一种硅酸盐改性硅溶胶基水性无机涂料

技术领域

本发明属于无机涂料及其制备方法技术领域，具体涉及一种硅酸盐改性硅溶胶基水性无机涂料。

背景技术

在涂料的分类中按照成膜物质来划分涂料的种类，可以将涂料分为有机涂料和无机涂料。有机涂料是指以高分子化合物为主要成膜物质所组成的涂料，其主要原材料来源于煤、石油、天然气等天然资源，加工时会产生大量的副产物和挥发性溶剂以及剩余单体，既造成了环境污染又浪费了大量的资源和能源。有机涂料在附着强度、柔韧性、光泽和装饰性等方面性能比较优异，但其在热稳定性、环保性、耐老化和表面硬度等方面的性能不如无机涂料。无机涂料是全无机矿物涂料的简称，是指主要成膜物质或粘结剂为无机材料，同时辅以适当的填料、颜料、助剂、改性剂等成分，经充分研磨等工艺而形成的涂料。

无机涂料在很多方面显示出了有机涂料难以比拟的优越性。首先，无机建筑涂料的耐高温性好。在1200℃火焰下不会燃烧而且还具有阻燃性能，也不会在高温下释放有毒气体；而有机成膜物质耐热性有限，即使耐高温树脂也难以在350℃下长期使用。其次，无机建筑涂料环保性能优异。无机涂料本身无毒无害，生产过程中无环境污染；而有机涂料含有甲醇、卤代烃、苯系物、二异氰酸酯游离单体以及挥发性有机化合物(VOC)等成分，会对人体健康造成危害。第三，无机建筑涂料拥有资源丰富的优势，其主要取材于普通、贮量丰富的金属氧化物或天然矿石；而有机建筑涂料的制备需要消耗大量的石油资源。第四，无机涂料多数呈碱性，可与墙体基材中的石灰产生化学反应生成硅酸钙晶体，能够和墙体形成一体，因而其附着力特别好；有机涂料本身为酸性，长时间使用后存在粉化，起泡等弊病。第五，无机建筑涂料耐候、耐溶剂性以及抗苔藓和藻类滋长性能优异，因此无机建筑涂料的使用寿命明显长于有机建筑涂料。第六，无机建筑涂料涂膜为多孔结构，其具有优异的透气性，基底中的水能够向外界蒸发，从而保持基底的干燥；而有机建筑涂料在基底表面成膜，透气性比较差。

一般来说，水性无机涂料以硅酸盐(主要为硅酸钠、硅酸锂)水溶液为无机成膜物，该类涂料结合力强、强度高，耐碱性、耐热性好，然而硅酸盐涂料的耐水性较差，其固化过程中容易发生起皮开裂的情况，且硅酸盐涂膜中的多孔硅氧骨架结构会影响涂膜的致密性，疏松的涂膜对于颜料和填料的包裹性不足，造成了无机建筑涂料在施工完成后，或者使用一段时间后出现干擦掉粉现象，降低了该涂料的使用寿命，极大制约了其在建筑涂料领域中的大规模应用。而硅溶胶基无机涂料成膜依靠硅溶胶胶体粒子间相邻的-OH基脱水形成-Si-O-Si-立体网状结构。由于不含碱金属离子，故其涂膜耐水性好，但由于涂料成膜过程中体积收缩较大而易出现龟裂等不良现象，目前几乎没有单独使用硅溶胶作为成膜物质制备涂料的工艺。当前市场上所谓的硅溶胶基无机涂料，大多使用有机高分子成膜物对其进行改性，形成有机-无机复合杂化的硅溶胶涂料，但因为存在有机物，会造成一定的环境污染。

发明内容

为了解决上述技术问题，基于硅酸钾与硅溶胶不同的成膜机理，本发明通过乳液共混法将硅酸盐(硅酸钠、硅酸钾)成膜物与硅溶胶进行化学复配，改善微观交联结构，构建出凝结程度高、拉伸强度大、耐水性好的纤维状结构网络。该无机涂料中的有机物含量比较少，环境友好且具备一定的防火阻燃性，无特殊气味,不含汞、铅等重金属，无VOC挥发物。在涂料中硅酸盐的单体起着粘合作用，促使硅溶胶胶体粒子有效碰撞产生粒子间键形成长的细小纤维状的硅氧链和网络，从而形成多孔高分子骨架结构，增强涂料耐水性的同时减小涂膜交联固化过程中的内应力与收缩率，防止起皮开裂的情况出现；此外，硅酸盐沉积在硅溶胶无机成膜物的结构中，使得硅酸在硅溶胶的胶体粒子之间形成高强度的凝胶桥，无机成膜物硅溶胶粒子之间形成刚性互联的、多孔的、三维的网络结构，其与墙体基材结合能力增强，常温固化，不易产生裂纹，涂料耐水性增强；

