CN104031436A

CN104031436A - 水性环保纳米无机涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN104031436A
Application number: CN201410161632.6A
Authority: CN
Inventors: 卢桂峰
Original assignee: Shenzhen Quark Nano Material Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Quark Nano Material Co Ltd
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2014-09-10

Abstract

本发明公开了一种水性环保纳米无机涂料及其制备方法，该水性环保纳米无机涂料，由以下质量份数的各组分组成：纳米二氧化硅为30-50;活性硅氧烷为20-40;异丙醇为5-20；去离子水为5-20；颜料为5-10;填料为20-100;分散剂为0.05-5;润湿剂为1-8;流平剂为0.5-1；消泡剂为0.05-2。本发明提供的水性环保纳米无机涂料，改进了现有水性有机类涂膜的涂膜耐酸碱性差、耐化学溶剂和化学药品性能差、质脆易裂、耐候性不好的缺点；既具有有机类涂料强度高、抗冲击好、防腐蚀性能优异、附着力好、装饰性高的特点，又具有无机涂料耐候性能好、耐溶剂和化学药品性能好、耐磨性好的优点。

Description

水性环保纳米无机涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，尤其是涉及一种水性环保纳米无机涂料及其制备方法。

背景技术

目前，水性涂料由于其环保、不燃、健康等优点已经逐渐为广大用户所认可和接受，正广泛地应用于地坪、建筑、木器、混凝土表面保护、金属表面保护等领域。

根据成膜物质分类，水性涂料可以分为无机类、聚氨酯类、丙烯酸类、环氧类、聚酯等种类，每种水性涂料都有其优势和缺陷。对于有常规的水性涂料来说，存在着耐溶剂及化学药品性能差、耐酸碱性和耐候性差，质脆易裂，硬度耐磨差，不耐冲击等缺陷，无机类涂料普遍存在抗渗水渗油性差、抗污性差、颜色单调、容易起粉尘等缺陷。

针对水性涂料目前的解决办法，一是提高水性涂料中利用固化剂类反应性材料提高涂膜的交联密度，二是采用化学改性的方法对有机树脂乳液重新设计和修饰以提供的强度和疏水性能。第一种方法效果有限，受到固化剂分子在水中稳定性等因素的限制；第二种方法由于是水性树脂，必须考虑水性树脂与水的相容性。因此，如果想大幅提高树脂成膜后的疏水性就反过来影响其与水的相容性，以上的种种原因导致了水性环保涂料不能得以大量迅速地推广。

针对水性涂料目前主要是通过添加疏水助剂、耐磨助剂等技术改善上述的缺点，但是由于材料特别是水性树脂作为主要成膜物质本身的制约，仍然不能较好地解决上述问题。

因此有必要研发一种利用新型的环保无机纳米涂层，使用时只需要混合搅拌后，按照常规的涂料施工工艺进行施工以克服当前水性涂料缺点的新型环保纳米无机涂料。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种具有优异耐候性能、耐溶剂化学品性能、超高硬度、抗冲击、耐磨性好的纳米无机环保地坪涂料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种水性环保纳米无机涂料，由以下质量份数的各组分组成：

纳米二氧化硅 30-50份;

活性硅氧烷 20-40份;

异丙醇 5-20份；

去离子水 5-20份；

颜料 5-10份;

填料 20-100份;

分散剂 0.05-5份;

润湿剂 1-8份;

流平剂 0.5-1份；

消泡剂 0.05-2份。

其中，所述活性硅氧烷为四甲氧基硅氧烷、乙基三乙氧基硅氧烷和甲基三甲氧基硅氧烷树脂中的一种或多种。

其中，所述分散剂为低分子量不饱和多元羧酸聚合物溶液；所述润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂；所述消泡剂为聚硅氧烷溶液或聚醚改性聚硅氧烷溶液；所述流平剂为氟碳流平剂。

其中，该水性环保纳米无机涂料还包括增稠剂，所述增稠剂的质量份数为0.5-8份；所述增稠剂为纤维素、无机锂增稠剂和有机膨润土中的一种或多种。

其中，该水性环保纳米无机涂料还包括抗划伤剂，抗划伤剂的质量份数为0.5-15份；所述抗划伤剂为聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡、二氧化硅微粒中的一种或几种。

