一种无机墙面涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑涂料技术领域，更具体地，涉及一种无机墙面涂料及其制备方法。

背景技术

墙面涂料是指用于建筑墙面起装饰和保护，使建筑墙面美观整洁，同时也能够起到保护建筑墙面，延长其使用寿命的作用。墙面涂料按建筑墙面分类包括内墙涂料和外墙涂料两大部分。内墙涂料注重装饰和环保，外墙涂料注重防护和耐久。

现代世界经济飞跃和世界工业化的高速度发展，导致了地球环境的急剧恶化，严重的污染威胁着人类的生存空间。“绿色”、“环保”是人们高度重视生态环境保护后对涂料工业提出的要求，也是涂料的发展方向。无机墙面涂料属于全无机矿物涂料，具备天然的环保属性，拥有绝大多数相同生产成本的有机涂料难以达到的耐老化及某些物理化学性能，使得无机墙面涂料具有较好的技术经济性能和应用前景。

在建筑工程中常用的无机涂料是碱金属硅酸盐水溶液和胶体二氧化硅（硅溶胶）的水分散液。用以上两种成膜物，再加入颜料、填料以及各种助剂，可制成硅酸盐和硅溶胶无机涂料，具有良好的耐水、耐碱、耐污染、耐气性能。

其中，硅溶胶又称硅酸盐水玻璃，是一种以水为分散相的无机高分子聚偏硅酸胶体溶液。它是无臭无味的，具有相当大的比表面积，并且颗粒本身是无色透明的，这不会影响涂层的性质。粒子大部分为球形或单聚结。胶体颗粒的直径通常为5-8nm，小于普通乳液的直径，渗透效果很好。随着水的蒸发形成Si-O键，具有很强的刚性和粘结的能力，因此广泛应用于涂料生产。但是硅溶胶涂料由于固化后的Si-O键刚性过大，导致成膜和脱水过程中容易出现裂纹、微孔和其他缺陷，影响了硅溶胶涂料的成膜性能。现有的技术是在硅溶胶中引入有机聚合物以使有机聚合物随机且均匀地分布在Si-O键合膜的间隙中，从而提高了膜的韧性，耐冲击性和耐水性。但是这样引入有机合成材料，不仅提高了成本，而且其有机成分不符合绿色环保理念。

而且市场上现有的硅溶胶涂料作为墙面涂料，其耐老化性、耐水性、防腐防霉性等性能均有待提高。

综上所述，如何设计一种无机墙面涂料，不仅可以改善涂料的成膜效果，而且还能综合提高耐老化性、耐水性、防腐防霉等理化性能，且涂料所采用的原材料绿色环保，是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于为了解决上述技术问题，而提供一种无机墙面涂料及其制备方法，采用改性硅溶胶作为成膜物，改善了涂料的成膜效果，通过功能性填料的制备和加入，显著提高了耐老化性、耐水、防腐防霉等理化性能，且涂料的原材料全部采用无机材料以及纯天然材料，绿色环保。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种无机墙面涂料，其原料包括改性硅溶胶30-40份、功能性填料8-12份、颜填料60-80份、纳米氧化铝粉末3-5份、纳米氧化镁粉末2-3份、去离子水70-90份、气相二氧化硅2-3份，所述改性硅溶胶由硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末制成。

进一步地，所述颜填料包括纳米钛白粉25-30份、纳米硅灰石粉15-20份、纳米重钙15-20份和天然鱼鳞粉5-10份。

进一步地，所述改性硅溶胶的制备方法包括以下步骤：

（1）将硅酸钠干燥后，真空条件下置于超微粉碎机中粉碎成1-5μm的硅酸钠超微粉备用；

（2）将硅酸钠超微粉和纳米氯化钙置于80-100KW的气流粉碎机中高速撞击10-20min，然后在0.2-0.24MPa的条件下，通过喷嘴往气流粉碎机中同时喷入黄原胶粉末和水，喷完后置于100-120℃温度下真空干燥20-30min；

