1-10份、玻璃纤维5-15份、助剂1-10份、水1-10份以及增稠剂0.1-1%；所述改性丙烯酸酯乳液是一种以有机硅单体/丙烯酸酯共聚物为核、含氟单体/丙烯酸酯共聚物为壳的核壳结构型乳液。

4、发明人发现，采用核壳结构改性丙烯酸酯乳液，将疏水含氟链段富集于壳层、弹性有机硅链段集中于核层，实现涂层内部的界面功能分区，再与气相二氧化硅及玻璃纤维形成的多层反射-散射-吸收声学结构相配合，意外地发现能够在3-5mm的薄涂厚度下同时获得优异的弹性抗开裂性、长效防霉防潮性、高效隔音吸声性以及高环保性。

5、具体而言，墙体涂料固化后的涂层，因乳液中含氟壳层的疏水作用，表面水分滞留时间显著缩短，从而有效抑制霉菌的附着与繁殖。即使涂层表面存在局部缺陷，核壳结构所赋予的致密膜层也能阻止水分渗透至底材，从根源上杜绝霉变。这一机制避免了传统防霉剂的使用，显著提升了涂料的环保性能。

6、乳液中核层有机硅提供的高弹性，与玻璃纤维的高模量及气相二氧化硅的纳米增强效应相结合，使涂膜在保持优异断裂伸长率的同时，拉伸强度也得到意外提升，实现了“既柔又强”的力学平衡，克服了普通弹性涂料“越弹越软”的缺陷。

7、玻璃纤维在涂层中形成三维交错的纤维骨架：一方面，作为增强体显著提高涂层的拉伸强度和抗开裂能力；另一方面，纤维与纤维之间、纤维与纳米粒子之间构成微米-纳米多级界面。当声波到达这些界面时，由于阻抗失配，声波被强烈反射和散射，延长声波传播路径，从而在3-5mm的薄涂厚度下即可实现显著的隔音改善。

8、同时，气相二氧化硅的触变性保证涂料施工时流平性好、不流挂。其在涂料中均匀分散后，形成疏松的纳米多孔网络，当声波传入涂层时，声波在纳米孔道中发生多次反射、折射及黏滞损耗，声能转化为热能而被吸收，赋予涂层高吸声系数。此外，纳米粒子表面丰富的硅羟基可与乳液成膜物形成氢键或化学键，增强涂层的内聚强度。气相二氧化硅的纳米多孔吸声与玻璃纤维的反射散射隔音互为补充，形成“吸-反-吸”的多重声学结构，综合提升涂层的降噪能力。

9、综上所述，本技术通过核壳结构乳液的界面功能分区设计，与气相二氧化硅/玻璃纤维构建的多级声学结构相耦合，在无需有害添加剂且厚度仅3-5mm的条件下，意外地同时实现了高弹性抗开裂、长效防霉防潮、高效隔音吸声及高环保性。

10、在一个具体的可实施方案中，所述改性丙烯酸酯乳液的制备包括如下步骤：

11、s1、将水、乳化剂、碳酸氢钠混合后，滴加核层单体混合物（包含丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯及有机硅单体），搅拌预乳化后，滴加过硫酸铵引发剂溶液反应，形成核层种子乳液；

12、s2、将水、乳化剂与壳层单体混合物（包含丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯及功能性单体）搅拌混合，形成壳层预乳化液；

13、s3、将步骤s2制得的所述壳层预乳化液滴加至步骤s1制得的所述核层种子乳液进行核壳聚合反应，补加过硫酸铵引发剂溶液进行熟化反应，后处理得到所述改性丙烯酸酯乳液。

14、优选的，步骤s2中所述功能性单体选自甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或两种；进一步优选的，所述功能性单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯。

15、通过采用上述步骤制得的改性丙烯酸酯乳液，具有以有机硅/丙烯酸酯共聚物为核、含氟/丙烯酸酯共聚物为壳的核壳结构，其中壳层含氟链段赋予涂层优异的疏水防潮性能及低表面能特性，核层有机硅链段赋予涂层良好的柔韧性与抗开裂性能，甲基丙烯酸缩水甘油酯作为功能性单体提供的环氧基可参与后续交联反应，进一步增强涂膜的内聚力和耐水性，从而为墙体涂料实现长效防霉、高弹性、隔音吸声及高环保性奠定了基础。

16、在一个具体的可实施方案中，在上述改性丙烯酸酯乳液的制备中，所述核层单体混合物与壳层单体混合物的重量比为(0.8-1.2):1。

17、发明人经大量实验得到验证，当核层单体混合物与壳层单体混合物的重量比控制在(0.8-1.2):1范围内时，所制得的改性丙烯酸酯乳液能够在涂膜中实现弹性与疏水防潮性能的最佳平衡。在该比例下，核层提供的有机硅弹性链段与壳层提供的含氟疏水链段在涂膜中形成连续、致密且界面结合牢固的核壳结构，既保证了涂膜在基层变形时具有足够的柔韧性和抗开裂能力，又赋予了涂膜表面优异的疏水效果，同时壳层功能性单体提供的交联位点进一步增强了涂膜的内聚强度和耐水性，为后续与气相二氧化硅、玻璃纤维等填料复配制备高性能墙体涂料奠定了坚实的成膜物基础。

