一种无机硅酸盐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体而言，涉及一种无机硅酸盐涂料及其制备方法。

背景技术

涂料施工作为建筑施工中重要的工作环节，其不仅关系到建筑的美观性,还关系到建筑的安全性，尤其是随着现在建筑设计的日益变化，无论是公共建筑还是私人建筑，其赋予的功能性也越来越多，其所需要考虑到的安全问题也越来越多，例如，防火、防霉、防潮等问题。

涂料是指涂刷于基材表面，形成具有保护作用、装饰作用或者特殊作用的涂膜材料。包括固态涂料和液态涂料，固态涂料又称为粉末涂料，液态涂料又称为漆，其中溶剂型液态涂料称为油漆，又叫油性涂料；水性涂料称作水性漆。涂料的种类很多，依据国家标准GB/T 2705-2003，即《涂料产品分类、命名和型号》的规定，涂料的分类方法常有以下两种：(1)以涂料的用途为主，同时考虑涂料中主要的成膜物质，将涂料分为四类：工业用涂料、建筑用涂料、通用型涂料以及辅助材料。(2)以涂料主要成膜物质为主，同时考虑涂料的用途，将涂料分为以下三类：建筑涂料、其他涂料及辅助材料。

一般涂料在高温条件下会发生热降解和碳化作用，导致涂层破坏，不能起到保护作用，耐高温涂料在高温条件下不龟裂、不起泡、不剥落，仍能保持一定的物理机械性能，使物件免受高温化学腐蚀，热氧化，耐高温涂料广泛应用于烟囱、高温蒸汽管道、热交换器、高温炉、石油裂解设备等方面。其中有机耐高温涂料包括有机硅、酚醛树脂、改性环氧、聚氨酯，耐热温度低于600℃，易燃烧且成本较高；耐高温涂料是高温环境中使用的功能性涂料，是涂料向着功能性方向发展的典型代表，目前，耐高温涂料以有机类耐高温涂料为主，随着耐高温涂料应用环境、性能要求的变化，无机耐高温涂料逐渐发展，研究性能优异的无机耐高温涂料具有重大的意义。

无机类耐高温涂料一般包括磷酸盐类、硅酸盐类、硅溶胶类和硅酸乙酯类。无机类耐高温涂料耐热温度高，通常可以达到400℃-1000℃，甚至1500℃，瞬时热冲击可达3000℃。由于磷酸盐涂料固化后所形成的涂层具有机械强度高、防护性能好以及与基体附着力高等优点，已广泛应用于航天、航海以及汽车等工业领域。相比于金属涂层和有机涂层，磷酸盐涂料因其独特的优势而日益受到越来越多的关注。磷酸盐涂料具有耐久性好和耐燃性好等优点，但是耐水性差、硬度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无机硅酸盐涂料，此无机硅酸盐涂料具有耐水性好、硬度高和耐热性好的优点。

本发明的另一目的在于提供一种无机硅酸盐涂料的制作方法，以制备此耐水性好、硬度高和耐热性好的无机硅酸盐涂料。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一方面，本申请实施例提供一种无机硅酸盐涂料，按照重量份计，包括如下组分：煅烧高岭土20-35份、钛白粉5-20份、硅灰石5-15份、三氧化二铝5-20份、水玻璃25-40份、固化剂2-6份、锌粉10-20份、分散剂1-2份、表面改性剂2-5份、润湿剂1-3份、消泡剂1-3份和稳定剂1-5份。

另一方面，本申请实施例提供一种无机硅酸盐涂料的制备方法，包括如下步骤：

改性：称取定量的分散剂加入去离子水，在搅拌状态下加入锌粉，搅拌1-3h后，静置30-60min，导入表面改性剂，搅拌1-2h，得到混合液1；

烘干：将混合液1烘干后研磨，得到改性锌粉；

固化：称取定量的固化剂，加入去离子水，在搅拌状态下加入水玻璃，搅拌30-60min后，静置1-3h，得到混合液2；

混合：将去离子水、改性锌粉、煅烧高岭土、钛白粉、硅灰石、三氧化二铝、润湿剂、消泡剂和稳定剂加入混合液2中，搅拌30-60min，得到无机硅酸盐涂料成品。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

(1)本发明通过在配方中添加有锌粉，并相应地添加有分散剂和表面改性剂，在分散剂的作用下，其将锌粉分散在溶液中，解决了锌粉容易成团和沉降的问题，而在表面改性剂的作用下，对锌粉进行表面改性，提高锌粉的表面活性，在将锌粉改性，提高表面活性后，再与钾水玻璃的硅氧键反应，形成网状的硅酸锌络合物，而硅酸锌络合物结构稳定，具有较好的稳定性，并且形成的涂料主要是以化学键形式连接，具有比较优秀的耐腐蚀性能和耐磨性能，防腐性能和耐磨性能较好；此外将钾水玻璃与固化剂充分混合，加速固化反应，生成二氧化硅胶体，并且由单体逐渐变成稳定的大分子结构，形成耐水涂层，能够获得良好的耐水性。

