CN103709799B - 以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料及其制备方法，由纳米TiO₂、电气石粉、海泡石、白沸石、汗麻纤维粉、硅藻土、钛白粉、滑石粉、灰钙粉、碳酸钙、高岭土、纤维素醚、硅酸钾组成。本发明所述的以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料的组分中无需添加传统乳胶涂料中各种化学助剂，且采用无机硅酸钾作为成膜物质，真正实现了配方中无任何有机化合物，既节省现行乳胶涂料所用的一些化工原料，又可避免产生造成环境污染的挥发性有机化合物(VOC)，能做成真正零VOC的建筑涂料；集低碳节能、甲醛分解、净化空气、释放负离子、调节空气湿度、防火、隔音、抗菌、等多功能为一体，可广泛应用于建筑物内外墙的装饰。

Description

以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑涂料技术领域，更具体地，本发明涉及一种以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料及其制备方法。

背景技术

去年我国各地所监测的4000多间新装修的房子，空气质量合格率不足20%。其主要的原因是家具、建筑装饰材料、墙体材料等有害污染物严重超标。人的一生，76%的时间是在室内度过的，室内空气质量的好坏直接关系到人体的生理健康。从净化空气的角度讲，室内装修材料不仅要具有净化室内装饰装修造成的污染，更重要的是具有净化人体自身新陈代谢造成的污染，而且要求材料具有健康舒适的功能，这对室内装饰装修材料的发展又提出了更高的要求。目前，树脂和涂料的设计活动很多都是以降低挥发性有机化合物(VOC)为中心的。

随着生活水平的提高，传统的普通建材已经不能满足人们的需求，研究具有健康环境功能的材料成为建筑材料发展的新方向。空气中的负离子被称为“空气维生素”，具有清新空气，消除臭味和抑菌作用；适当的负离子浓度对人的健康、长寿和生态的重大影响，已被国内外医学专家及科学工作者所证实。另外，近年来由耐新青霉素、黄色葡萄球菌、耐万古霉素肠球菌等引起的医院感染，1996年日本爆发的0-157大肠杆菌感染、2003年爆发的非典型性肺炎、2004年爆发的禽流感等事件，证明了有毒病菌给人类健康发展带来巨大威胁，控制有害病菌的危害已成为人类社会面临的一个重要环境问题。

因此，关于内墙建筑材料的发展，提出在原有装饰功能的基础上，应向着“多功能化、环境协调”的方向发展。“多功能化”是指除装饰功能外，同时具有“节能、调节湿度、抗菌防霉、净化空气、隔音、屏蔽电磁波、高的远红外发射率”等健康功能。

目前，空气净化主要采用通风设备或负离子发生器，通过过滤、物理化学方法吸附和光催化分解有害气体，使用设备的主要缺点是耗能和成本高，实际操作不方便。从材料角度，日本用木炭、活性炭和多孔材料等作为建材的组成成分，实施让建筑物“吃掉”有害气体的计划。日本和巴西等国家发现电气石具有健康效果，被广泛的应用做健康材料。总之，国际上，建筑材料已提出以纳米功能材料的催化分解和吸附功能为基础，向着使人体舒适健康的方向发展的目标，但是，目前尚未有能集净化空气、抗菌、调湿等功能为一体的建筑材料。

现在通用的乳胶漆(建筑材料)是由四个组分的物质组成的：1、成膜物质——高分子乳液，如水性聚丙烯酸酯等；2、颜填料——钛白粉、碳酸钙粉、颜料等；3、水；4、助剂——成膜助剂、消泡剂、增稠剂、流平剂、防腐剂、防冻剂等约10种化学物质。其中部分助剂挥发到空气中，是胶乳漆中VOC的主要来源。针对这种情况，干粉涂料(将乳胶涂料中的成膜物质干燥成粉状后与颜填料混合，从而可省去涂料中的多种助剂)的应运而生可很大程度上解决VOC的问题。然而，目前所有研究中的乳胶粉均为有机物质，如专利申请号为200910193352，专利名称为“建筑干粉涂料及其制备方法和使用方法”中所使用的聚合物乳胶粉是一种可再分散聚合物粉末，聚合物粉末可以是由多种丙烯酸酯单体和甲基丙烯酸酯单体共聚而成的丙烯酸聚合物乳液干燥后形成的可再分散乳胶粉等，因此，不可避免地还是会产生VOC的问题。