18、当核层单体比例过高时，壳层单体相对不足，会导致壳层单体无法完全包覆核层种子乳液，部分核层聚合物暴露于乳胶粒表面，使得含氟链段无法有效富集于涂膜表面，疏水防潮性能显著下降，水接触角下降，防霉效果随之减弱；并且过量有机硅链段使涂膜过度柔软，虽然断裂伸长率进一步提高，但拉伸强度明显下降，涂层在受到外力时易发生塑性变形或蠕变，抗划伤性和耐磨性变差，出现“越弹越软”的缺陷；改性丙烯酸酯乳液还会因表面缺乏足量含氟链段的乳胶粒与气相二氧化硅、玻璃纤维等填料的界面结合力减弱，填料分散均匀性变差，影响隔音吸声结构的形成，最终导致隔音效果降低。

19、而当壳层单体比例过高时，核层单体相对不足，会导致含氟链段具有较高的刚性，过量引入会使涂膜整体刚度过高、柔韧性下降，断裂伸长率同步下降；墙体基层发生热胀冷缩或微小形变时，涂层易出现开裂、粉化或剥离，失去弹性涂料的抗开裂优势；含氟聚合物与丙烯酸酯聚合物的相容性有限，壳层过厚时乳胶粒内部应力增大，成膜过程中可能发生相分离，导致涂膜外观粗糙、光泽度下降，甚至出现微裂纹或针孔缺陷；并且含氟单体（如甲基丙烯酸十二氟庚酯）价格远高于普通丙烯酸酯单体，壳层比例过高会大幅提高原料成本，降低产品的市场竞争力；并且，过量的含氟链段富集于涂膜表面，虽增强了疏水性，但也可能降低涂层与亲水性墙体底材（如水泥砂浆、腻子层）之间的附着力，导致长期使用后涂层起泡，脱落。

20、在一个具体的可实施方案中，所述气相二氧化硅经硅烷偶联剂改性；进一步优选的，所述硅烷偶联剂为kh-570。

21、通过采用kh-570对气相二氧化硅进行改性，kh-570的烷氧基水解后形成硅醇，与气相二氧化硅表面的硅羟基发生缩合反应，形成共价键，从而将kh-570中可参与自由基聚合的碳碳双键锚定在气相二氧化硅的表面。改性后的气相二氧化硅与改性丙烯酸酯乳液混合时，其表面的双键可与乳液中的丙烯酸酯共聚物发生交联，从而将无机纳米粒子通过共价键牢固地锚定在聚合物网络中。这一方面显著改善了气相二氧化硅在涂料体系中的分散稳定性，避免了纳米粒子的团聚；另一方面增强了无机填料与有机成膜物之间的界面结合强度，使得气相二氧化硅的纳米多孔结构能够更有效地与玻璃纤维协同构建稳定的“吸-反-吸”多层声学结构，进一步提升了涂层的隔音吸声性能、力学强度及耐久性。

22、同时，kh-570改性后气相二氧化硅表面的有机链段也赋予其一定的疏水性，与含氟壳层的疏水效应形成互补，协同降低涂层吸水率，增强长效防霉防潮效果。

23、在一个具体的可实施方案中，所述颜填料选自钛白粉、滑石粉中的一种或两种；进一步优选的，所述颜填料包括钛白粉和滑石粉，所述钛白粉与滑石粉的重量比为(2-5):1。

24、发明人发现，当钛白粉与滑石粉的重量比控制在(2-5):1范围内时，所制得的墙体涂料能够在遮盖力、耐擦洗性、光泽度及力学性能之间取得最佳平衡。钛白粉（如金红石型二氧化钛）具有高折射率和优异的光散射能力，是该涂料体系主要的白色颜料和遮盖力来源，同时其高反射性能有助于降低涂层表面温度，间接抑制霉菌生长；滑石粉（如硅酸盐矿物）呈片状结构，能够填充钛白粉颗粒之间的空隙，提高涂膜的致密性和光泽度，并显著增强涂层的耐摩擦性和打磨性。两者按(2-5):1复配时，钛白粉提供足够的遮盖力，滑石粉则改善施工手感和涂膜平整度，同时片状滑石粉与玻璃纤维、气相二氧化硅形成多尺度增强网络，进一步协同提升涂层的抗开裂和隔音性能。

