CN103483884A - 一种高性能水性无机涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学工程领域，特别是涉及一种高性能水性无机涂料及其制备方法。本发明提供一种高性能水性无机涂料，所述高性能水性无机涂料的原料按重量份计，包括如下组分：硅溶胶20~35份；聚合物溶液5~15份；颜料5~15份；填充剂15~30份；消泡剂0.5~1.5份；成膜助剂1~2份；增稠剂0.05~0.5份；水20~35份。本发明所提供的水性无机涂料，在引入有机高分子溶液的同时，优化了颜料、填料、消泡剂及成膜助剂的比例，得到了对环境无害、显著的强粘附性、优异的流平性及光泽性等特点的高性能水性无机涂料。此制备方法简单可靠、成本低廉，非常适用于工业生产和应用。

Description

一种高性能水性无机涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及化学工程领域，特别是涉及一种高性能水性无机涂料及其制备方法。

背景技术

为了提高建筑物墙面和其他物体的耐腐蚀性、耐候性和抗化学物质，均需在其表面涂上涂料，而目前的涂料成膜物主要以有机乳液为主，但因其挥发性组分含量较高，大量的有机残留，对环境有一定的破坏。因此，低污染或环境友好型涂料在市场上受到极大关注，水性无机涂料作为一种节能、环保的绿色涂料应运而生，也逐渐被提出了更高性能的要求。

无机涂料主要是指以硅酸盐和磷酸盐类化合物作为粘结剂，加入各种颜、填料、助剂、固化剂配制而成的涂料，其中硅酸盐高分子化合物又可分为碱金属硅酸盐和硅溶胶。这种以无机粘结剂作为成膜物质的涂料具有成膜温度低、其涂膜具有优良的耐候性、在紫外光作用下非常稳定、良好的耐热性、遇火不燃、较好的耐污染性、不易吸灰、能保持明快的装饰效果、在制作与使用过程中无挥发性有机物产生、不会污染环境、原材料资源丰富、成本低廉等一系列优点，因而得到了广泛的应用。

硅溶胶涂料是以胶体二氧化硅的水分散液为成膜物质，混以颜、填料、助剂搅拌分散而成的一种无机涂料。成膜物质硅溶胶是一种粒径为1～100nm的多聚硅酸的高度分散物。成膜性能的好坏不仅与胶体胶粒的大小有关，更重要的是粒子表面应具有一定的活性。一般硅溶胶的粒子呈球形，粒子表面大部分被硅羟基Si-OH所包围，小部分吸附了作为稳定剂的阳离子，由于粒子表面吸附了阳离子，胶粒带有电荷，并且具有足够大的zeta电位，保证了胶体的稳定性。成膜时，随着水分的蒸发，胶体粒子不断靠紧，Si-OH中相邻的-OH基脱水而形成-Si-O-Si-键。硅溶胶作为成膜物具有较大优势，施工后吸收大气中CO₂，随着水分的挥发，SiO₂粒子间能形成牢固的Si-O键而成为连续涂膜。但Si-O键的刚性较强，成膜交联又是一个缩水过程，塑性等综合性能较差,因此一般在该无机涂料中添加纤维或纤维状、片状颜、填料，或者用有机高分子成膜物改性，使有机树脂填充在-Si-O-Si-网状结构的间隙中，屏蔽残存的羟基，减少涂膜对水的敏感程度，以提高其综合性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高性能水性无机涂料，用于解决现有技术中的问题。

本发明第一方面提供一种高性能水性无机涂料，该涂料对环境污染小，具有粘附性强，流平性和光泽性好的特点，所述高性能水性无机涂料的原料按重量份计，包括如下组分：

优选的，所述硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中的分散液，所述硅溶胶的浓度为25-30wt%。

优选的，所述硅溶胶的粒径为11-13nm。

优选的，所述聚合物溶液的溶剂为水，溶质选自聚乙烯醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合。

更优选的，所述聚乙烯醇的平均分子量为30,000～70,000。

更优选的，所述聚丙烯酰胺的平均分子量为≥3,000,000。

更优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为40,000～60,000。

更优选的，所述聚合物溶液的浓度为5-15wt%。

优选的，所述颜料为钛白粉。

优选的，所述填充剂选自滑石粉，碳酸钙，硅钙粉中的一种或多种的组合。

优选的，所述消泡剂选自异辛醇，异丙醇中的一种或多种的组合。

优选的，所述成膜助剂选自乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯、乙酸、乙醇、乙酸乙酯中的一种或多种的组合。