总之从国内外现实情况看，真正零VOC建筑涂料尚未见报道。

发明内容

基于此，为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种能实现零VOC的以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料。

为了实现上述发明目的，本发明采取了以下技术方案：

一种以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料，以重量百分比计，由以下组分组成：

纳米TiO2	0.3-0.8%
		电气石粉	0.6-1.0%
海泡石	6-10%
		白沸石	8-10%
汗麻纤维粉	0.4-0.8%
		硅藻土	8-12%
钛白粉	15-25%
		滑石粉	3-8%
灰钙粉	10-12%
		碳酸钙	18-22%
高岭土	8-12%
		纤维素醚	0.05-0.15%
硅酸钾	3-8%

在其中一个实施例中，所述以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料由以下组分组成：

纳米TiO2	0.5%
		电气石粉	0.8%
海泡石	8%
		白沸石	9%
汗麻纤维粉	0.6%
		硅藻土	10%
钛白粉	20%
		滑石粉	5%
灰钙粉	11%
		碳酸钙	20%
高岭土	10%
		纤维素	0.1%
硅酸钾	5%

上述配方中：

纳米TiO₂安全无毒，稳定，使用寿命长。在光和水存在的条件下，其对空气中的有害气体如氮氧化物、甲醛、甲苯等具有很强的降解作用和对细菌具有很强的杀灭作用。同时，纳米TiO₂具有很强的紫外线吸收能力，可大大降低紫外线对高分子材料的侵袭，减少活性自由基的产生，保护高分子材料不被紫外线所降解。因此，纳米TiO₂可赋予涂料优良的净化空气、抗细菌以及防辐射等性能。将纳米TiO₂应用于涂料中为开发出功能性涂料开辟了新的途径。

电气石粉是把电气石原矿经过去除杂质后，经过机械粉碎得到的粉体。经过加工提纯的电气石粉体具有较高的负离子产生量和远红外发射率。

海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁，通常呈白、浅灰、浅黄等颜色，不透明也没有光泽。它们有的形状像土块，有的成一个奇怪皮壳状或结核状。在电子显微镜下可以看到它们是由无数细丝聚在一起排成片状。海泡石有一个奇怪的特点，当它们遇到水时会吸收很多水从而变得柔软起来，而一旦干燥就又变硬了。

沸石有很多种，它们的共同特点就是具有架状结构，就是说在它们的晶体内，分子像搭架子似地连在一起，中间形成很多空腔。各种沸石如果内部纯净的话，它们应该是无色或白色，但是如果内部混入了其他杂质，便会显出各种浅浅的颜色来。沸石具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能，因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂，也可用于气体的干燥、净化和污水处理等方面。在本发明的涂料中，使用的沸石是纯净的白色。

汉麻，素有“天然纤维之王”美誉，由它制成的汉麻纤维粉具有吸湿、透气、舒爽、散热、防霉、抑菌、抗辐射、防紫外线、吸音等多种功能。

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，其化学成分以SiO₂为主，可用SiO₂·nH₂O表示，矿物成分为蛋白石及其变种。硅藻土具有独特多孔颗粒结构可使光滑的涂层高粗糙，产生退光效果，还能调节平衡涂层和基面的粘结力。此外，由于硅藻土的多孔性而能使粘性的涂料很快干燥。

钛白粉，主要成分为二氧化钛(tiO₂)，是建筑填料中常用的最理想的白色颜料，它对可见光具有很高的反射能力和很低的吸收能力，具有耐酸性、耐碱性、折光率高、遮盖力好、化学稳定性好等优点。根据内外墙要求的不同，可选用锐钛型钛白粉或金红石型钛白粉。金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉相比，具有更好的遮盖力、耐候性和较低的吸油量，但后者具有较低的价格。根据涂料神色或浅色等颜色的不同，钛白粉的用量不同。