25、当钛白粉比例过高，导致滑石粉用量过少时，无法有效填充钛白粉颗粒间的空隙，涂层内部孔隙率增加，导致涂膜致密性降低，水分和有害物质更易渗透，削弱防潮防霉效果；并且因滑石粉的片状结构具有润滑和增强作用，缺少足够的滑石粉会使涂层表面摩擦系数增大，耐擦洗次数可能降低，从而会影响涂层的使用寿命；同时，钛白粉比例过高可能导致涂层表面粗糙度增加，光线散射加剧，光泽度下降或不均一，会影响墙体的装饰效果，而且钛白粉价格远高于滑石粉，过高的钛白粉比例会显著提高原料成本，降低经济效益。

26、当滑石粉比例过高，因滑石粉的折射率远低于钛白粉，单位质量滑石粉的遮盖能力远不及钛白粉，涂层无法有效覆盖基层底色，必须增加施工遍数才能达到满意的遮盖效果；过量滑石粉还会破坏聚合物成膜的连续相，使涂层变脆，柔韧性下降，断裂伸长率明显降低，抗开裂能力减弱；同时涂层表面易产生粉化现象，耐擦洗性也显著下降；又因滑石粉呈片状具备疏水性，过量加入会干扰玻璃纤维在涂层中的分散效果，从而削弱纤维骨架的增强效果，导致隔音吸收性能降低；并且钛白粉不足时，涂层表面对紫外线的屏蔽能力下降，因此，该涂层长期暴露于阳光下可能发生光降解或泛黄变色。

27、在一个具体的可实施方案中，所述助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂、成膜助剂、防腐剂、ph调节剂。

28、通过采用上述技术方案，本技术在助剂选择上兼顾了性能需求与环保要求。具体而言：分散剂、润湿剂、消泡剂、ph调节剂为涂料体系所必需，分别用于保证颜填料的均匀分散、底材的充分润湿、生产施工过程中气泡的消除及体系的ph稳定；成膜助剂选用低voc品种以促进乳胶粒在环境温度下融合成膜，同时尽量减少其用量；防腐剂因乳液聚合阶段已引入必要的罐内保护，此处在配制涂料时仅作极微量补充，且优先选用无甲醛、无异噻唑啉酮类敏感成分的环保型产品。

29、尤为重要的是，本技术未额外添加任何传统防霉剂（如邻苯基苯酚、bit20等），涂料的长效防霉防潮性能完全依赖于核壳结构乳液中含氟壳层的疏水效应及致密成膜特性，从而从源头上避免了有毒杀菌剂对人体健康及环境的潜在危害，真正实现了“助剂精简、性能优异”的高环保目标。

30、第二方面，本技术提供一种水性防霉防潮隔音吸声高环保弹性墙体涂料的制备方法，采用如下的技术方案：

31、一种水性防霉防潮隔音吸声高环保弹性墙体涂料的制备方法，包括以下步骤：

32、将助剂分散于水中，搅拌均匀，在搅拌条件下依次加入颜填料、气相二氧化硅、玻璃纤维，再加入改性丙烯酸酯乳液，搅拌均匀，最后加入增稠剂调节涂料粘度至80-120ku，过滤出料，即得所述水性防霉防潮隔音吸声高环保弹性墙体涂料。

33、通过采用上述步骤制得的水性防霉防潮隔音吸声高环保弹性墙体涂料，其各组分分布均匀、体系稳定，固化后能够形成以核壳乳液为连接相、玻璃纤维为骨架、气相二氧化硅填充孔隙的多层复合结构，从而稳定地赋予涂层高弹性抗开裂、长效防霉防潮、高效隔音吸声及高环保性的综合性能。

34、在制备过程中，助剂预分散的水相使先加入的颜填料、气相二氧化硅、玻璃纤维得到了充分润湿和均匀分散，避免了这些填料直接与高浓度乳液混合时可能出现的团聚或絮凝现象。同时，将改性丙烯酸乳液在后续阶段加入，有效保护了核壳结构的完整性，从而保障了涂料的储存稳定性、施工流平性及抗流挂性。

35、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

36、1、本技术通过采用以有机硅/丙烯酸酯共聚物为核、含氟/丙烯酸酯共聚物为壳的核壳结构改性丙烯酸酯乳液，使含氟疏水链段富集于涂层表面、有机硅弹性链段集中于涂层内部，实现了涂层内部的界面功能分区，在不添加传统有害防霉剂的前提下获得了长效防霉防潮性能，同时赋予涂膜优异的弹性抗开裂能力，显著提升了涂料的环保性和耐久性。

37、2、本技术通过采用经kh-570硅烷偶联剂改性的气相二氧化硅与玻璃纤维复配，使纳米多孔二氧化硅与三维纤维骨架形成“吸-反-吸”的多层声学结构，同时纳米粒子表面引入的双键可与乳液发生化学接枝，显著改善填料分散性及界面结合强度，从而在3-5mm的薄涂厚度下实现了高效隔音吸声性能。