（3）将步骤（2）得到的物料与硅溶胶混合均匀，置于700-800r/min的高速分散机中分散30-40min，即得改性硅溶胶。

进一步地，所述硅溶胶为1-2mm的细孔硅溶胶。

进一步地，所述硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末的质量比为1：（0.3-0.5）：（0.2-0.4）：（0.12-0.2），所述黄原胶粉末与水的质量比为1：（0.1-0.2）。

进一步地，所述功能性填料的原料包括质量比为（0.6-0.7）：1的大蒜皮和云母粉。

进一步地，所述功能性填料的制备方法包括以下步骤：

A、将废弃的大蒜皮洗净后干燥，然后置于500-600/min的粉碎机中粉碎成1-3mm的碎片，将碎片与云母粉混合后，置于研磨器中研磨20-30min；

B、常温下将步骤A中研磨后的物料置于气流粉碎机中高速碰撞30-40min，同时通过0.16-0.18MPa的喷嘴往气流粉碎机中喷洒60-80%体积浓度的乙醇溶液，然后得混合分散液；

C、将分散液在100-110℃减压蒸发溶剂，即得功能性填料。

进一步地，所述云母粉的径厚比为150-200，片厚为0.2-0.3μm。

一种无机墙面涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照配方将纳米氧化铝粉末、纳米氧化镁粉末与去离子水在300-400r/min的搅拌机中混合均匀，形成氧化物分散液；

S2、将功能性填料、颜填料、气相二氧化硅加入氧化物分散液中，搅拌均匀，然后加入改性硅溶胶，混合均匀即得涂料。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明制备的涂料，其原材料全部采用无机材料以及纯天然材料，均来源于自然界，不存在有机合成材料的添加，不会对环境产生污染，绿色环保；

（2）本发明在制备改性硅溶胶时，将硅酸钠和氯化钙粉末导入硅溶胶的孔隙中，使得硅溶胶在水介质中固化时，硅溶胶孔隙中的硅酸钠和氯化钙粉末也迅速溶解并形成硅溶胶和凝胶，然后同时与体系中未固化的硅溶胶和部分固化后的硅溶胶合为一体，填充且粘结硅溶胶的孔隙，因此固化后的涂层中形成多重固化结构，并紧密相连，形成了稳定的缓冲带，因此增强了涂层的柔韧性，弥补了硅溶胶固化后的刚性过强的缺点，从而改善了涂料的成膜效果；

（3）本发明在制备改性硅溶胶时，先将纳米氯化钙导入硅酸钠超微粉的孔隙中，使得氯化钙在硅酸钠之后溶解，避免氯化钙过早溶解对涂料造成影响；

（4）本发明在制备改性硅溶胶时，在硅酸钠和氯化钙粉末外面导入加湿后的黄原胶，加湿后的黄原胶形成粘膜，使得硅酸钠和氯化钙粉末暂时封闭在硅溶胶的孔隙中，避免了涂料配制过程中硅酸钠和氯化钙粉末过早溶解于水中而固化，从而延长了施工时间；

（5）本发明导入的功能性填料中含有云母粉，云母粉在涂料中悬浮分散良好，且为超薄的鳞片状，加入涂料中不仅可以起到隔绝空气、水等其他腐蚀性介质的影响（阻隔作用/迷宫效应），起到防水和防腐蚀性能，还可以改善漆膜的耐磨性，还具备抗紫外抗红外功能；

（6）本发明导入的功能性填料中含有大蒜皮，大蒜皮为纯天然材料，其致密防水性好，可以隔绝空气、水等其他腐蚀性介质的影响，且大蒜皮中含有含硫化合物等活性成分，起到较好的抗菌抗氧化作用，加入涂料中能够发挥防霉抗菌作用；