滑石粉为白色或类白色、微细、无砂性的粉末，手摸有油腻感，无臭，无味。由于滑石粉中和氧结合的镁原子在两个片状二氧化硅之间，形成层状结构，相邻层之间依靠弱的范德华力结合在一起，当有剪切力作用时，层间容易分离，有滑腻感，故能提高流平性，改善涂料的涂刷性，并能防止涂料中颜料沉淀结块。滑石粉还能吸收膜的伸缩应力，免于发生裂缝和空隙，从而增强膜的强度，提高耐洗性，然而，滑石粉容易粉化，需要其他成分与其配合。

灰钙粉主要成分是Ca(OH)₂、CaO和少量CaCO₃的混合物，是由以CaCO₃为主要成分的天然优质石灰石，经高温煅烧后成为生石灰（CaO）后，再经精选，部分消化，然后再通过高速风选锤式粉碎机粉碎而成的精加工产品，其表观洁白细腻。由于灰钙粉能够在较低的成本下赋予涂料优异性能，因而近年来人们根据国家标准的新要求，将灰钙粉应用于合成树脂乳液涂料中，使涂料能够在较低的成本下满足GB/T9756—2001和GB18582—2001的要求，且涂料的容器中状态、流平性和涂膜的手感等均好。

碳酸钙一种无机化合物，俗称灰石、石灰石、石粉、大理石、方解石，是应用广泛、廉价的建筑材料，可增进涂料的流动性，可使涂膜消光，并对提高涂料的遮盖力有贡献，还可以降低涂料的成本。

高岭土的耐水性、耐酸性、耐碱性好，化学稳定性较佳，并且能改进悬浮性，防止颜料沉降，提高钛白粉在涂料中的遮盖力，能提高乳胶涂料的粘度，提高乳胶涂料的增稠稳定性。

纤维素醚是一种有效的增稠剂和流变助剂，其增稠机理为大纤维素分子进入分散介质水相中，增加水相粘度，这种水相粘度的增加来自纤维素分子强烈的水和作用以及分子间的缠绕；同时由于其保水性、成膜性，可以通过改变其加入量来调节涂膜干燥速度，改善成膜性。可采用甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、淀粉醚等其中一种或一种以上混合物，其加入会显著增加乳胶涂料的粘度，但如果用量过大会降低干粉涂料的防水性能。

硅酸钾，别名钾水玻璃，为无色、略带色透明稠状液体。可用于保护涂层（防止“起霜”即盐表面结晶），用作催化剂、黏合剂。制造玻璃、陶瓷中用作去垢剂。磷光体胶粘于显像管上，涂电焊棒外面，可以克服溅散。用做还原染料、防火剂、电焊条粘合剂及无机涂料粘结剂。在本发明中，硅酸钾用于涂料的粘结剂，即成膜物质。

本发明还提供了上述以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料的制备方法，即：将各组分按重量百分比投入搅拌机混合均匀，即得。施工时，将以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料加水，搅拌均匀即可，其中涂料：水=5：3-4，可辊涂、喷涂、刷涂施工。

本发明制备以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料的机理是：本发明在充分研究涂料配伍学的基础上，以非牛顿的流变学、混合物的复配学、试验的正交方法等为基础，选用无机硅酸钾作为成膜物质(粘合剂)，取代传统乳胶涂料中所用的有机可再分散胶粉，实现了无机粘合，且制得的胶乳涂料在水的增速作用下就具有良好的成膜性能；选用纤维素醚和多功能助剂，不仅能够改善乳胶的流变性能，增加涂膜光泽，提高涂膜遮盖力，提高颜填料分散效率，而且在成膜过程中，多功能助剂在乳胶涂料成膜时还能先迁移到涂膜的表面，阻止水分过快地蒸发，从而起到了增塑剂的作用，有利于完整涂膜的形成和涂膜性能的提高；将不同特性的填料引入到一个体系中，在筛选得到的具有适度水溶性、良好的抗酸碱性、合适的可再分散性及强粘结力的聚合物的作用下，得到了性能可满足多方面要求的内外墙胶乳涂料，其涂膜具有优良的耐碱性、耐水性和耐洗擦性能。由于本发明改变了传统的有机无机结合的涂料模型，转化为纯无机的涂料，因而其是真正零VOC乳胶涂料，是绿色化学工业品，同时省去了传统乳胶涂料中的10来种化学物质——助剂，节省了大量的资源。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述的以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料的组分中无需添加传统乳胶涂料中各种化学助剂，且采用无机硅酸钾作为成膜物质，真正实现了配方中无任何有机化合物，既节省现行乳胶涂料所用的一些化工原料，又可避免产生造成环境污染的挥发性有机化合物(VOC)，能做成真正零VOC的建筑涂料；

