一种无机涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及保温板材领域，涉及一种无机涂料，尤其涉及一种无机涂料及其制备方法和应用。

背景技术

在全球能源供应紧张的状况下，节能保温的成为大家关注点，当下普遍的保温方式为使用保温板材但是其存在一定的问题，在近年来多个高层建筑物发生火灾，防火的建筑材料为灭火和人员撤离赢得时间，最近上海在建筑方面的地标中提到不再使用板材的保温材料，因此防火保温隔热的涂料成为代替板材的保温材料。但是，目前的防火涂料多数以在涂料中加入阻燃剂来达到防火效果，其他功能效果一般。

CN 105038422 A公开了一种复合功能型建筑墙体隔热保温涂料，隔热保温涂料由具有反射功能的反射型隔热保温涂料复合而成。阻隔型隔热保温涂料以绝热轻骨料粉煤灰漂珠、陶瓷微珠等为基础，配以数值乳液、功能性填料等复配而成的阻隔型隔热保温涂料，降低了导热系数，但是对于正极材料的粘结性的提升没有起到有益效果。

CN207210271U公开了一种利用空心玻璃微珠的保温涂料、室内环保保温涂料、室外环保保温涂料、楼层。由空心玻璃微珠层和混合涂料材料层组成，空心玻璃微珠层粘接在混合涂料材料层上部。混合涂料从上到下依次由超微细腻子粉石灰粉及钛白粉混合物层、白水泥层、胶粉层、漂珠粉层、天然树脂层、苯丙乳胶层、甲醛吸收剂层、成膜助剂层、消泡剂层、植物色素层、纳米抗菌粉层粘接组成。具有高粘度、改进流动性，具有较低的硬度，可以增强硬度，但是作为双层的保温涂层，需要更强的粘结力才能保证涂层持久。

如何制备一种具有较好粘结强度、较低导热系数、环保节能的无机隔热涂层，是本领域重要的研究方向。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种防火保温隔热的无机涂料及其制备方法和应用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种无机涂料，按照重量份计所述无机涂料的制备原料包括：碱金属硅酸盐50～90份、无机氧化物纳米溶胶100～180份、乳液80～150份、气凝胶水性浆料150～250份和短纤维3～5份。其中所述碱金属硅酸盐的份数可以是50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份、85份或90份等，其中所述无机氧化物纳米溶胶的份数可以是100份、110份、120份、130份、140份、150份、160份、170份或180份等，其中所述气凝胶水性浆料的份数可以是150份、160份、170份、180份、190份、200份、210份、220份、230份、240份或250份等，其中所述短纤维的份数可以是3份、4份或5份等，但不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中碱金属硅酸盐作为无机粘结剂，固化后硅酸根会通过化学反应转变为不溶性多价金属离子的硅酸盐和二氧化硅，帮助无机涂料产生粘结和形成涂膜，提供无机涂料需要的理化性能。无机氧化物纳米溶胶作用也是无机粘结剂，共同作为无机粘结剂，二者的协同效应，降低了涂膜固化内应力的同时，极大地提高了涂膜内聚力(即强度)，使无机涂料抗裂性差的固有缺点得到极大改善，这一特性将无机涂料的应用范围由多孔、高强度的无机矿物基材扩大到旧乳胶漆等非矿物基材表面(高光和弹性涂层除外)，同时由于粘接强度提高。

乳液作为有机粘结剂，在施工后通过物理过程成膜，将涂料中的颜填料包覆在其中，同时在本配方的无机体系中可起到稳定改善流平性、增加漆膜柔韧性、提高附着力，降低起皮开裂脱落的风险，气凝胶水性浆料的作用为为涂料赋能保温隔热，气凝胶内部多孔结构将空气作为介质降低热传导，同时其较高的熔点也是涂料整体防火效果更佳。短纤维的作用是改善使用无机粘结剂在干燥过程中因内应力过大产生细小裂纹，提高涂层的柔韧性。