（7）本发明在制备功能性填料时，利用云母粉的在涂料中的良好悬浮分散性，将大蒜皮通过化学和机械相结合的方法与云母粉结合，不仅提升了大蒜皮在涂料中的分散性，还使得涂料中形成双重迷宫效应，增强了防水和防腐蚀性能；

（8）本发明在制备功能性填料过程中将大蒜皮与云母粉结合时，由于云母粉吸附性强，首先将大蒜皮进行粉碎后再与云母粉混合研磨，通过机械方式使得大蒜皮吸附在云母粉表面，然后进入气流粉碎机中高速碰撞，并在乙醇溶剂介质中发生化学反应，由于大蒜皮中主要含脂肪酸，使得大蒜皮中的羧基与云母粉中的Si以及阳离子络合形成配合物，从而使得大蒜皮可以较好地与云母粉产生化学键结合。

具体实施方式

下面将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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种无机墙面涂料，其原料包括改性硅溶胶30份、功能性填料8份、颜填料60份、纳米氧化铝粉末3份、纳米氧化镁粉末2份、去离子水70份、气相二氧化硅2份，所述改性硅溶胶由硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末制成。

所述颜填料包括纳米钛白粉25份、纳米硅灰石粉15份、纳米重钙15份和天然鱼鳞粉5份。

所述改性硅溶胶的制备方法包括以下步骤：

（1）将硅酸钠干燥后，真空条件下置于超微粉碎机中粉碎成1μm的硅酸钠超微粉备用；

（2）将硅酸钠超微粉和纳米氯化钙置于80KW的气流粉碎机中高速撞击10min，然后在0.2MPa的条件下，通过喷嘴往气流粉碎机中同时喷入黄原胶粉末和水，喷完后置于100℃温度下真空干燥20min；

（3）将步骤（2）得到的物料与硅溶胶混合均匀，置于700r/min的高速分散机中分散30min，即得改性硅溶胶。

所述硅溶胶为1mm的细孔硅溶胶。

所述硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末的质量比为1：0.3：0.2：0.12，所述黄原胶粉末与水的质量比为1：0.1。

本实施例还提供了一种无机墙面涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照配方将纳米氧化铝粉末、纳米氧化镁粉末与去离子水在300r/min的搅拌机中混合均匀，形成氧化物分散液；

S2、将功能性填料、颜填料、气相二氧化硅加入氧化物分散液中，搅拌均匀，然后加入改性硅溶胶，混合均匀即得涂料。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种无机墙面涂料，所述功能性填料的原料包括质量比为0.6：1的大蒜皮和云母粉。

所述功能性填料的制备方法包括以下步骤：

A、将废弃的大蒜皮洗净后干燥，然后置于500/min的粉碎机中粉碎成1mm的碎片，将碎片与云母粉混合后，置于研磨器中研磨20min；

B、常温下将步骤A中研磨后的物料置于气流粉碎机中高速碰撞30min，同时通过0.16MPa的喷嘴往气流粉碎机中喷洒60%体积浓度的乙醇溶液，然后得混合分散液；

C、将分散液在100℃减压蒸发溶剂，即得功能性填料。

所述云母粉的径厚比为150，片厚为0.2μm。

其余同实施例1。

实施例3

本实施例提供了一种无机墙面涂料，其原料包括改性硅溶胶35份、功能性填料10份、颜填料70份、纳米氧化铝粉末4份、纳米氧化镁粉末2.5份、去离子水80份、气相二氧化硅2.5份。

所述颜填料包括纳米钛白粉28份、纳米硅灰石粉17份、纳米重钙17份和天然鱼鳞粉8份。

所述改性硅溶胶的制备方法包括以下步骤：

（1）将硅酸钠干燥后，真空条件下置于超微粉碎机中粉碎成3μm的硅酸钠超微粉备用；

（2）将硅酸钠超微粉和纳米氯化钙置于90KW的气流粉碎机中高速撞击15min，然后在0.22MPa的条件下，通过喷嘴往气流粉碎机中同时喷入黄原胶粉末和水，喷完后置于110℃温度下真空干燥25min；