2、本发明所述的以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料是固体粉末，可象水泥一样用纸袋包装，省去了现在液体乳胶涂料的金属桶或塑料桶包装，便于运输和长期保存，不变质；

3、本发明所述的以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料集低碳节能、甲醛分解、净化空气、释放负离子、调节空气湿度、防火、隔音、抗菌、等多功能为一体，可广泛应用于建筑物内外墙的装饰；施工方便，可刷涂或喷涂，可薄涂施工；涂料无毒无气味，对人的皮肤、呼吸道无刺激，施工后立即可以入住。

具体实施方式

以下通过具体实施例来对本发明作进一步说明，并而不是对本发明的限制。

以下实施例中所使用的各种原料均来源于市售。

实施例1以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料

以质量计，本实施例的以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料由以下组分组成：

纳米TiO2	0.5kg
		电气石粉	0.8 kg
海泡石	8 kg
		白沸石	9 kg
汗麻纤维粉	0.6 kg
		硅藻土	10 kg
锐钛型钛白粉	20 kg
		滑石粉	5 kg
灰钙粉	11 kg
		碳酸钙	20 kg
高岭土	10 kg
		纤维素醚(甲基纤维素)	0.1 kg
硅酸钾	5 kg

本实施例的装饰涂料的制备方法为：将上述组分投入搅拌机中，混合均匀后，包装即可。

本实施例得到的装饰涂料综合性能：自身不含甲醛、不含VOC等有害物质，而且能够吸附和降解装修后家具、地板、地毯及油漆散发在室内空气中的甲醛和氨及氮氧化合物等有毒有害物质；超强的防霉抑菌功能；放射性核素达到国家A类标准；长久释放对人体有良好健康作用的空气负氧离子；集祛除各种异味、净化室内空气、强效抑菌防霉、自动调节室内空气湿度、隔热降噪，防火阻燃，保温节能、无毒无味等多功能为一体。

采用该实施例的装饰涂料对某地农村的一栋旧小学教室内墙进行粉饰，由于多年未进行修饰，墙体集尘多，部分墙面脱落。先对旧墙体进行了清理，扫除灰尘，铲除浮层和碱层，然后采用腻子对墙体进行修补，修补完后第5天开始刮腻子，初干后用砂纸打磨平整，干燥15天后开始刷涂该实施例的装饰涂料，

施工时，将该实施例的装饰涂料加水，搅拌均匀后喷涂即可，其中，涂料：水=5：3。工程完工后，施工人员认为，该实施例的涂料容易施工，干燥快，遮盖力高，更重要的优点是本涂料无任何有机溶剂的气味，重金属铬、镉、汞和卤代烃(以二氯甲烷计)等均不能检出，无气味，对人的皮肤、呼吸道无刺激，施工后房间可以立即入住。10个月后到该小学进行复查，墙面平整，整洁，未出现发霉和脱落的现象。

实施例2以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料

以质量计，本实施例的以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料由以下组分组成：

纳米TiO2	0.3kg
		电气石粉	0.6 kg
海泡石	10 kg
		白沸石	10 kg
汗麻纤维粉	0.4 kg
		硅藻土	8 kg
金红石型钛白粉	25 kg
		滑石粉	3 kg
灰钙粉	10 kg
		碳酸钙	18 kg
高岭土	8 kg
		纤维素醚(羟乙基纤维素)	0.08 kg
硅酸钾	4 kg

本实施例的装饰涂料的制备方法为：将上述组分投入搅拌机中，混合均匀后，包装即可。

本实施例得到的装饰涂料综合性能与实施例1得到的装饰涂料相同。

采用该实施例的装饰涂料对某新建住宅区内墙进行粉饰，施工时，将该实施例的装饰涂料加水，搅拌均匀后即可，其中，涂料：水=5：4。采用辊涂方式涂布在腻子打底且平整后的墙面上。在辊涂前，检查腻子批荡的平整度和附着情况，对有问题的墙体进行补修。第一遍施工后，干燥2小时，然后辊涂第二遍。工程完工后，施工人员认为，该实施例的涂料容易施工，干燥快，遮盖力高，墙面光滑，整洁，手感较好，更重要的优点是本涂料无任何有机溶剂的气味，重金属铬、镉、汞和卤代烃(以二氯甲烷计)等均不能检出，无气味，对人的皮肤、呼吸道无刺激，施工后房间可以立即入住。

