CN103289455A - 一种无甲醛无voc无机功能涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无甲醛无VOC的无机功能涂料及其制备方法，包括组分A和组分B，主要有无机原料组成。本发明生产的涂料具有高耐磨性：硬度及高温下热硬度高，可达9小时；高附着力及剥离强度：由于是不同粒径的无机材料复配，极大的增强了交联密度，增加了涂料的致密度；同时不同粒径的原料混配，填补了大粒径原料之间的空隙，小粒径原料吸收缓冲了大粒径之间的热应力分散，而大粒径原料又抵御和隔离了小粒径原料的热应力集中；环保绿色，无VOC产生。

Description

一种无甲醛无VOC无机功能涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种无甲醛无VOC无机功能涂料及其制备方法。

背景技术

早在20世纪70年代，欧洲科学家对室内空气影响进行了全面系统研究之后指出：从室内空气检出的500多种有机物中，有20多种致癌物。世界卫生组织《世界卫生报告》中的资料统计，全球近一半人处于室内污染中，因室内环境污染而患呼吸道疾病的患者占世界人口的36%，慢性病患者占23%，气管炎、支气管炎和肺癌患者占千分之十七。中国室内装饰协会室内污染检测观察中心了解，在众多装饰材料中，有毒材料占68%，会产生300多种挥发性有机化合物（VOC），并引发30多种疾病，诱发性癌症最为突出。

市面上的室内外装饰材料大多数为有机材料或者有机无机复合材料，它们含有大量VOC，如甲醛、苯等有毒物质，受潮后容易褪色、泛黄、发霉、脱落，并存在易老化的问题和易燃的安全隐患。因此研究安全、无毒、耐候性好的建筑装饰材料成为研究热点，大力发展此类建筑装饰材料是时代的需求和现实的需要。

针对现有技术中的不足，急需研究一种无机涂料，用于高性能涂料的主要品种，能够通过硅酸盐的羟基、金属粉和基材中的其他无机非金属材料进行多重交联反应形成牢固致密的络合物，具有优异性能且无VOC污染的无机涂料。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种无毒无味、绿色环保、安全性好、成本低廉的无甲醛无VOC无机功能涂料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种无甲醛无VOC的无机功能涂料，涂料由组分A和组分B组成，其中组分A的原料及重量配比如下，

氧化钇稳定的氧化锆粉    2-3%；

氧化铝粉                2-3%；

硅粉                    2-3%；

碳化硅粉                2-3%； 

贝壳粉                  5-10%；

重质碳酸钙粉            10-20%； 

珊瑚粉                  1-2% ；

珍珠粉                  1-2% ；

高岭土                  1-5%;

膨润土                  1-5%； 

碳纤维                  0.5-0.8%；

羟乙基纤维素            0-0.8%；

六偏磷酸钠              0.2-0.5%；

锌粉                    5-10%；

轻质碳酸钙粉            10-20%； 

金红石型钛白粉          1-3%；

滑石粉                  5-10% ；

硅藻土                  5-10%；

缓凝剂                  0-0.3%；

消泡剂                  0.2-1%；     去离子水                余量；

上述A中组分配比之和为100%；

组分B的原料及重量配比如下，

硅酸钠                  10-20%；

硅酸钾                  30-40% ； 

磷酸二氢铝              1-5%；

蒙脱土凝胶              2-4%；

氢氧化钾水溶液          15-25%；

去离子水               余量；

上述B中组分配比之和为100%； 

组分A与组分B的重量配比为1∶1-2。

所述重质碳酸钙粉和轻质碳酸钙粉为200-400目；所述高岭土需要水洗，800℃煅烧1小时，然后研磨，尺寸为300nm-500nm；所述膨润土含SiO₂≥80%；所述碳纤维的尺寸为100-200nm；所述金红石型钛白粉，灼烧失重1%；所述滑石粉含SiO₂≥65%，尺寸为200-400目。