优选的，所述增稠剂为聚氨酯型增稠剂。

更优选的，所述聚氨酯型增稠剂为PUR40聚氨酯增稠剂。

本发明第二方面提供所述高性能水性无机涂料的制备方法，包括如下步骤：

1）在室温下，先将水、消泡剂混合搅拌，再加入颜料和填充剂，充分搅拌后，过滤得到均匀溶液A；

2）按配方，将所述硅溶胶和聚合物溶液混合，充分搅拌，得到均匀溶液B；

3）按配方，在步骤2）所得的溶液B中，加入成膜助剂和增稠剂，充分搅拌，过滤得到均匀溶液C；

4）将步骤3）所得的溶液C，滴加入溶液A中，充分搅拌，过滤，即制的所述的高性能水性无机涂料。

优选的，所述步骤1中，所述充分搅拌的具体条件为：在450-550r/min的速率下搅拌20-40min。

优选的，所述步骤2中，所述充分搅拌的具体条件为：在250-350r/min的速率下搅拌20-40min。

优选的，所述步骤3中，在搅拌状态下加入成膜助剂和增稠剂。

优选的，所述步骤3中，所述充分搅拌的具体条件为：在250-350r/min的速率下搅拌20-40min。

优选的，所述步骤4中，在搅拌状态下，将步骤3）所得的溶液C，滴加入溶液A中。

更优选的，溶液C的滴加时间为0.5-1.5h。

优选的，所述步骤4中，所述充分搅拌的具体条件为：以900-1100r/min的速率搅拌约1.5-2.5h。

本发明第三方面提供所述高性能水性无机涂料在涂层制备领域的应用。

本发明提供了一种高性能水性无机涂料，并进一步提供了所述高性能水性无机涂料的制备方法及其应用。本发明所提供的水性无机涂料，在引入有机高分子溶液的同时，优化了颜料、填料、消泡剂及成膜助剂的比例，得到了对环境无害、显著的强粘附性、优异的流平性及光泽性等特点的高性能水性无机涂料。此制备方法简单可靠、成本低廉，非常适用于工业生产和应用。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

各实施例中，所使用的聚乙烯醇的平均分子量为30,000～70,000；聚丙烯酰胺的平均分子量为≥3,000,000；聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为40,000～60,000。