实施例3以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料

以质量计，本实施例的以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料由以下组分组成：

纳米TiO2	0.7kg
		电气石粉	0.9 kg
海泡石	6 kg
		白沸石	8 kg
汗麻纤维粉	0.8 kg
		硅藻土	12 kg
锐钛型钛白粉	15 kg
		滑石粉	7 kg
灰钙粉	12 kg
		碳酸钙	22 kg
高岭土	11 kg
		纤维素醚(羧甲基纤维素)	0.14 kg
硅酸钾	8 kg

本实施例的装饰涂料的制备方法为：将上述组分投入搅拌机中，混合均匀后，包装即可。

本实施例得到的装饰涂料综合性能与实施例1得到的装饰涂料相同。

采用该实施例的装饰涂料对某新建楼盘销售大厅内墙进行粉饰，先在新墙面批刮内墙腻子，待其干燥后，打磨，然后开始使用本实施例的装饰涂料。将该实施例的装饰涂料加水，搅拌均匀后采用辊涂方式施工即可，其中，涂料：水=10：7。工程完工后，施工人员认为，该实施例的涂料容易施工，干燥快，遮盖力高，墙面光滑，整洁，手感较好，更重要的优点是本涂料无任何有机溶剂的气味，重金属铬、镉、汞和卤代烃(以二氯甲烷计)等均不能检出，无气味，对人的皮肤、呼吸道无刺激，施工后房间可以立即入住。

对比例1

该对比例的配方除了所使用的成膜物质可再分散聚合物粉末(可再分散乙烯-醋酸乙烯酯共聚物二元共聚物乳胶粉，市售)外，其它组分均与实施例1相同。制备方法也与实施例1相同。

利用静电喷涂法将本发明实施例1-3和对比例1的粉末涂料涂覆在铝板上，在180-220℃下固化15-25min，获得膜厚约为150-280微米的涂层。根据HG/T2006“热固性粉末涂料标准”测试所得涂层的铅笔硬度、外观、耐冲击性和干附着力。将此涂覆铝板置于1m³的空间里，并注入甲醛和甲苯使二者的浓度分别为1.7mg/m³和2.0mg/m³，通过气相色谱法根据JC/T1074-2008“室内空气净化功能涂覆材料净化性能”测试所述涂层对甲醛和甲苯的净化效率。测试结果如下表所示：

表1

涂层外观

铅笔硬度

耐冲击性

干附着力

甲醛净化效率(%)

甲苯净化效率(%)

对比例1

局部分散有颗粒，有粗糙感

H

通过

1级

82.6

35.2

实施例1

平滑，无粗糙感

H

通过

1级

91.3

45.2

实施例2

平滑，无粗糙感

H

通过

1级

89.6

42.3

实施例3

平滑，无粗糙感

H

通过

1级

89.4

44.2

通过以上对比分析可知，本发明实施例1-3的涂料所得涂层与对比例1的涂料所得涂层相比，表现出对甲醛和甲苯的净化效率显著提高，其中，实施例1的效果较实施例2和3更为优异。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种以硅酸钾为成膜物质的无机多功能涂料，其特征在于，以重量百分比计，由以下组分组成：纳米TiO₂0.3-0.8%、电气石粉0.6-1.0%、海泡石6-10%、白沸石8-10%、汗麻纤维粉0.4-0.8%、硅藻土8-12%、钛白粉15-25%、滑石粉3-8%、灰钙粉10-12%、碳酸钙18-22%、高岭土8-12%、纤维素醚0.05-0.15%和硅酸钾3-8%,所述钛白粉为锐钛型钛白粉或金红石型钛白粉,所述纤维素醚为甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、淀粉醚中的一种或几种,将各组分按重量百分比投入搅拌机混合均匀，即得。