作为本发明优选的技术方案，所述碱金属硅酸盐和无机氧化物纳米溶胶的质量比为(0.3～0.6)：1，其中所述质量比可以是0.3:1、0.4:1、0.5:1或0.6:1等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中使用质量比为(0.3～0.6)：1的硅酸盐和无机氧化物纳米溶胶，如果小于0.3:1，会影响粘结强度，无机氧化物纳米溶胶与硅酸盐相比提供粘结力较差，会出现掉粉现象。大于0.6:1，会因硅酸盐反应过程中内应力过大产生裂纹，另碱金属硅酸盐自身可发生的缩合离解可逆反应的同时，还极容易同多价金属离子Mg

作为本发明优选的技术方案，按照重量份计所述乳液的含量为100～120份，其中所述乳液的份数可以是100份、102份、104份、106份、108份、110份、112份、114份、116份、118份或120份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，按照重量份计所述气凝胶水性能浆料的含量为180～220份，其中所述份数可以是180份、185份、190份、195份、200份、205份、210份、215份或220份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述硅酸盐包括硅酸锂、硅酸钠或硅酸钾中的任意一种。

优选地，所述无机氧化物纳米溶胶包括氧化铝纳米胶体溶液、氧化钛纳米胶体溶液、氧化铁纳米胶体溶液、氧化硅纳米胶体溶液或氧化锆纳米胶体溶液中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：氧化铝纳米胶体溶液和氧化钛纳米胶体溶液的组合、氧化钛纳米胶体溶液和氧化铁纳米胶体溶液的组合、氧化铁纳米胶体溶液和氧化硅纳米胶体溶液的组合或氧化硅纳米胶体溶液和氧化锆纳米胶体溶液的组合等。

优选地，所述乳液包括丙烯酸乳液和/或苯乙烯-丙烯酸乳液。

优选地，所述短纤维包括木质纤维、玻璃纤维或莫来石短纤维中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：木质纤维和玻璃纤维的组合、玻璃纤维和莫来石短纤维的组合或木质纤维和莫来石短纤维的组合等。

所述无机涂料的制备原料还包括纤维素。

优选地，按照重量份计所述纤维素的含量为1.5～2.5份，其中所述纤维素的含量可以是1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份或2.5份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述无机涂料的制备原料还包括分散剂。

优选地，按照重量份计所述分散剂的含量为1.5～2.5份，其中所述分散剂的份数可以是1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份或2.5份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述无机涂料的制备原料还包括多功能助剂。

优选地，按照重量份计所述多功能助剂的含量为0.5～1.5份，其中所述多功能助剂的份数可以是0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述无机涂料的制备原料还包括稳定剂。

优选地，按照重量份计所述稳定剂的含量为1.5～2.5份，其中所述稳定剂的份数可以是1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份或2.5份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述无机涂料的制备原料还包括消泡剂。

优选地，按照重量份计所述消泡剂的含量为2.5～3.5份，其中所述消泡剂的份数可以是2.5份、2.6份、2.7份、2.8份、2.9份、3.0份、3.1份、3.2份、3.3份、3.4份或3.5份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述无机涂料的制备原料还包括成膜助剂。

优选地，按照重量份计所述成膜助剂的含量为5.5～6.5份，其中所述成膜助剂的份数可以是5.5份、5.6份、5.7份、5.8份、5.9份、6.0份、6.1份、6.2份、6.3份、6.4份或6.5份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述无机涂料的制备原料还包括颜填料。

优选地，按照重量份计所述颜填料的含量为180～220份，其中所述颜填料的份数可以是180份、185份、190份、195份、200份、205份、210份、215份或220份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述无机涂料的制备原料还包括中空玻璃微珠。

优选地，按照重量份计所述中空玻璃微珠的含量为40～60份，其中所述中空玻璃微珠的份数可以是40份、42份、44份、46份、48份、50份、52份、54份、56份、58份或60份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述无机涂料的制备原料还包括去离子水。