所述氢氧化钾水溶液重量百分比浓度为10%。

所述硅酸钠和硅酸钾模数为4.0，浓度为40-45波美度，固体含量30-35%。

所述的缓凝剂为酒石酸盐或柠檬酸盐；所述的消泡剂为磷酸三丁酯或者为非离子表面活性剂类消泡剂。

所述涂料的制备方法，步骤如下：

   （1）按照组分配比，将碱金属硅酸盐溶液中倒入带有搅拌装置的容器中，加入去离子水，600r/min低速搅拌90min，使硅酸盐溶液混合均匀；

（2）提高搅拌转速至2000r/min，将磷酸二氢铝、蒙脱土凝胶、氢氧化钾水溶液滴加入步骤(1)所得溶液中；在2000r/min的搅拌转速下1h，得到组分B；

（3）将组分A中的原料，按照配比放置在密闭反应釜中，在1500rpm的转速下，搅拌2小时，然后加入去离子水，50℃恒温，球磨机研磨5小时；

（4）加入组分B，在40℃下，恒温以500rpm的转速搅拌10小时，得到涂料

水性无机涂料的基料主要是硅酸盐系列。硅酸锂：较难溶于水，不宜得到较高浓度，能耐较高温度，热应变性差，价格高。 

硅酸钠：成膜性好，易溶于水，极易制成涂料，价格低，但易被碳化，单组分制成涂料时，漆膜耐水性很差。 

硅酸钾：易溶于水，成膜性好，价格中等。 

上述物料自固化模数顺序为：硅酸锂≥2，硅酸钠≥4，硅酸钾≥6。作为水性无机涂料使用的硅酸钾，其模数为2.2～5时，附着力最好。随着模数的提高，硅酸钾、硅酸钠粘度增大，呈现不稳定性；而硅酸锂虽然较难溶于水，不易得到较高浓度，但能制得1～25模数的稳定溶液，模数＜2.2时易沉淀，模数＞10时附着力下降，模数在3.9～4.7时性能最好。 

通常为了提高涂料的某些性能，还使用一些材料对水玻璃进行改性，例如：向基料中加入一定量的溶胶，通过提高水玻璃的模数 提高其涂膜的耐水性，水玻璃与合成树脂乳液复合使用，以提高涂料的耐水性、柔韧性等，但只有它们在电性能上相一致，才能保证混合体系的稳定性，否会则导致体系凝胶化或破乳。 

在涂料中加人适量锌粉之外的其它颜料，如二氧化硅或磷铁粉，使之很好地分散于无机富锌涂料中，可使涂层的龟裂倾向大为降低。 

涂料的应用：

1）施工前处理：将需要上涂料的墙面用砂纸打磨平滑；

2）调制涂料液：用电钻将上述涂料液搅拌5-10分钟；

3）批墙：将上述调制好的涂料液分1-3次平批上墙；

4）后处理：批墙完成后，批好的墙风干2-3小时，之后在墙面上做出图案或纹路，完成施工。整个施工过程中，墙面周围的温度≥5℃，相对湿度≤85%。

有益效果

1、高耐磨性：硬度及高温下热硬度高，可达9小时； 

2、高附着力及剥离强度：由于是不同粒径的无机材料复配，极大的增强了交联密度，增加了涂料的致密度；同时不同粒径的原料混配，填补了大粒径原料之间的空隙，小粒径原料吸收缓冲了大粒径之间的热应力分散，而大粒径原料又抵御和隔离了小粒径原料的热应力集中；

3、环保绿色，无VOC产生。

具体实施方式

实施例1

一种无甲醛无VOC的无机功能涂料，涂料由组分A和组分B组成，其中组分A的原料及重量配比如下，

氧化钇稳定的氧化锆粉    2%；

氧化铝粉                2%；

硅粉                    2%；

碳化硅粉                2%； 

贝壳粉                  5%；

重质碳酸钙粉            10%； 

珊瑚粉                  1% ；

珍珠粉                  1% ；

高岭土                  1%;