为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种硅酸盐改性硅溶胶基水性无机涂料，由以下成分组成：

悬浮剂0％～1％、消泡剂0％～1％、分散剂1％～2％、增稠剂2％～5％、钛白粉8％～10％、苯丙4％～8％、重钙15％～20％，硅酸钾20％～30％，硅溶胶10％～15％，水余量8％～40％；

优选的，所述悬浮剂0.5％、消泡剂0.5％、分散剂1％、增稠剂2％、钛白粉8％、苯丙5.6％、重钙20％、硅酸钾24％、硅溶胶10％、水28.4％。

本发明的另一目的在于提供一种硅酸盐改性硅溶胶基水性无机涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1：在常温下，使用高速分散机在高转速下按照1:10的配比加入悬浮剂和去离子水，得到透明胶状聚合物；

S2：常温下加入钛白粉、重质碳酸钙，研磨分散1～1.5h，得到钛白粉、重质碳酸钙均匀分散的乳白色胶状聚合物，其中重质碳酸钙为800目～1250目；

S3：常温下，在低转速下按顺序加入硅酸钾、硅溶胶、苯丙乳液搅拌分散1.5～2h；其中硅溶胶滴加速率应控制在5～8ml/min，水玻璃模数为2.5～3.3；

S4：加入消泡剂0％～1％、润湿分散剂1％～2％，以及剩余的去离子水，搅拌分散0.5h，得到乳白色溶液；

S5：加入2％～5％增稠剂，分散0.5h，得到无机涂料成品。

优选的，所述钛白粉为金红石型二氧化钛；

优选的，所述S1中高转速为1200～1500r/min，S3中低转速为800r/min。

本发明的有益效果是：

本发明基于硅酸钾与硅溶胶不同的成膜机理，通过乳液共混法将硅酸盐(硅酸钠、硅酸钾)成膜物与硅溶胶进行化学复配，构建出凝结程度高、拉伸强度大、耐水性好的纤维状结构网络。其有机物含量比较少，环境友好且具备一定的防火阻燃性，无特殊气味,不含汞、铅等重金属，无VOC挥发物。在涂料中硅酸盐的单体起着粘合作用，促使胶体粒子有效碰撞产生粒子间键形成长的细小纤维状的硅氧链和网络，从而形成多孔高分子骨架结构；并且硅酸盐沉积在硅溶胶无机成膜物的结构中，使得硅酸在硅溶胶的胶体粒子之间形成高强度的凝胶桥，无机成膜物硅溶胶粒子之间形成刚性互联的、多孔的、三维的网络结构，其与墙体基材结合能力增强，常温固化，不易产生裂纹，涂料耐水性增强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所制备涂料涂覆在不同基质上附着性能及成膜性能示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种硅酸盐改性硅溶胶基水性无机涂料，由以下成分组成：

悬浮剂0％～1％、消泡剂0％～1％、分散剂1％～2％、增稠剂2％～5％、钛白粉8％～10％、苯丙4％～8％、重钙15％～20％，硅酸钾20％～30％，硅溶胶10％～15％，水余量8％～40％；

优选的，所述悬浮剂0.5％、消泡剂0.5％、分散剂1％、增稠剂2％、钛白粉8％、苯丙5.6％、重钙20％、硅酸钾24％、硅溶胶10％、水28.4％；

本发明的另一目的在于提供一种硅酸盐改性硅溶胶基水性无机涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1：在常温下，使用高速分散机在高转速下按照1:10的配比加入悬浮剂和少量去离子水，得到透明胶状聚合物；

S2：常温下加入钛白粉、重质碳酸钙，研磨分散1～1.5h，得到钛白粉、重质碳酸钙均匀分散的乳白色胶状聚合物，其中重质碳酸钙为800目～1250目；

S3：常温下，在低转速下按顺序加入硅酸钾、硅溶胶、苯丙乳液搅拌分散1.5～2h；其中硅溶胶滴加速率应控制在5～8ml/min，水玻璃模数为2.5～3.3；

S4：加入消泡剂0％～1％、润湿分散剂1％～2％，以及剩余的去离子水，搅拌分散0.5h，得到乳白色溶液；

S5：加入2％～5％增稠剂，分散0.5h，得到无机涂料成品。

优选的，所述钛白粉为金红石型二氧化钛；

优选的，所述S1中高转速为1200～1500r/min，S3中低转速为800r/min。

实施例2

将实施例1制备得到的硅酸盐改性硅溶胶基水性无机涂料涂覆在不同基材上(水泥石棉板、水泥砖、玻璃载玻片)上，均表现出良好的附着性能，无流挂，脱皮现象；如图1所示。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。