其中，所述颜料为钛白、酞菁、铬黄、铬绿、氧化铁红、氧化铁黑、炭黑、钴蓝、钴绿中的一种或几种。

其中，所述填料为高岭土、石英砂、滑石粉、硫酸钡、絹云母、硅酸铝、碳化硅、氧化铝中的一种或几种。

此外，本发明还提供一种水性环保纳米无机涂料的制造方法，包括以下几个步骤：

步骤一，在分散釜中加入配方量的去离子水、占配方量1/3-2/3的异丙醇、配方量的分散剂、配方量的润湿剂、配方量的流平剂，在900-1000rpm的转速下搅拌15-30分钟，使物料混合均匀；

步骤二，加入配方量的纳米二氧化硅，在400-500rpm的转速下搅拌20-30分钟，使物料混合均匀；

步骤三，依次加入配方量的颜料、配方量的填料、占配方量1/3-2/3的消泡剂，在600-700rpm转速下搅拌1.5-2小时，使物料混合均匀；

步骤四，将步骤三得到的物料包装作为A组份；

步骤五，在分散釜中加入配方量的活性硅氧烷、剩余异丙醇和剩余消泡剂，在400-1000rpm的转速下搅拌0.5-1小时，使物料混合均匀；

步骤六，将步骤五得到的物料包装作为B组份；

步骤七，使用前将A、B组份按照固化反应计量比例的1.5-2.5倍混合搅拌均匀。

其中，在所述步骤五中，在分散釜中还要加入抗划伤剂。

相较于现有技术，本发明提供的水性环保纳米无机涂料，具有如下优点：改进了现有水性有机类涂膜的涂膜耐酸碱性差、耐化学溶剂和化学药品性能差、质脆易裂、耐候性不好的缺点；既具有有机类涂料强度高、抗冲击好、防腐蚀性能优异、附着力好、装饰性高的特点，又具有无机涂料耐候性能好、耐溶剂和化学药品性能好、耐磨性好；因此能够适应不同应用场合的需要；水性纳米无机环保涂料极大地改善了目前有机和无机涂料中存在的缺点，其正常的使用寿命是目前市场上常规的涂料产品的6-20倍，极大地提高产品市场竞争力。

本发明提供的水性环保纳米无机涂料的制备方法，具有如下优点：施工方便，简单易行，通过A\B组份的混合，并进行分散搅拌2-3小时，就可以得到硅醇预聚体，操作简便易行。

附图说明

图1为本发明的水性环保纳米无机涂料的制造方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步地描述。

本发明提供的水性环保纳米无机涂料，其组成成分如表一所示：

原料名称	投料量（公斤）
		纳米二氧化硅	30-60
去离子水	10-30
		异丙醇	1-15
颜料	5-30
		填料	5-100
分散剂	0.05-5
		润湿剂	0.5-6
流平剂	0.5-5
		消泡剂	0.6
增稠剂	2
		活性硅氧烷	20-50

表一

具体来说，氧化硅和活性硅氧烷采用本领域常用的固含量范围的产品，即纳米二氧化硅的固含量为25-50%，活性硅氧烷的有效成份为90-100%。

具体来说，润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂，其能有效降低物质间的界面张力，能够显著改善流动特性，使界面产生光滑、平整的外观效果；可选择BYK163，GE S1LWET L77、BYK346之一种或几种。

具体来说，增稠剂为纤维素，气相二氧化硅和有机膨润土中的一种或多种。

具体来说，消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷溶液；可以为德国BYK公司的消泡剂BYK-022、BYK-320、BYK-066，德国的 Henkel 公司的 SN313、荷兰Efka公司的 EFKA-2550、EFKA-2722中的一种或几种。