(2)本发明通过在配方中添加有煅烧高岭土，其添加于涂料中，可以提高涂料的稳定性和亮度，并且其可以作为涂料的基础料，使得制得的涂料具有高分散性的特点。

(3)本发明通过在配方中添加有三氧化二铝，其在涂料中可以使得形成的涂料牢固紧密，同时也有比较良好的热稳定性，使得制备的涂料有较好的耐热性。

(4)本发明通过在配方中添加有硅灰石，其在涂料中可以使得形成的涂料的附着力比较好，而采用的低温三斜硅灰石添加在涂料中，能够提高涂料的耐磨性。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。

一种无机硅酸盐涂料，按照重量份计，包括如下组分：煅烧高岭土20-35份、钛白粉5-20份、硅灰石5-15份、三氧化二铝5-20份、水玻璃25-40份、固化剂2-6份、锌粉10-20份、分散剂1-2份、表面改性剂2-5份、润湿剂1-3份、消泡剂1-3份和稳定剂1-5份。本发明先在分散剂的作用下，其将锌粉分散在溶液中，解决了锌粉容易成团和沉降的问题，而在表面改性剂的作用下，对锌粉进行表面改性，提高锌粉的表面活性，在将锌粉改性，提高表面活性后，再与钾水玻璃的硅氧键反应，形成网状的硅酸锌络合物，而硅酸锌络合物结构稳定，具有较好的稳定性，并且形成的涂料主要是以化学键形式连接，具有比较优秀的耐腐蚀性能，防腐性能较好；此外将钾水玻璃与固化剂充分混合，加速固化反应，生成二氧化硅胶体，并且由单体逐渐变成稳定的大分子结构，形成耐水涂层，能够获得良好的耐水性。

在本申请的一些实施例中，水玻璃为钾水玻璃。本发明采用钾水玻璃，其与锌粉反应，形成网状的硅酸锌络合物，而硅酸锌络合物结构稳定，具有较好的稳定性，并且形成的涂料主要是以化学键形式连接，具有比较优秀的耐腐蚀性能，防腐性能较好。

在本申请的一些实施例中，固化剂为磷酸硅。本发明将磷酸硅作为涂料的固化剂，其与钾水玻璃发生固化反应，生成二氧化硅胶体，并且由单体逐渐变成稳定的大分子结构，形成耐水涂层，能够获得良好的耐水性

在本申请的一些实施例中，硅灰石为低温三斜硅灰石。本发明选择低温三斜硅灰石添加到配方中，利用其晶相多呈纤维状，而在纤维状的硅灰石添加到涂料中可以有效地防止涂料开裂，提高制备的涂料的性能，同时由于其结构性质(呈纤维状)，能够有效提高涂料的耐磨性。

在本申请的一些实施例中，三氧化二铝为α-Al

在本申请的一些实施例中，锌粉的厚度为0.2-0.6μm，片径为20-50μm。

在本申请的一些实施例中，表面改性剂为聚丙烯酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。本发明选择聚丙烯酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种作为表面改性剂，可以在表面改性剂的作用下，对锌粉进行表面改性，提高锌粉的表面活性，便于锌粉的后续反应。

一种无机硅酸盐涂料的制备方法，包括如下步骤：

改性：称取定量的分散剂加入去离子水中，在搅拌状态下缓慢加入锌粉，搅拌1-3h后，静置30-60min，导入表面改性剂，搅拌1-2h，得到混合液1；

烘干：将混合液1烘干后研磨，得到改性锌粉；

固化：称取定量的固化剂，加入去离子水，在搅拌状态下缓慢加入水玻璃，搅拌30-60min后，静置1-3h，得到混合液2；

混合：将去离子水、改性锌粉、煅烧高岭土、钛白粉、硅灰石、三氧化二铝、润湿剂、消泡剂和稳定剂加入混合液2中，搅拌30-60min，得到无机硅酸盐涂料成品。

本发明此次采用的润湿剂为邦高化学生产的水性润湿剂；采用的消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物乳液；采用的稳定剂为碱金属偏磷酸盐；采用的分散剂为六偏磷酸钠。

本发明先在分散剂的作用下，其将锌粉分散在溶液中，解决了锌粉容易成团和沉降的问题，而在表面改性剂的作用下，对锌粉进行表面改性，提高锌粉的表面活性，在将锌粉改性，提高表面活性后，再与钾水玻璃的硅氧键反应，形成网状的硅酸锌络合物，而硅酸锌络合物结构稳定，具有较好的稳定性，并且形成的涂料主要是以化学键形式连接，具有比较优秀的耐腐蚀性能，防腐性能较好；此外将钾水玻璃与固化剂充分混合，加速固化反应，生成二氧化硅胶体，并且由单体逐渐变成稳定的大分子结构，形成耐水涂层，能够获得良好的耐水性。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