优选地，按照重量份计所述去离子水的含量为180～275份，其中所述去离子水的份数可以是180份、190份、200份、210份、220份、225份、230份、235份、240份、245份、250份、255份、265份、270份或275份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

其作为本发明优选的技术方案，所述纤维素包括羟乙基纤维素。

优选地，所述分散剂包括阳离子表面活性剂。

优选地，所述阳离子表面活性剂包括胺盐型阳离子表面活性剂、季铵盐型阳离子表面活性剂、杂环型阳离子表面活性剂或啰盐型阳离子表面活性剂中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：胺盐型阳离子表面活性剂和季铵盐型阳离子表面活性剂的组合、季铵盐型阳离子表面活性剂和杂环型阳离子表面活性剂的组合或杂环型阳离子表面活性剂和啰盐型阳离子表面活性剂的组合等。

优选地，所述阳离子表面活性剂包括烷基季铵盐、长链烷基伯胺盐、咪唑啉盐或碘啰盐中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：烷基季铵盐和长链烷基伯胺盐的组合、长链烷基伯胺盐和咪唑啉盐的组合、咪唑啉盐和碘啰盐的组合或烷基季铵盐和碘啰盐的组合等。

优选地，所述多功能助剂包括兴美亚XMY-95、陶氏AMP-95或伊士曼M12中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：兴美亚XMY-95和陶氏AMP-95的组合、陶氏AMP-95和伊士曼M12的组合或兴美亚XMY-95和伊士曼M12的组合等。

优选地，所述稳定剂包括季铵盐类稳定剂、叔胺类稳定剂、有机硅化合物或无机硅化合物中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：季铵盐类稳定剂和叔胺类稳定剂的组合、叔胺类稳定剂和有机硅化合物的组合或有机硅化合物和无机硅化合物的组合等。

优选地，所述消泡剂包括改性有机硅消泡剂。

优选地，所述成膜助剂包括乙二醇丁醚、十二碳醇酯或苯二醇苯醚中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：乙二醇丁醚和十二碳醇酯的组合、十二碳醇酯和苯二醇苯醚的组合或乙二醇丁醚和苯二醇苯醚的组合等。

优选地，所述颜填料包括重质碳酸钙、纳米二氧化钛、硫酸钡、石英粉、云母粉或金红石型钛白粉中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：重质碳酸钙和纳米二氧化钛的组合、纳米二氧化钛和硫酸钡的组合、硫酸钡和石英粉的组合、石英粉和云母粉的组合或云母粉和金红石型钛白粉的组合等。

优选地，所述中空玻璃微珠包括郑州圣莱特中空玻璃微珠HL20和/或郑州圣莱特中空玻璃微珠HL25。

本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述的无机涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)称取无机氧化物纳米溶胶，在第一混合的搅拌下依次加入分散剂和硅盐酸搅拌均匀后，继续加入乳液完成所述第一混合，得到A重量份溶液；

(2)称取去离子水，在第二混合的搅拌下依次加入纤维素、分散剂、多功能助剂、稳定剂、消泡剂、成膜助剂搅拌均匀后，继续加入颜填料进行第三混合，得到B重量份溶液；

(3)将步骤(1)所述A重量份溶液加入步骤(2)所述B重量份溶液中进行第四混合搅拌均匀后，再依次加入气凝胶水性浆料、中空玻璃微珠、短纤维和消泡剂继续搅拌8～12min得到所述无机涂料。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述第一分散剂与步骤(2)所述第二分散剂的重量份相同。