膨润土                  1%； 

碳纤维                  0.5%；

羟乙基纤维素            0.8%；

六偏磷酸钠              0.2%；

锌粉                    5%；

轻质碳酸钙粉            10%； 

金红石型钛白粉          1%；

滑石粉                  5% ；

硅藻土                  5%；

缓凝剂                  0.3%；

消泡剂                  0.2%；     去离子水                余量；

上述A中组分配比之和为100%；

组分B的原料及重量配比如下，

硅酸钠                  10%；

硅酸钾                  30% ； 

磷酸二氢铝              1%；

蒙脱土凝胶              2%；

氢氧化钾水溶液          15%；

去离子水               余量；

上述B中组分配比之和为100%； 

组分A与组分B的重量配比为1∶1-2。

所述重质碳酸钙粉和轻质碳酸钙粉为200-400目；所述高岭土需要水洗，800℃煅烧1小时，然后研磨，尺寸为300nm-500nm；所述膨润土含SiO₂≥80%；所述碳纤维的尺寸为100-200nm；所述金红石型钛白粉，灼烧失重1%；所述滑石粉含SiO₂≥65%，尺寸为200-400目。

所述氢氧化钾水溶液重量百分比浓度为10%。

所述硅酸钠和硅酸钾模数为4.0，浓度为40-45波美度，固体含量30-35%。

所述的缓凝剂为酒石酸盐或柠檬酸盐；所述的消泡剂为磷酸三丁酯或者为非离子表面活性剂类消泡剂。

所述涂料的制备方法，步骤如下：

   （1）按照组分配比，将碱金属硅酸盐溶液中倒入带有搅拌装置的容器中，加入去离子水，600r/min低速搅拌90min，使硅酸盐溶液混合均匀；

（2）提高搅拌转速至2000r/min，将磷酸二氢铝、蒙脱土凝胶、氢氧化钾水溶液滴加入步骤(1)所得溶液中；在2000r/min的搅拌转速下1h，得到组分B；

（3）将组分A中的原料，按照配比放置在密闭反应釜中，在1500rpm的转速下，搅拌2小时，然后加入去离子水，50℃恒温，球磨机研磨5小时；

（4）加入组分B，在40℃下，恒温以500rpm的转速搅拌10小时，得到涂料

实施例2

一种无甲醛无VOC的无机功能涂料，涂料由组分A和组分B组成，其中组分A的原料及重量配比如下，

氧化钇稳定的氧化锆粉    3%；

氧化铝粉                3%；

硅粉                    3%；

碳化硅粉                3%； 

贝壳粉                  10%；

重质碳酸钙粉            15%； 

珊瑚粉                  2% ；

珍珠粉                  2% ；

高岭土                  5%;

膨润土                  5%； 

碳纤维                  0.8%；

羟乙基纤维素            0.8%；

六偏磷酸钠              0.5%；

锌粉                    10%；

轻质碳酸钙粉            15%； 

金红石型钛白粉          3%；

滑石粉                  5% ；

硅藻土                  5%；

消泡剂                  0.2%；     去离子水                余量；

上述A中组分配比之和为100%；

组分B的原料及重量配比如下，

硅酸钠                  20%；

硅酸钾                  40% ； 

磷酸二氢铝              5%；

蒙脱土凝胶              4%；

氢氧化钾水溶液          25%；

去离子水               余量；

上述B中组分配比之和为100%； 

组分A与组分B的重量配比为1∶1-2。

所述重质碳酸钙粉和轻质碳酸钙粉为200-400目；所述高岭土需要水洗，800℃煅烧1小时，然后研磨，尺寸为300nm-500nm；所述膨润土含SiO₂≥80%；所述碳纤维的尺寸为100-200nm；所述金红石型钛白粉，灼烧失重1%；所述滑石粉含SiO₂≥65%，尺寸为200-400目。