一种无机硅酸盐涂料的制备方法，包括如下步骤：

改性：称取10g分散剂加入400g去离子水中，在搅拌状态下缓慢加入100g锌粉，搅拌2h后，静置30min，导入20g聚丙烯酸钠，搅拌1-2h，得到混合液1；

烘干：将混合液1烘干后研磨到200-400目，得到改性锌粉；

固化：称取20g磷酸硅，加入500g去离子水，在搅拌状态下缓慢加入250g钾水玻璃，搅拌30min后，静置1h，得到混合液2；

混合：将1000g去离子水、改性锌粉、200g煅烧高岭土、50g钛白粉、50g硅灰石、50g三氧化二铝、10g润湿剂、10g消泡剂和10g稳定剂加入混合液2中，搅拌30min，得到无机硅酸盐涂料成品。

实施例2

一种无机硅酸盐涂料的制备方法，包括如下步骤：

改性：称取13g分散剂加入500g去离子水中，在搅拌状态下缓慢加入120g锌粉，搅拌2h后，静置30min，导入30g聚丙烯酸钠，搅拌1-2h，得到混合液1；

烘干：将混合液1烘干后研磨到200-400目，得到改性锌粉；

固化：称取30g磷酸硅，加入500g去离子水，在搅拌状态下缓慢加入300g钾水玻璃，搅拌40min后，静置1h，得到混合液2；

混合：将1500g去离子水、改性锌粉、250g煅烧高岭土、100g钛白粉、70g硅灰石、80g三氧化二铝、15g润湿剂、15g消泡剂和15g稳定剂加入混合液2中，搅拌40min，得到无机硅酸盐涂料成品。

实施例3

一种无机硅酸盐涂料的制备方法，包括如下步骤：

改性：称取13g分散剂加入700g去离子水中，在搅拌状态下缓慢加入150g锌粉，搅拌2h后，静置30min，导入30g聚丙烯酸钠，搅拌2h，得到混合液1；

烘干：将混合液1烘干后研磨到200-400目，得到改性锌粉；

固化：称取40g磷酸硅，加入600g去离子水，在搅拌状态下缓慢加入300g钾水玻璃，搅拌50min后，静置2h，得到混合液2；

混合：将1500g去离子水、改性锌粉、250g煅烧高岭土、100g钛白粉、100g硅灰石、100g三氧化二铝、10g润湿剂、10g消泡剂和15g稳定剂加入混合液2中，搅拌40min，得到无机硅酸盐涂料成品。

实施例4

一种无机硅酸盐涂料的制备方法，包括如下步骤：

改性：称取13g分散剂加入700g去离子水中，在搅拌状态下缓慢加入150g锌粉，搅拌2h后，静置30min，导入25g十二烷基苯磺酸钠，搅拌2h，得到混合液1；

烘干：将混合液1烘干后研磨到200-400目，得到改性锌粉；

固化：称取40g磷酸硅，加入600g去离子水，在搅拌状态下缓慢加入300g钾水玻璃，搅拌30min后，静置2h，得到混合液2；

混合：将1500g去离子水、改性锌粉、250g煅烧高岭土、100g钛白粉、100g硅灰石、100g三氧化二铝、10g润湿剂、10g消泡剂和15g稳定剂加入混合液2中，搅拌50min，得到无机硅酸盐涂料成品。

实施例5

一种无机硅酸盐涂料的制备方法，包括如下步骤：

改性：称取15g分散剂加入800g去离子水中，在搅拌状态下缓慢加入180g锌粉，搅拌2h后，静置50min，导入30g十二烷基苯磺酸钠，搅拌2h，得到混合液1；

烘干：将混合液1烘干后研磨到200-400目，得到改性锌粉；

固化：称取50g磷酸硅，加入600g去离子水，在搅拌状态下缓慢加入350g钾水玻璃，搅拌50min后，静置2h，得到混合液2；

混合：将1800g去离子水、改性锌粉、300g煅烧高岭土、150g钛白粉、120g硅灰石、150g三氧化二铝、10g润湿剂、10g消泡剂和15g稳定剂加入混合液2中，搅拌30-60min，得到无机硅酸盐涂料成品。