具体来说，流平剂为本领域常用的氟碳流平剂(氟碳改性聚合物溶液)；如可以选用荷兰Efka公司的 EFKA3777 。

具体来说，填料为高岭土、石英砂、滑石粉、硫酸钡、絹云母、硅酸铝、碳化硅、氧化铝中的一种或几种；氧化铝和碳化硅可提高硬度，滑石粉可提高涂料的悬浮性、减少裂缝和空隙，石英砂和硫酸钡能够增加地坪的耐磨性能和硬度，絹云母可以提高地坪的耐候性、降低渗透性、提高耐化学品能力，可根据需要，选择适合的配合和用量。

本发明提供的水性环保纳米无机涂料，其机理如下：

采用的基料为纳米二氧化硅，与活性硅氧烷混合熟化后，生产硅醇预聚体，施工后预聚体进一步进行脱水缩合反应生成三维立体结构网状氧硅氧结构的无机涂膜；整个熟化过程通过普通分散搅拌等方法进行复合；硅醇预聚体中的羟基与基材中的极性物质进一步结合，生成的复合材料不但可使涂层与基材的附着力，而且生成的复合中间层极大改善了原有材料的耐腐蚀、耐磨等性能，从而延长了基材的使用寿命。

值得一提的是，本发明的水性环保纳米无机涂料可根据配方中颜基比、助剂的调整，也能够制成可用于建筑、耐高温、防火、木材保护、混凝土防护的水性环保纳米无机涂料。

请参阅图1，本发明还提供上述水性环保纳米无机涂料的制备方法，包括以下步骤:

步骤一，在分散釜中加入配方量的全部去离子水、占配方量的1/3-2/3的异丙醇、配方量的润湿剂、配方量的流平剂和配方量的分散剂，在900-1000rpm的转速下搅拌15-30分钟，使物料混合均匀；

步骤三，依次加入颜料、填料、配方量1/3-2/3的消泡剂，在600-700rpm转速下搅拌1.5-2小时；

步骤四，上述物料包装作为A组份；

步骤五，在分散釜中加入配方量的活性硅氧烷、剩余的异丙醇、剩余的消泡剂和配方量的增稠剂，在400-1000rpm的转速下搅拌0.5-1小时，使物料混合均匀；

步骤六，上述物料包装作为B组份；

步骤七，使用前将A和B组份按照重量比例的1.0-2.5：1的比例混合并搅拌均匀。

与现有水性涂料技术相比，本发明的水性无机纳米环保涂料及其制造方法具有如下优点:

1，改进了现有水性有机类涂膜的涂膜耐酸碱性差、耐化学溶剂和化学药品性能差、质脆易裂、耐候性不好的缺点；既具有有机类涂料强度高、抗冲击好、防腐蚀性能优异、附着力好、装饰性高的特点，又具有无机涂料耐候性能好、耐溶剂和化学药品性能好、耐磨性好；因此能够适应不同应用场合的需要；

2，施工方便，简单易行，通过A\B组份的混合，并进行分散搅拌2-3小时，就可以得到硅醇预聚体，操作简便易行；

3，水性纳米无机环保涂料极大地改善了目前有机和无机涂料中存在的缺点，其正常的使用寿命是目前市场上常规的涂料产品的6-20倍，极大地提高产品市场竞争力。

以下为本发明应用于不同领域的的实施例。

实施例一，本实施例为水性纳米无机环保混凝土防护涂料，其A组分的组成成分如表二所示：

原料名称	投料量（公斤）
		去离子水	17.5
异丙醇	10
		BYK-P104	0.5
钛白粉R-906	15
		黑粉 BLACK-1G	5
滑石粉	5
		氧化铝粉	10
绢云母粉	5
		气相二氧化硅	1.5
纳米二氧化硅	39.5
		有机膨润土	1

表二

其B组分的组成成分如表三所示：

异丙醇	5
		活性硅氧烷	94
Silwet L77	1

表三

该水性纳米无机环保混凝土防护涂料的制备方法为:

在分散釜中加入配方量的去离子水、配方量1/3-2/3异丙醇和BYK-P104，在450rpm的转速下搅拌20分钟,使物料混合均匀；

加入配方量的钛白粉R-906，配方量的铜铬黑粉BLACK-1G，配方量的滑石粉、配方量的氧化铝粉和配方量的绢云母在600rpm的转速下搅拌4小时，使物料分散，并混合均匀；