所述氢氧化钾水溶液重量百分比浓度为10%。

所述硅酸钠和硅酸钾模数为4.0，浓度为40-45波美度，固体含量30-35%。

所述的缓凝剂为酒石酸盐或柠檬酸盐；所述的消泡剂为磷酸三丁酯或者为非离子表面活性剂类消泡剂。

所述涂料的制备方法，步骤如下：

   （1）按照组分配比，将碱金属硅酸盐溶液中倒入带有搅拌装置的容器中，加入去离子水，600r/min低速搅拌90min，使硅酸盐溶液混合均匀；

（2）提高搅拌转速至2000r/min，将磷酸二氢铝、蒙脱土凝胶、氢氧化钾水溶液滴加入步骤(1)所得溶液中；在2000r/min的搅拌转速下1h，得到组分B；

（3）将组分A中的原料，按照配比放置在密闭反应釜中，在1500rpm的转速下，搅拌2小时，然后加入去离子水，50℃恒温，球磨机研磨5小时；

（4）加入组分B，在40℃下，恒温以500rpm的转速搅拌10小时，得到涂料

本发明产品的检测结果

挥发性有机物（VOC）检测方法参照GB 18582-2008（室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量）中附录A：挥发性有机化合物及苯、甲苯、乙苯和二甲苯总和含量的测试气相色谱法，采用GC-MS进行分析。

表1 挥发性有机物检测

测试项目	限制	单位	MDL	实施例1和2
					挥发性有机物（VOC）	15	g/kg	1	未检出

甲醛检测：参照GB 18582-2008 （室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量）附录C：游离甲醛的测定，采用UV-Vis进行分析。

 

表2 游离甲醛含量检测

测试项目	限制	单位	MDL	实施例1和2
					游离甲醛含量	100	mg/kg	5	未检出

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种无甲醛无VOC的无机功能涂料，其特征在于：涂料由组分A和组分B组成，其中组分A的原料及重量配比如下，

氧化钇稳定的氧化锆粉    2-3%；

氧化铝粉                2-3%；

硅粉                    2-3%；

碳化硅粉                2-3%； 

贝壳粉                  5-10%；

重质碳酸钙粉            10-20%； 

珊瑚粉                  1-2% ；

珍珠粉                  1-2% ；

高岭土                  1-5%;

膨润土                  1-5%； 

碳纤维                  0.5-0.8%；

羟乙基纤维素            0-0.8%；

六偏磷酸钠              0.2-0.5%；

锌粉                    5-10%；

轻质碳酸钙粉            10-20%； 

金红石型钛白粉          1-3%；

滑石粉                  5-10% ；

硅藻土                  5-10%；

缓凝剂                  0-0.3%；

消泡剂                  0.2-1%；     去离子水                余量；

上述A中组分配比之和为100%；

组分B的原料及重量配比如下，

硅酸钠溶液              10-20%；

硅酸钾溶液              30-40% ； 

磷酸二氢铝              1-5%；

蒙脱土凝胶              2-4%；

氢氧化钾水溶液          15-25%；

去离子水               余量；

上述B中组分配比之和为100%； 

组分A与组分B的重量配比为1∶1-2。

2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述重质碳酸钙粉和轻质碳酸钙粉为200-400目；所述高岭土需要水洗，800℃煅烧1小时，然后研磨，尺寸为300nm-500nm；所述膨润土含SiO₂≥80％；所述碳纤维的尺寸为100-200nm；所述金红石型钛白粉，灼烧失重1%；所述滑石粉含SiO₂≥65%，尺寸为200-400目。

3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述氢氧化钾水溶液重量百分比浓度为10%。

4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述硅酸钠和硅酸钾模数为4.0，浓度为40-45波美度，固体含量30-35%。

5.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述的缓凝剂为酒石酸盐或柠檬酸盐；所述的消泡剂为磷酸三丁酯或者为非离子表面活性剂类消泡剂。

6.权利要求1-5任意所述涂料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

   （1）按照组分配比，将碱金属硅酸盐溶液中倒入带有搅拌装置的容器中，加入去离子水，600r/min低速搅拌90min，使硅酸盐溶液混合均匀；

（2）提高搅拌转速至2000r/min，将磷酸二氢铝、蒙脱土凝胶、氢氧化钾水溶液滴加入步骤(1)所得溶液中；在2000r/min的搅拌转速下1h，得到组分B；

（3）将组分A中的原料，按照配比放置在密闭反应釜中，在1500rpm的转速下，搅拌2小时，然后加入去离子水，50℃恒温，球磨机研磨5小时；

（4）加入组分B，在40℃下，恒温以500rpm的转速搅拌10小时，得到涂料。