CN101363270A - 建筑陶瓷涂料板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种建筑装饰用陶瓷涂料板材，包括基材；该基材上具有喷砂表面处理层，该喷砂表面处理层上具有陶瓷涂膜层。可用于所述基材的材料包括铝、钢、玻璃、无机预制板；所述的陶瓷涂膜层是由AL₂O₃溶胶和可以水解的硅氧烷经熟化缩聚而成的无机树脂构成。其制备方法包括基材的前处理、涂料的熟化、涂装和固化步骤，其中可采用超声波进行涂料的熟化。本发明的材料具有良好的装饰性，是完全不燃的，用于室内装饰更安全，硬度高，具有良好的抗刮伤性；户外使用时耐候性更久，可长达30年以上，而且能消除静电并具有自清洁性。另外，与氟碳涂料相比，本发明所述的陶瓷涂料具有更好的耐紫外线性能，耐酸雨性能卓越，涂膜可始终保持鲜艳的外观。

Description

建筑陶瓷涂料板材及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种新型的长效耐候和完全不燃的建筑陶瓷板材及其制备方法。

背景技术

以PVDF为主要成膜物的热熔型氟碳涂料，在建筑装饰领域的应用已有40多年的发展历史，它以色彩多样，并能保持近20年的耐久性，而被广泛用于建筑装饰，特别是在铝单板装饰方面，氟碳涂料占有绝对的主导地位。但由于氟碳涂料的有机物特性，导电性差，容易产生静电附尘，且随着城市工业化发展，汽车尾气的排放，城市灰尘增多，酸雨加重，化工粉尘等污染物加速了氟碳涂层的破坏，因此日久使用会出现变色、沾污等现象，另外氟碳涂料还具有可燃性，燃烧时将产生有毒气体，因此氟碳涂料作为建筑装饰材料，不利消防安全，特别是若用于内装饰场合将存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐候、不燃的建筑陶瓷涂料板材及其制备方法。

为达到以上目的，本发明的解决方案是：

一种板材，该板材可以是铝、钢、无机预制板或玻璃；

通过脱脂、喷砂对板材表面进行前处理；

其中的脱脂可选用任意的电化学的、化学的、物理的脱脂方法；

其中的喷砂可以选用非金属、金属喷砂介质；

以金属氧化物溶胶配合一种或一种以上的硅烷偶联剂，通过溶胶-凝胶法获得的陶瓷涂料；

通过喷涂、滚涂或浸涂施涂到上述基材表面；

在烘炉中进行干燥和硬化，获得表面涂有一层陶瓷涂膜的复合材料。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明的材料不仅具有良好的装饰性，而且克服了氟碳涂料的一些缺点，是完全不燃的，用于室内装饰更安全，硬度高达5H，具有良好的抗刮伤性；户外使用时耐候性更久，可长达30年以上，而且该板材用装饰陶瓷涂膜，是由无机纳米材料复合而成，能消除静电和具有自清洁性。

本发明所述的陶瓷涂料的主要成分是由AL₂O₃溶胶和能够加水水解的烷氧基硅烷形成的涂膜，涂膜在加热固化时形成立体网状结构，其中的AL-O键能122.4Kcal/mol，Si—O键能101Kcal/mol，远大于PVDF中C-C主链(83.2Kcal/mol)的结合能，如以阳光中的300nm波长的紫外线为例，其能量约为95Kcal/mol，它可以使C-C断裂，而难以破坏Si—O键，更难以使AL—O断裂，所以和氟碳涂料相比，本发明所述的陶瓷涂料具有更好的耐紫外线性能，另外本发明中使用的铝溶胶属酸稳定型，在酸性条件下更能促进溶胶和烷基硅醇的缩和，因此耐酸雨性能卓越，涂膜可始终保持鲜艳的外观。

附图说明

图1为本发明制备方法实施例的盘式搅拌的正确位置与搅拌槽的最适宜尺寸示意图(D为盘式叶轮直径)。

图2为本发明制备方法实施例的滚扎熟化设备示意图。

图3为本发明制备方法实施例的超声波熟化示意图。

图4为本发明制备方法实施例的超声波设备原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

本发明的技术方案是：一种基材，特别是铝材，表面经脱脂、喷砂处理，然后涂装一层陶瓷涂膜，经高温烘烤，固化形成装饰性板材，涂覆用的陶瓷涂料是由A、B两个组分，即AL₂O₃和可以水解的硅氧烷构成，A、B两组分在喷涂之前需要经过混配和熟化，即通过溶胶-凝胶化作用转化成可以施涂的液态涂料。

本发明涉及的基材有铝板、钢板、玻璃基材和无机预制板板材。无机预制板材的主要成分是由石英粉、硅藻土、硅灰石粉、水泥等组成、再添加增强纤维和无机胶粘剂等经制浆、成胚、高温高压蒸养加工而成。由于铝材质地轻，具有良好的抗老化性、耐高温、耐腐蚀、强度高、折装方便等特点，本发明首推铝板作为装饰基材。可选用的铝板可以是纯铝或铝合金的，纯铝的纯度在99.0％以上。可选用的铝合金系列如1050、1060、1100、3003、3004、5052、6061、6063等，优先推荐的是3003系列，可选用的厚度为1.5～5mm，较适宜的是2～4mm，最适宜的厚度是2～3mm。