实施例1

（1）涂料配方

（2）制备步骤

1）在室温下，将水、消泡剂加入调漆罐，开动搅拌，再加入颜料和填充剂，在500r/min的速率下搅拌约30min，过滤得到均匀溶液A；

2）将配方中所述的硅溶胶和聚合物溶液加入混合罐，在300r/min的速率下进行搅拌约30min，得到均匀溶液B；

3）将步骤2)所得的均匀溶液B，搅拌状态下加入成膜助剂和增稠剂，继续在300r/min搅拌约30min，过滤得到均匀溶液C；

4）将步骤3)所得的均匀溶液C，搅拌状态下滴加入调漆罐中，滴加时间为1h，并以1000r/min的速率搅拌约2hour，过滤，即制的所述的高性能水性无机涂料。

实施例2

（1）涂料配方

（2）制备步骤

1）在室温下，将水、消泡剂加入调漆罐，开动搅拌，再加入颜料和填充剂，在500r/min的速率下搅拌约30min，过滤得到均匀溶液A；

2）将配方中所述的硅溶胶和聚合物溶液加入混合罐，在300r/min的速率下进行搅拌约30min，得到均匀溶液B；

3）将步骤2)所得的均匀溶液B，搅拌状态下加入成膜助剂和增稠剂，继续在300r/min搅拌约30min，过滤得到均匀溶液C；

4）将步骤3)所得的均匀溶液C，搅拌状态下滴加入调漆罐中，滴加时间为1h，并以1000r/min的速率搅拌约2hour，过滤，即制的所述的高性能水性无机涂料。

实施例3

（1）涂料配方

（2）制备步骤

1）在室温下，将水、消泡剂加入调漆罐，开动搅拌，再加入颜料和填充剂，在500r/min的速率下搅拌约30min，过滤得到均匀溶液A；

2）将配方中所述的硅溶胶和聚合物溶液加入混合罐，在300r/min的速率下进行搅拌约30min，得到均匀溶液B；

3）将步骤2)所得的均匀溶液B，搅拌状态下加入成膜助剂和增稠剂，继续在300r/min搅拌约30min，过滤得到均匀溶液C；

4）将步骤3)所得的均匀溶液C，搅拌状态下滴加入调漆罐中，滴加时间为1h，并以1000r/min的速率搅拌约2hour，过滤，即制的所述的高性能水性无机涂料。

高性能水性无机涂料的性能指标如表1：

表1

由表1可以看出，本发明提供的高性能水性无机涂料及其制备方法，引入有机高分子溶液的同时，优化了颜料、填料、消泡剂及成膜助剂的比例，得到了对环境无害、显著的强粘附性、优异的流平性及光泽性等特点的高性能水性无机涂料。此制备方法简单可靠、成本低廉，非常适用于工业生产和应用。

实施例4

（1）涂料配方

（2）制备步骤

1）在室温下，将水、消泡剂加入调漆罐，开动搅拌，再加入颜料和填充剂，在450r/min的速率下搅拌约40min，过滤得到均匀溶液A；

2）将配方中所述的硅溶胶和聚合物溶液加入混合罐，在250r/min的速率下进行搅拌约40min，得到均匀溶液B；

3）将步骤2)所得的均匀溶液B，搅拌状态下加入成膜助剂和增稠剂，继续在250r/min搅拌约40min，过滤得到均匀溶液C；

4）将步骤3)所得的均匀溶液C，搅拌状态下滴加入调漆罐中，滴加时间为1.5h，并以900r/min的速率搅拌约2.5h，过滤，即制的所述的高性能水性无机涂料。

实施例5

（1）涂料配方

（2）制备步骤

1）在室温下，将水、消泡剂加入调漆罐，开动搅拌，再加入颜料和填充剂，在550r/min的速率下搅拌约20min，过滤得到均匀溶液A；

2）将配方中所述的硅溶胶和聚合物溶液加入混合罐，在350r/min的速率下进行搅拌约20分钟，得到均匀溶液B；

3）将步骤2)所得的均匀溶液B，搅拌状态下加入成膜助剂和增稠剂，继续在350r/min搅拌约20min，过滤得到均匀溶液C；

4）将步骤3)所得的均匀溶液C，搅拌状态下滴加入调漆罐中，滴加时间为0.5h，并以1100r/min的速率搅拌约1.5hour，过滤，即制的所述的高性能水性无机涂料。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种高性能水性无机涂料，所述高性能水性无机涂料的原料按重量份计，包括如下组分：

2.如权利要求1所述的高性能水性无机涂料，其特征在于，所述硅溶胶的浓度为25-30wt%。

3.如权利要求1所述的高性能水性无机涂料，其特征在于，所述聚合物溶液的溶剂为水，溶质选自聚乙烯醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合。

4.如权利要求3所述的高性能水性无机涂料，其特征在于，所述聚合物溶液的浓度为5-15wt%。

5.如权利要求1所述的高性能水性无机涂料，其特征在于，所述颜料为钛白粉。

6.如权利要求1所述的高性能水性无机涂料，其特征在于，所述填充剂选自滑石粉，碳酸钙，硅钙粉中的一种或多种的组合。

7.如权利要求1所述的高性能水性无机涂料，其特征在于，所述消泡剂选自异辛醇，异丙醇中的一种或多种的组合。

8.如权利要求1所述的高性能水性无机涂料，其特征在于，所述成膜助剂选自乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯、乙酸、乙醇、乙酸乙酯中的一种或多种的组合。

9.如权利要求1所述的高性能水性无机涂料，其特征在于，所述增稠剂为聚氨酯型增稠剂。

10.如权利要求9所述的高性能水性无机涂料，其特征在于，所述聚氨酯型增稠剂为PUR40聚氨酯增稠剂。

11.如权利要求1-10任一权利要求所述的高性能水性无机涂料的制备方法，包括如下步骤：

1）在室温下，先将水、消泡剂混合搅拌，再加入颜料和填充剂，充分搅拌后，过滤得到均匀溶液A；

2）按配方，将所述硅溶胶和聚合物溶液混合，充分搅拌，得到均匀溶液B；

3）按配方，在步骤2）所得的溶液B中，加入成膜助剂和增稠剂，充分搅拌，过滤得到均匀溶液C；

4）将步骤3）所得的溶液C，滴加入溶液A中，充分搅拌，过滤，即制的所述的高性能水性无机涂料。

12.如权利要求1-10任一权利要求所述的高性能水性无机涂料在涂层制备领域的应用。