优选地，步骤(2)所述第一消泡剂和步骤(3)所述第二消泡剂的质量比为(1.8～2.2):1，其中所述质量比可以是1.8:1、1.9:1、2.0:1、2.1:1或2.2:1等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述第一混合的速率为250～350r/s，其中所述速率可以是250r/s、260r/s、270r/s、280r/s、290r/s、300r/s、310r/s、320r/s、330r/s、340r/s或350r/s等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述第二混合的速率为250～350r/s，其中所述速率可以是250r/s、260r/s、270r/s、280r/s、290r/s、300r/s、310r/s、320r/s、330r/s、340r/s或350r/s等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述第三混合的速率为1400～1600r/s，其中所述速率可以是1400r/s、1420r/s、1440r/s、1460r/s、1480r/s、1500r/s、1520r/s、1540r/s、1560r/s、1580r/s或1600r/s等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述第三混合的时间为10～20min，其中所述时间可以是10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(3)所述第四混合的速率为750～850r/s，其中所述速率可以是750r/s、760r/s、770r/s、780r/s、790r/s、800r/s、810r/s、820r/s、830r/s、840r/s或850r/s等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明的目的之三在于提供一种如目的之一所述的无机涂料的应用，所述无机涂料应用于保温板材领域。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明制备的无机涂料起到保温隔热与防火两种功能，且具有较好的粘结强度、较低的导热系数和环保节能的优点，粘结强度高于0.8Mpa，导热系数低于0.35。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种无机涂料及其制备方法：

按照重量份计所述无机涂料包括以下组分：硅酸钾70份、氧化硅纳米胶体溶液130份、苯乙烯-丙烯酸乳液100份、气凝胶水性浆料200份、木质纤维3份、羟乙基纤维素2份、烷基季铵盐2份、陶氏AMP-951份、季铵盐2份、有机硅消泡剂3份、乙二醇丁醚6份、重质碳酸钙150份、金红石型钛白粉50份、郑州圣莱特中空玻璃微珠HL20 50份和去离子水231份。

制备方法包括：

(1)称取130份氧化硅纳米胶体溶液，在300r/s的第一混合的搅拌下依次加入1份烷基季铵盐和70份硅酸钾搅拌均匀后，继续加入100份丙烯酸乳液完成所述第一混合，得到A重量份溶液；

(2)称取231份去离子水，在300r/s的第二混合的搅拌下依次加入2份羟乙基纤维素、1份烷基季铵盐、1份陶氏AMP-95、2份季铵盐、2份有机硅消泡剂、6份乙二醇丁醚搅拌均匀后，继续加入150份重质碳酸钙和50份金红石型钛白粉进行1500r/s第三混合15min，得到B重量份溶液；

(3)将步骤(1)所述A重量份溶液加入步骤(2)所述B重量份溶液中进行第四混合搅拌均匀后，再依次加入200份气凝胶水性浆料、50份郑州圣莱特中空玻璃微珠HL20、3份木质纤维和1份有机硅消泡剂继续搅拌10min得到所述无机涂料。

实施例2

本实施例提供一种无机涂料及其制备方法：

按照重量份计所述无机涂料包括以下组分：硅酸钾50份、氧化铝纳米胶体溶液150份、丙烯酸乳液150份、气凝胶水性浆料150份、木质纤维5份、羟乙基纤维素2份、长链烷基伯胺盐2份、兴美亚XMY-951份、季铵盐类稳定剂2份、有机硅消泡剂3份、十二碳醇酯6份、重质碳酸钙150份、金红石型钛白粉50份、、郑州圣莱特中空玻璃微珠HL20 50份和去离子水229份。

制备方法包括：

(1)称取150份氧化铝纳米胶体溶液，在300r/s的第一混合的搅拌下依次加入1份长链烷基伯胺盐和50份硅酸钾搅拌均匀后，继续加入150份丙烯酸乳液完成所述第一混合，得到A重量份溶液；

(2)称取229份去离子水，在300r/s的第二混合的搅拌下依次加入2份羟乙基纤维素、1份长链烷基伯胺盐、1份兴美亚XMY-95、2份季铵盐类稳定剂、2份改性有机硅消泡剂、6份十二碳醇酯搅拌均匀后，继续加入重质碳酸钙150份、金红石型钛白粉50份进行1500r/s第三混合15min，得到B重量份溶液；