板材需经脱脂、喷砂、水洗、烘干进行前处理。

[1]脱脂液PH9～9.5在50℃左右进行；

[2]本发明所述的基材需要经喷砂处理方能进行喷涂，喷砂可选用的介质多为非金属介质，如刚玉类，包括棕刚玉、白刚玉、铬钢玉、黑刚玉、单晶刚玉、微晶刚玉等，其莫式硬度约为9，其它非金属类的，如玻璃粉，高温氧化铝粉、黑碳化硅、绿碳化硅等也可作为喷砂介质；金属材质的主要有钢丸和钢砂。棕刚玉因其来源方便，硬度高，价格低廉是最适合的选择。通常用于喷砂的棕刚玉的目数在40～300目之间，比较适合的是80～200目，最佳的选择为100～120目。用这种目数的刚玉喷砂兼顾了喷砂效率和喷砂质量。喷砂后的基材粗糙度约控制在2～10μm，比较适合的粗糙度为3～7μm，最好控制在3～5μm，这样即能保证陶瓷涂膜对基材的附着，同时涂膜表面桔纹轻微，满足装饰要求。

[3]自来水室温喷淋；

[4]纯水室温喷淋；

[5]105～120℃烘干；

涂装于基材上的陶瓷涂料，是由醇溶性硅烷溶液采用溶胶-凝胶法制备的聚硅氧烷，特别是烷氧基硅烷和水性铝溶胶。烷氧基硅烷和水作用发生水解，形成硅醇，可以发生自缩聚或和铝溶胶共缩聚，形成无机网络状的聚硅氧烷。同时有机基团，特别是烷基基团，通过碳-硅键连接到无机网络上，它们不承担硅氧烷的聚合或交联功能，而仅仅是附在聚硅氧烷的外部，形成一层斥水层，从而使陶瓷涂料具有显著的疏水性。

本发明推荐的陶瓷涂膜厚度在15～50μm，比较适宜的膜厚为20～40μm，最好控制在25～35μm之间。

本发明的陶瓷涂料是由A、B两个组分组成。A组分含有分散于水的酸性铝溶胶，用硝酸稳定，调节PH2.0～5.0，较适宜的范围是2.5～4，最好在3～3.5之间。

B组分是由一个或一个以上的烷氧基硅烷组成，该烷氧基硅烷以未水解的形式溶解在无水的醇类溶剂中，如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，最适宜的溶剂为异丙醇。

B组分中的烷氧基硅烷可用通式表示为：

          X_nSi(OR)_4-n

式中R为C1～C4的烷基，X为C1～C6的烷基或芳香基，n为0、1、2、3的整数。

适宜的烷氧基硅烷如四甲氧基硅烷(TMOS)、四乙氧基硅烷(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMOS)。

B组分可以是单独的或混合的烷氧基硅烷，如TEOS25～35％(重量比，下同)，较适宜的量是30％，MTMOS15～25％，最好为20％，两者溶解在40～60％的异丙醇中。

上述的陶瓷涂料，在使用时需要将A、B两个组分按一定比例混合、熟化。A:B通常为3:1～1:1，较适宜的比例为2:1～1:1，最适宜的比例1.5:1～1.2:1。

混合后发生水解反应：-Si(OR)_n+nH₂O→-Si(OH)_n+nROH；

典型的A、B组成为：

A组分：

B组分：

混合与熟化是否充分是获得良好涂膜外观的关键，通常可采用的熟化方式有3种：机械搅拌，滚轧熟化和超声波熟化。

(1)机械搅拌，见图1

机械搅拌的分散部主要有盘式、浆式和框式。本发明所涉及的陶瓷涂料在熟化时，优先选择盘式，它是一种结构简单、快速廉价的设备，具有转轴7。具有一台设备完成预混、分散和熟化各工序的优点。适合一次熟化50～200L的物料，效率高，缺点是搅拌时熟化槽无法完全密封，有少量挥发物逸出。

图1为机械搅拌的示意图，图中D为分散盘直径，1.2D是液面原始高度，0.5-1.0D是分散盘到容器底部的距离，2.8-4.0D是容器的直径。推荐按上述数据设置熟化容器规格、以及分散盘的高度会获得较好的分散效果。

推荐的搅拌线速率在5～30m/s，较适宜的为10～25m/s，最适宜的为15～20m/s.