加入配方量的纳米二氧化硅，在700rpm转速下搅拌60分钟，使物料混合均匀。

上述浆料过滤包装，作为A组份；

在分散釜中加入配方量的活性硅氧烷、余量的异丙醇，在450rpm的转速下搅拌50分钟，使物料混合均匀；

然后包装，作为B组份。

将A、B组分按2: 1的比例混合均匀，制备得到的水性纳米无机环保混凝土防护涂料，其性能如表四所列：

产品指标	测试结果
		防尘效果	无尘
耐磨性	6.3以上
		莫氏硬度	8
抗渗（/m2）	0毫升/小时
		抗老化	30年以上
安全环保型	无挥发性、无臭、无毒、不燃、环保
		清洁性	不渗油，易清洁
附着力	2毫米百格无脱落
		耐酸性	5%硫酸，7天外观无异常
耐碱性	5%氢氧化钠，7天外观无异常
		SUV（耐紫外线模拟老化测试）	6000小时，光泽保持率>95%,无粉化点
耐温水性	50°C下浸泡10天，外观无异常
		二甲苯浸泡实验	25°C下浸泡10天，外观无异常

表四

实施例二，本实施例为水性环保无机纳米耐高温涂料，其A组分的组成成分如表五所示：

原料名称	投料量（公斤）
		去离子水	22.5
异丙醇	12
		BYK-P104	0.5
黑粉 BLACK-1G	6
		氧化铝粉	12
绢云母粉	7
		气相二氧化硅	1.5
纳米二氧化硅	37.5
		有机膨润土	1

表五

其B组分的组成成分如表六所示：

异丙醇	3
		活性硅氧烷	97
Silwet L77	1.5

表六

将A、B组分按2.5: 1的比例混合均匀，制备得到的水性环保无机纳米耐高温涂料，其性能如表七所列：

产品指标	测试结果
		耐磨性	7以上
铅笔硬度（三菱铅笔）	>6H
		耐温性	600°C 下放置48小时，取出外观无明细变化，附着力无变化
盐雾性能	5%的盐雾，35°下48小时，外观无锈点，起泡等现象。
		附着力	1毫米百格无脱落
耐酸性	5%硫酸，7天外观无异常
		耐碱性	5%氢氧化钠，7天外观无异常
SUV（耐紫外线模拟老化测试）	6000小时，光泽保持率>95%,无粉化点
		耐温水性	50°C下浸泡10天，外观无异常
二甲苯浸泡实验	25°C下浸泡10天，外观无异常

表七

实施例三，本实施例为水性环保无机纳米涂料防火涂料，其A组分的组成成分如表八所示：

原料名称	投料量（公斤）
		去离子水	15
异丙醇	5.2
		BYK-P104	0.5
钛白粉R-906	16
		黑粉 BLACK-1G	3
氧化铝粉	14
		绢云母粉	6
气相二氧化硅	2
		纳米二氧化硅	37.5
有机膨润土	0.8

表八

其B组分的组成成分如表九所示：

异丙醇	7
		活性硅氧烷	91.5
Silwet L77	1.5

表九

将A、B组分按1.5: 1的比例混合均匀，制备得到的水性环保无机纳米涂料防火涂料，其性能如表十所列：

产品指标	测试结果
		耐磨性	7以上
铅笔硬度（三菱铅笔）	>6H
		阻燃性能	不燃
盐雾性能	5%的盐雾，35°下48小时，外观无锈点，起泡等现象。
		附着力	1毫米百格无脱落
SUV（耐紫外线模拟老化测试）	6000小时，光泽保持率>95%,无粉化点
		耐温水性	50°C下浸泡10天，外观无异常
二甲苯浸泡实验	25°C下浸泡10天，外观无异常
		冷热循环测试	400°C 加热1小时取出放入25°C 冷水，重复10次，涂层无脱落，外观无异常