（3）将步骤（2）得到的物料与硅溶胶混合均匀，置于750r/min的高速分散机中分散35min，即得改性硅溶胶。

所述硅溶胶为1.5mm的细孔硅溶胶。

所述硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末的质量比为1：0.4：0.3：0.16，所述黄原胶粉末与水的质量比为1：0.15。

所述功能性填料的原料包括质量比为0.65：1的大蒜皮和云母粉。

所述功能性填料的制备方法包括以下步骤：

A、将废弃的大蒜皮洗净后干燥，然后置于550/min的粉碎机中粉碎成2mm的碎片，将碎片与云母粉混合后，置于研磨器中研磨25min；

B、常温下将步骤A中研磨后的物料置于气流粉碎机中高速碰撞35min，同时通过0.17MPa的喷嘴往气流粉碎机中喷洒70%体积浓度的乙醇溶液，然后得混合分散液；

C、将分散液在105℃减压蒸发溶剂，即得功能性填料。

所述云母粉的径厚比为180，片厚为0.25μm。

本实施例还提供了一种无机墙面涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照配方将纳米氧化铝粉末、纳米氧化镁粉末与去离子水在350r/min的搅拌机中混合均匀，形成氧化物分散液；

S2、将功能性填料、颜填料、气相二氧化硅加入氧化物分散液中，搅拌均匀，然后加入改性硅溶胶，混合均匀即得涂料。

实施例4

本实施例提供了一种无机墙面涂料，其原料包括改性硅溶胶40份、功能性填料12份、颜填料80份、纳米氧化铝粉末5份、纳米氧化镁粉末3份、去离子水90份、气相二氧化硅3份。

所述颜填料包括纳米钛白粉30份、纳米硅灰石粉20份、纳米重钙20份和天然鱼鳞粉10份。

所述改性硅溶胶的制备方法包括以下步骤：

（1）将硅酸钠干燥后，真空条件下置于超微粉碎机中粉碎成5μm的硅酸钠超微粉备用；

（2）将硅酸钠超微粉和纳米氯化钙置于100KW的气流粉碎机中高速撞击20min，然后在0.24MPa的条件下，通过喷嘴往气流粉碎机中同时喷入黄原胶粉末和水，喷完后置于120℃温度下真空干燥30min；

（3）将步骤（2）得到的物料与硅溶胶混合均匀，置于800r/min的高速分散机中分散40min，即得改性硅溶胶。

所述硅溶胶为2mm的细孔硅溶胶。

所述硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末的质量比为1：0.5：0.4：0.2，所述黄原胶粉末与水的质量比为1：0.2。

所述功能性填料的原料包括质量比为0.7：1的大蒜皮和云母粉。

所述功能性填料的制备方法包括以下步骤：

A、将废弃的大蒜皮洗净后干燥，然后置于600/min的粉碎机中粉碎成3mm的碎片，将碎片与云母粉混合后，置于研磨器中研磨30min；

B、常温下将步骤A中研磨后的物料置于气流粉碎机中高速碰撞40min，同时通过0.18MPa的喷嘴往气流粉碎机中喷洒80%体积浓度的乙醇溶液，然后得混合分散液；

C、将分散液在110℃减压蒸发溶剂，即得功能性填料。

所述云母粉的径厚比为200，片厚为0.3μm。

本实施例还提供了一种无机墙面涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照配方将纳米氧化铝粉末、纳米氧化镁粉末与去离子水在400r/min的搅拌机中混合均匀，形成氧化物分散液；