(2)滚扎熟化，见图2

熟化时将陶瓷涂料A、B装入到一个密封的圆型塑料或金属桶中，容器预留至少1/3的空间，为保障分散质量，容器中可加入适量

的刚玉珠或锆珠，在滚扎机上进行滚扎，滚扎时转速设定在40～60rpm比较适宜。滚扎熟化的优点是物料完全密封，无挥发物逸出，滚扎机可做成多排式，一次进行多桶熟化。缺点是滚扎机的剪切力较低，需要较长的滚扎时间。本发明的特别之处在于滚轧时填入适量的刚玉珠，以弥补滚轧剪切不足的缺点，推荐4～6L的容器中填入10～20个刚玉珠。

(3)超声波分散熟化，见图3、4

超声波在本质上和声波是一样的，都是机械振动在弹性介质中的传播过程，超声波和声波的区别仅在于频率范围的不同。

超声波能在液体中产生微冲流，具有搅拌作用。在不相溶的两相液体中，微冲流能促使两液相面加速互相分散，具有乳化作用。

用超声波熟化陶瓷涂料时(见图3)，以托槽5中的水6为超声波传递介质，温度设定30～40℃，水面高度约为熟化槽总高度的2/3。优点是分散质量好，熟化时间短，可缩短熟化时间。

采用超声波熟化时，一次熟化的涂料量和超声波的输出功率要有很好的匹配性，否则影响熟化效果，通常推荐的两种对应关系如下。

三种熟化方式推荐的主要熟化参数：

 

熟化方式	需要的熟化时间(h)	一次熟化较适宜量(Kg)	熟化温度
				机械搅拌	3～4	一般小于200kg	20～25℃
机械滚轧	6～8	取决于滚轧机的能力	20～25℃
				超声波仪	1～1.5	5～80	30～40℃

陶瓷涂膜的固化：完成前处理的基材，先进行预热，一般预热到35～40℃，用上面述及的熟化好的陶瓷涂料进行喷涂、流平、烘烤，烘烤温度选在120～220℃之间，比较适合的温度为140～200℃，最佳的固化温度是160～180℃硬化的涂膜经自然冷却后得到成品。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种建筑装饰用陶瓷涂料板材，其特征在于：包括基材；该基材上具有喷砂表面处理层，该喷砂表面处理层上具有陶瓷涂膜层。

2.根据权利要求1所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材，其特征在于：可用于所述基材的材料包括铝、钢、玻璃、无机预制板。

3.根据权利要求1所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材，其特征在于：所述的陶瓷涂膜层是由AL₂O₃溶胶和可以水解的硅氧烷经熟化缩聚而成的无机树脂构成；所述的陶瓷涂膜层厚度为15～50μm。

4.根据权利要求1所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材，其特征在于：所述喷砂表面处理层的基材粗糙度为2～10μm。

5.根据权利要求1所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材，其特征在于：所述基材选用由纯铝或铝合金构成的铝板，纯铝的纯度在99.0％以上；可选用的铝合金系列包括1050、1060、1100、3003、3004、5052、6061、6063；铝板的厚度为1.5～5mm。

6.权利要求1所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材的制备方法，其特征在于：包括基材的前处理、涂料的熟化、涂装和固化步骤。

7.根据权利要求6所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材的制备方法，其特征在于：包括：

(1)选择一种板材作为基材；

(2)通过脱脂、喷砂对基材表面进行前处理；

(3)制备陶瓷涂料；

(4)将所述陶瓷涂料通过喷涂、滚涂或浸涂施涂到上述基材表面；

(5)在烘炉中进行干燥和硬化，获得表面涂有一层陶瓷涂膜的复合材料。

8.根据权利要求7所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材的制备方法，其特征在于：

步骤(2)所述的脱脂方法包括电化学的、化学的、物理的脱脂方法；

所述的喷砂方法包括选用非金属介质、选用金属喷砂介质的喷砂方法。

9.根据权利要求7所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材的制备方法，其特征在于：所述的喷砂方法选用棕刚玉喷砂，棕刚玉的目数在40～300目之间，经喷砂处理后形成粗糙度2～10μm的基材表面。

10.根据权利要求6所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材的制备方法，其特征在于：在涂料的熟化、涂装和固化步骤中采用机械搅拌或滚扎或超声波熟化陶瓷涂料，涂布后的工件经流平、固化成产品。

11.根据权利要求6所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材的制备方法，其特征在于：采用超声波进行涂料的熟化时，一次熟化的涂料量和超声波的输出功率的对应关系如下：

1)、熟化量5～10kg；输出超声波100～150w；

2)熟化量11～20Kg；输出超声波400～600w；

3)熟化量21～40Kg；输出超声波800～1,200w；

4)熟化量41～80Kg；输出超声波1,600～2,400w。

12.根据权利要求6所述的建筑装饰用陶瓷涂料板材的制备方法，其特征在于：

基材的前处理：将铝、钢、玻璃板或无机预制板等基材，经脱脂后再进行喷砂处理获得粗糙度2～10μm的表面；

涂料的熟化：涂料由A、B两个组分所组成；A组分由金属氧化物溶胶、无机颜料、助剂、醇溶性溶剂等组成，B组分由硅烷偶联剂等组成；将A、B组分按计量比例混合、经熟化后形成纯无机的涂料；

涂装：将工件预热至35～40℃，采用空气喷涂或静电喷涂进行涂装；

固化：将完成涂装的涂料经2～20min流平后进烘道或烘箱固化，在120～220℃/20min下硬化，形成厚度为20～35μm的陶瓷涂膜。

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