表十

实施例四，本实施例为水性环保无机纳米木材防护涂料，其A组分的组成成分如表十一所示：

原料名称	投料量（公斤）
		去离子水	9
异丙醇	2
		BYK-P104	0.5
钛白粉R-906	20
		氧化铝粉	4
绢云母粉	5
		气相二氧化硅	2
纳米二氧化硅	58.5
		有机膨润土	1

表十一

其B组分的组成成分如表十二所示：

异丙醇	2
		活性硅氧烷	96.5
Silwet L77	1.5

表十二

将A、B组分按1.5: 1的比例混合均匀，制备得到的水性环保无机纳米木材防护涂料，其性能如表十三所列：

产品指标	测试结果
		耐摩擦（10 x 9N）	>5
耐醇性（48%酒精 1小时）	>5
		耐干热（70°C）	>5
抗划损+油脂（3N + 24小时）	>5
		附着力	1毫米百格无脱落
SUV（耐紫外线模拟老化测试）	6000小时，光泽保持率>95%,无粉化点
		耐温水性	50°C下浸泡10天，外观无异常
二甲苯浸泡实验	25°C下浸泡10天，外观无异常
		防火性	难燃

表十三

实施例四，本实施例为水性环保无机纳米建筑用涂料，其A组分的组成成分如表十四所示：

原料名称	投料量（公斤）
		去离子水	20
异丙醇	10
		BYK-P104	0.5
钛白粉R-906	20
		氧化铝粉	5
绢云母粉	3
		气相二氧化硅	2
纳米二氧化硅	61.5
		有机膨润土	1

表十四

其B组分的组成成分如表十五所示：

异丙醇	5
		活性硅氧烷	93.5
Silwet L77	1.5

表十五

将A、B组分按1.5: 1的比例混合均匀，制备得到的水性环保无机纳米建筑用涂料，其试验方法及性能如表十六所列：

表十六

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种水性环保纳米无机涂料，其特征在于，由以下质量份数的各组分组成：

纳米二氧化硅 30-50 份;

活性硅氧烷 20-40份;

异丙醇 5-20份；

去离子水 5-20份；

颜料 5-10份;

填料 20-100份;

分散剂 0.05-5份;

润湿剂 1-8份;

流平剂 0.5-1份；

消泡剂 0.05-2份。

2.根据权利要求1所述的水性环保纳米无机涂料，其特征在于，所述活性硅氧烷为四甲氧基硅氧烷、乙基三乙氧基硅氧烷和甲基三甲氧基硅氧烷树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的水性环保纳米无机涂料，其特征在于，所述分散剂为低分子量不饱和多元羧酸聚合物溶液；所述润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂；所述消泡剂为聚硅氧烷溶液或聚醚改性聚硅氧烷溶液；所述流平剂为氟碳流平剂。

4.根据权利要求1所述的水性环保纳米无机涂料，其特征在于，该水性环保纳米无机涂料还包括增稠剂，所述增稠剂的质量份数为0.5-8份；所述增稠剂为纤维素、无机锂增稠剂和有机膨润土中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的水性环保纳米无机涂料，其特征在于，该水性环保纳米无机涂料还包括抗划伤剂，抗划伤剂的质量份数为0.5-15份；所述抗划伤剂为聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡、二氧化硅微粒中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的水性环保纳米无机涂料，其特征在于，所述颜料为钛白、酞菁、铬黄、铬绿、氧化铁红、氧化铁黑、炭黑、钴蓝、钴绿中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的水性环保纳米无机涂料，其特征在于，所述填料为高岭土、石英砂、滑石粉、硫酸钡、絹云母、硅酸铝、碳化硅、氧化铝中的一种或几种。

8.一种水性环保纳米无机涂料的制造方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤四，将步骤三得到的物料包装作为A组份；

步骤六，将步骤五得到的物料包装作为B组份；

9.根据权利要求8所述的水性环保纳米无机涂料的制造方法，其特征在于，在所述步骤五中，在分散釜中还要加入抗划伤剂。

10.根据权利要求8所述的水性环保纳米无机涂料的制造方法，其特征在于，所述活性硅氧烷为四甲氧基硅氧烷、乙基三乙氧基硅氧烷和甲基三甲氧基硅氧烷树脂中的一种或多种。