(3)将步骤(1)所述A重量份溶液加入步骤(2)所述B重量份溶液中进行第四混合搅拌均匀后，再依次加入150份气凝胶水性浆料、50份郑州圣莱特中空玻璃微珠HL20、5份木质纤维和1份有机硅消泡剂继续搅拌10min得到所述无机涂料。

实施例3

本实施例提供一种无机涂料及其制备方法：

按照重量份计所述无机涂料包括以下组分：硅酸钾70份、氧化铝纳米胶体溶液130份、丙烯酸乳液100份、气凝胶水性浆料200份、木质纤维3份、羟乙基纤维素2份、咪唑啉盐2份、伊士曼M121份、叔胺类稳定剂2份、有机硅消泡剂3份、苯二醇苯醚6份、重质碳酸钙150份、金红石型钛白粉50份、、郑州圣莱特中空玻璃微珠HL20 50份和去离子水221份。

制备方法包括：

(1)称取130份氧化铝纳米胶体溶液，在300r/s的第一混合的搅拌下依次加入1份咪唑啉盐和70份硅酸钾搅拌均匀后，继续加入100份丙烯酸乳液完成所述第一混合，得到A重量份溶液；

(2)称取231份去离子水，在300r/s的第二混合的搅拌下依次加入2份羟乙基纤维素、1份咪唑啉盐、1份伊士曼M12、2份叔胺类稳定剂、2份有机硅消泡剂、6份苯二醇苯醚搅拌均匀后，继续加入重质碳酸钙150份、金红石型钛白粉50份进行1500r/s第三混合15min，得到B重量份溶液；

(3)将步骤(1)所述A重量份溶液加入步骤(2)所述B重量份溶液中进行第四混合搅拌均匀后，再依次加入200份气凝胶水性浆料、50份郑州圣莱特中空玻璃微珠HL20、3份木质纤维和1份有机硅消泡剂继续搅拌10min得到所述无机涂料。

实施例4

本实施例除将硅酸钾70份、氧化铝纳米胶体溶液130份替换为硅酸钾90份、氧化铝纳米胶体溶液110份外，其他条件均与实施例1相同。

对比例1

本对比例除将(丙烯酸乳液)乳液的添加量替换为70份，将去离子水的添加量替换为261份外，其他条件均与实施例1相同。

对比例2

本对比例除将硅酸钾替换为氯化钠外，其他条件均与实施例1相同。

对比例3

本对比例除气凝胶水性浆料替换为中空玻璃微珠和水外，其他条件均与实施例1相同。

对实施例1-4和对比例1-3中制备的无机涂料养护后进行粘结强度、导热系数、柔性和氧指数的测试。

其中，粘结强度的测试按GB/T 9779-2015规定进行；

导热系数的测试：采用成型框制成15*20cm的湿膜厚度为1.5mm、干膜厚度约为1.2mm，在标准试验条件下养护14d后观察涂层应保证均匀平整，累加干膜厚度为25mm，按GB/T 10295的规定进行试验，测试导热系数，试验结果以2个试件平均值表示；

柔性的测试按JG/T 172 7.16规定进行；

氧指数的测试按GB/T 2406.2-2009规定进行。

表1

通过上述表格可以得到实施例1为最佳方案，实施例4硅酸钾过多、氧化铝纳米胶体溶液过少，无机涂料的柔性变差，粘结强度下降，导热系数下降。对比例1乳液的添加量过少，制备得到的无机涂料的柔性变差，粘结强度下降，导热系数下降。对比例2将硅酸钾替换为氯化钠，制备得到的无机涂料的柔性变差，粘结强度下降，导热系数下降。对比例3不添加气凝胶水性浆料，制备得到的无机涂料的柔性变差，粘结强度下降，导热系数下降。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。