实施例6

一种无机硅酸盐涂料的制备方法，包括如下步骤：

改性：称取20g分散剂加入800g去离子水中，在搅拌状态下缓慢加入200g锌粉，搅拌2h后，静置60min，导入50g十二烷基苯磺酸钠，搅拌2h，得到混合液1；

烘干：将混合液1烘干后研磨到200-400目，得到改性锌粉；

固化：称取50g磷酸硅，加入1000g去离子水，在搅拌状态下缓慢加入350g钾水玻璃，搅拌50min后，静置2h，得到混合液2；

混合：将1800g去离子水、改性锌粉、300g煅烧高岭土、150g钛白粉、120g硅灰石、150g三氧化二铝、10g润湿剂、10g消泡剂和15g稳定剂加入混合液2中，搅拌30-60min，得到无机硅酸盐涂料成品。

实验例

(一)分别取6个相同的基材，对基材表面依次进行打磨、抛光和清洗处理，将实施例1-6制备的涂料分别涂在6个基材表面，等待基材晾干，在6个基材均晾干后，分别将6个试样置于2000℃下，进行耐热性试验，检测在不同时间下的热导率，试验结果如表1所示。

表1

根据表1可以知道，在1000℃的温度下，实施例1-6的热导率最低为0.29，热导率随着温度上升的同时，不断下降，因此本配方制备的涂料对于基材有较好的隔热效果，耐热性较高；由于热导率越大，耐热性越好，从表1中，可以明显看出，在实施例3和实施例4制备的涂料的热导率降低最少，因此可以看出，实施例3和实施例4制备的涂料的隔热效果最好。

(二)分别取6个相同的基材，对基材表面依次进行打磨、抛光和清洗处理，将实施例1-6制备的涂料分别涂在6个基材表面，等待基材晾干，在6个基材均晾干后，分别将6个试样依照国标GB/T 1799-93《漆膜耐水性测定法》中的方法进行测试，分别将6个试样在恒温条件下浸泡于去离子水中，并使得每个试样的2/3的长度浸泡于水中，再进行检查和评定试样。

对实施例1-6制备的涂料涂覆的基材进行检查，6个试样表面状态均为发生失光、变色、起泡和脱落的现象，按照规定，判定本实施例1-6制备的涂料的耐水性均合格。

(三)分别取6个相同的基材，对基材表面依次进行打磨、抛光和清洗处理，将实施例1-6制备的涂料分别涂在6个基材表面，等待基材晾干，在6个基材均晾干后，根据国标GB/T6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》的描述进行测定。采用铅笔硬度计测定涂层的硬度，用笔芯45°角向下压在试样表面，并在涂层表面刮划五道，所用铅笔的型号为9H-9B。观察涂层表面，如果有二道及以上未刮破涂层时，则换用前一位硬度标号的铅笔进行同样试验，直至涂层出现被刮破二道或二道以上的现象，记下此时铅笔的后一位硬度标号，即为涂层硬度，6个试样皆如上述操作，试验结果如表2所示。

表2

根据表2可知，本申请制备的涂料的硬度均高于4H，且可以看出，在实施例3-6制备的涂料的硬度均为5H，硬度较高，适于推广应用。

(四)分别取6个相同的基材，对基材表面依次进行打磨、抛光和清洗处理，将实施例1-6制备的涂料分别涂在6个基材表面，等待基材晾干，在6个基材均晾干后，采用GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的画格试验》中划格法对涂层的附着力进行测试，采用多刃切割刀具进行试验，刀刃间距为2mm，将试样置于坚硬平直的平面上，用均匀的切割速度在涂层上形成规定的切割数，保证每个切割都划透过基材表面，重复切割，保证切割成网状的图形，在试样的任意四个位置重复切割，切割后用软毛刷清扫后，用胶带对网格状切割处粘贴，再检查粘贴后的胶带上是否有涂料脱落，分别对6个试样进行上述操作，检测情况如表3所示。

表3

经过检测，实施例1-6制备的涂料的切割边缘均完全光滑，无一格脱落，可以确定：实施例1-6制备的涂料的附着力较强，对于基材表面的结合能力较强，具有较好的实用性，适宜推广和使用。

本发明通过在配方中添加有锌粉，并相应地添加有分散剂和表面改性剂，在分散剂的作用下，其将锌粉分散在溶液中，解决了锌粉容易成团和沉降的问题，而在表面改性剂的作用下，对锌粉进行表面改性，提高锌粉的表面活性，在将锌粉改性，提高表面活性后，再与钾水玻璃的硅氧键反应，形成网状的硅酸锌络合物，而硅酸锌络合物结构稳定，具有较好的稳定性，并且形成的涂料主要是以化学键形式连接，具有比较优秀的耐腐蚀性能和耐磨性能，防腐性能和耐磨性能较好；此外将钾水玻璃与固化剂充分混合，加速固化反应，生成二氧化硅胶体，并且由单体逐渐变成稳定的大分子结构，形成耐水涂层，能够获得良好的耐水性。

并且经过对比(一)到(四)的试验数据，发现在实施例4制备的涂料的性能最优益，兼顾了最佳的耐热性能、耐水性能、硬度和附着力，最适宜推广和应用。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。