S2、将功能性填料、颜填料、气相二氧化硅加入氧化物分散液中，搅拌均匀，然后加入改性硅溶胶，混合均匀即得涂料。

对比例1

本对比例与实施例2的区别在于，改性硅溶胶选用市面上常见的有机高分子改性硅溶胶产品，加入水溶性三聚氰胺和多元醇对硅溶胶进行改性得到。

对比例2

本对比例与实施例2的区别在于，将改性硅溶胶改成普通细孔硅溶胶。

对比例3

本对比例与实施例2的区别在于，改性硅溶胶中不包含硅酸钠。

对比例4

本对比例与实施例2的区别在于，改性硅溶胶中不包含纳米氯化钙。

对比例5

本对比例与实施例2的区别在于，改性硅溶胶中不包含黄原胶粉末。

对比例6

本对比例与实施例2的区别在于，改性硅溶胶的制备原料中，硅溶胶为粗孔硅溶胶。

对比例7

本对比例与实施例2的区别在于，改性硅溶胶的制备方法步骤（2）为：将硅酸钠超微粉和纳米氯化钙混合均匀，然后置于气流粉碎机中，在0.2MPa的条件下，通过喷嘴往气流粉碎机中同时喷入黄原胶粉末和水，喷完后置于100℃温度下真空干燥20min。

对比例8

本对比例与实施例2的区别在于，改性硅溶胶的制备方法步骤（2）为：将硅酸钠超微粉和纳米氯化钙置于80KW的气流粉碎机中高速撞击10min，然后与黄原胶粉末和水混合均匀，置于100℃温度下真空干燥20min。

对比例9

本对比例与实施例2的区别在于，所述硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末的质量比为1：0.1：0.2：0.12。

对比例10

本对比例与实施例2的区别在于，所述硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末的质量比为1：0.7：0.2：0.12。

对比例11

本对比例与实施例2的区别在于，所述硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末的质量比为1：0.3：0.1：0.12。

对比例12

本对比例与实施例2的区别在于，所述硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末的质量比为1：0.3：0.5：0.12。

对比例13

本对比例与实施例2的区别在于，所述硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末的质量比为1：0.3：0.2：0.1。

对比例14

本对比例与实施例2的区别在于，所述硅溶胶、硅酸钠、纳米氯化钙、黄原胶粉末的质量比为1：0.3：0.2：0.14。

对比例15

本对比例与实施例2的区别在于，所述黄原胶粉末与水的质量比为1：0.05。

对比例16

本对比例与实施例2的区别在于，所述黄原胶粉末与水的质量比为1：0.25。

对比例17

本对比例与实施例3的区别在于，所述功能性填料的原料中不包括大蒜皮。

对比例18

本对比例与实施例3的区别在于，所述功能性填料的原料中不包括云母粉。

对比例19

本对比例与实施例3的区别在于，所述功能性填料的制备方法中步骤A为：将废弃的大蒜皮洗净后干燥，然后置于550/min的粉碎机中粉碎成2mm的碎片，将碎片与云母粉混合均匀。

对比例20

本对比例与实施例3的区别在于，所述功能性填料的制备方法不包括步骤B和C。

对比例21

本对比例与实施例3的区别在于，所述功能性填料的制备方法中不包括步骤C，步骤B为：常温下将步骤A中研磨后的物料置于气流粉碎机中高速碰撞35min，干燥后即得功能性填料。

对比例22

本对比例与实施例3的区别在于，大蒜皮和云母粉的质量比为0.5：1。

对比例23

本对比例与实施例3的区别在于，大蒜皮和云母粉的质量比为0.8：1。

一、无机墙面涂料的基本性能测试

由于外墙涂料注重防护和耐久，在此将实施例1-4制备的无机墙面涂料，按照《外墙无机建筑涂料》（JG/T 26-2002）行业标准，进行各项基本性能测试，其中涂层老化的评级方法按照《GB-T1766-1995》标准评级，结果如表1所示：

由表1结果可知，本发明实施例2-4制备的无机墙面涂料，其各项基本理化性能均能达标，特别是耐洗刷性、耐水性、耐碱性和耐人工老化性这几项指标表现优异。

实施例1与实施例2-4相比，未添加功能性填料，其热储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性和耐人工老化性这几项指标明显降低，说明功能性材料的加入能够提升涂料的热储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性和耐人工老化性。

二、对比例1-16的成膜效果测试

将实施例2-4和对比例1-16制备的无机墙面涂料进行成膜效果的测试，其中涂膜外观按照《外墙无机建筑涂料》（JG/T 26-2002）标准执行测试，涂层柔韧性按照《漆膜柔韧性测定法》（GB/T 1731-1993）标准执行测试，其中涂层老化的评级方法按照《GB-T1766-1995》标准评级，结果如表2所示。

由表2结果可知，本发明实施例2-4制备的无机墙面涂料，采用改性硅溶胶，其涂膜外观正常，涂层柔韧性为1mm，表现出良好的成膜效果。本发明制备的改性硅溶胶加入涂料中后，能够在固化后的涂层中形成多重固化结构，并紧密相连，形成了稳定的缓冲带，因此增强了涂层的柔韧性，弥补了硅溶胶固化后的刚性过强的缺点，从而改善了涂料的成膜效果。

与实施例2相比，对比例1采用市面上常见的有机高分子改性硅溶胶产品，其涂层柔韧性稍低于实施例2；对比例2不对硅胶进行改性，结果涂膜出现较多数量的微孔和中等数量的开裂，涂层柔韧性降为5mm，说明本发明对硅溶胶进行改性后，能够显著改善涂料的成膜效果。

对比例3-16针对改性硅溶胶的制备原料和方法进行了改变，结果涂膜外观出现不同程度的微孔和开裂，涂层柔韧性也降低，说明只有严格按照本发明的制备原料和方法进行硅溶胶改性，然后作为涂料的成膜物，才能明显改善涂料的成膜效果。

三、对比例17-23的耐水、防腐防霉、耐老化性能检测

将实施例1-4和对比例17-23制备的无机墙面涂料，进行耐水性、耐碱性、耐人工老化性、耐盐雾性和耐霉菌性这五项指标的测试，其中涂层老化的评级方法按照《GB-T1766-1995》标准评级，结果如表3所示。

由表3结果可知，本发明实施例2-4制备的无机墙面涂料，其耐水性、耐碱性、耐人工老化性、耐盐雾性和耐霉菌性这五项指标表现优异。其中实施例1未加入本发明制备的功能填料，其五项性能指标均出现不同程度的下降，说明功能性材料的加入能够提升涂料的耐水、防腐防霉、耐老化性能。

与实施例3相比，对比例17-23针对功能填料的制备原料和方法进行了改变，结果涂料的五项性能指标均出现不同程度的下降，说明只有严格按照本发明制备功能填料的原料和方法，然后加入涂料中，才能明显提升涂料的耐水、防腐防霉、耐老化性能。

其中，对比例17不加入大蒜皮，制备的涂料与混合菌培养120d后出现2级霉变，说明大蒜皮的加入可以提升涂料的耐霉菌性；对比例18不加入云母粉，对比例19-23改变了大蒜皮与云母粉结合的方式，均使得大蒜皮的分散受到影响，结果涂料均出现了1级霉变。

另外对比例17不加入大蒜皮，对比例18不加入云母粉，两组对比例的耐水性、耐碱性、耐人工老化性、耐盐雾性均出现不同程度的下降，说明只有将大蒜皮和云母粉结合起来，形成双重迷宫效应，才能明显提升涂料的耐水、防腐、耐老化性能。对比例19-23改变了大蒜皮与云母粉结合的方式，均使得双重迷宫效应受到影响，因此耐水、防腐、耐老化性能下降。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种无机墙面涂料，通过对硅溶胶进行改性，改善了涂料的成膜效果，通过功能性填料的制备和加入，综合提高耐水、防腐防霉、耐老化等理化性能，且涂料的原材料全部采用无机材料以及纯天然材料，均来源于自然界，不存在有机合成材料的添加，不会对环境产生污染，绿色环保。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。