CN104448965A - 具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法 - Google Patents
具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种硅酸盐系无机涂料的制备方法，包括如下步骤：液体硅酸盐的氟化阶段；树脂的形成阶段；耐水性加强阶段；涂料化阶段；熟成化阶段；产品化阶段。本发明制备的硅酸盐系无机涂料具有自洁功能，还有超耐候性。
Description
技术领域
本发明涉及具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法。
背景技术
一般的涂料是在物体表面涂上一层薄的流动性物质，随着时间干燥，硬化，不仅可保护物体表面，还有美观的功能。
现在常用的建筑外部装修材料使用的是丙烯酸系和聚氨酯系的外墙涂料，在紫外线、潮湿、酸雨等条件下涂膜表面容易发生腐蚀白化现象。虽然涂膜具有很好的耐污染性，污染的涂膜可以通过自然界雨水清洗具有一定自洁效果，但是涂膜的耐久性和耐候性能低，需要人工进行持续的维修或者隔几年重新涂刷，持续投入的劳动力人工和维修费用是一大问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅酸盐系无机涂料的制备方法，其制备的硅酸盐系无机涂料具有自洁功能，还有超耐候性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，包括如下步骤：
将25～50重量份液态硅酸盐中加入5～10重量份去离子水中，充分搅拌后，缓慢加入1～5重量份氟硅烷，以200～600rpm搅拌10分钟以上，直至完全水解，此为液体硅酸盐的氟化阶段；
将上述氟化阶段反应液的搅拌速度提升为1500～2000rpm，缓慢添加10～25重量份50～200nm胶状颗粒的氟树脂分散剂或氟硅树脂分散剂，搅拌至粘度稳定为止，此为树脂的形成阶段；上述树脂形成阶段中，在粘度形成稳定过程中，在粉尘调控装置运行的同时，在液体中加入3～7重量份作为固化剂的氧化锌和3～10重量份辅助固化剂，以1000～2000rpm搅拌研磨30分钟以上，颗粒大小为30微米以下后，调整速度至300～600rpm，再加入4～8重量份1，3，5-三甲基-1，3，5(三氯代丙烷基)环三硅醚搅拌30分钟以上，得到耐水性树脂，此为耐水性加强阶段；
在粉尘调控装置运行的同时，在经过上述耐水性加强阶段获得的耐水性树脂中加入2～10重量份颜料、5.5～10重量份机能性填料、0.5～2重量份液态湿润剂，1000～2000rpm搅拌研磨30分钟以上，得到混合液体，此为涂料化阶段；
搅拌混合液体，粘度达到稳定为止，使其中的1，3，5-三甲基-1，3，5(三氯代丙烷基)环三硅醚和液态硅酸盐尽可能反应，此为使其稳定的熟成化阶段；
经过上述熟成阶段，再在混合液体中加入适量去离子水，调节粘度，形成具有自净功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料，此为产品化阶段。
优选的，所述液态硅酸盐为液态硅酸钠、液态硅酸钾或液态硅酸锂。
优选的，所述液态硅酸钠中SiO2/Na2O的摩尔比为2.8～3.4∶1；液态硅酸钾中SiO2/K2O的摩尔比为3.2～3.6∶1；液态硅酸锂中SiO2/Li2O的摩尔比为5.1～8.0∶1。
优选的，所述氟硅烷为(3，3，3-三氟代丙烷基)甲基二氯硅烷、(3，3，3-三氟代丙烷基)甲基二甲氧基硅烷、(3，3，3-三氟代丙烷基)甲基二乙氧基硅烷、(3，3，3-三氟代丙烷基)三甲氧基硅烷或(3，3，3-三氟代丙烷基)三乙氧基硅烷。
优选的，所述氟树脂分散剂为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。
优选的，所述辅助固化剂为天然凝灰岩、硅藻土、火山灰、偏高岭土、粉煤灰或硅灰。
优选的，所述颜料为氧化钛、氧化铁、天青石、铬氧化物、赭石、棕土或碳黑。
优选的，所述机能性填料主要由珍珠钙、纳米银、活性二氧化硅、活性炭、硅酸盐、铝硅酸盐氧化物、氧化铝和黄土组成。
优选的，所述液态润湿剂由液态消泡剂和液态分散剂组成。
液态硅酸盐若不足25重量份，会降低施工性，若超过50重量份，硬化后耐水性低下，25～50重量份最为恰当。
摩尔比高的液态硅酸盐初期持续干燥(用手碰上去不会沾手的干燥程度)时间缩短，从有少量水蒸发的低粘度状态可以转化为固态，摩尔比低的液态硅酸盐具有强碱性，和水有亲和性，水分慢慢的蒸发，为了达到固化状态必须高温加热，或者出现太高粘度的话会与其他物质难以结合，缺乏弹性，难以适用。相反，硅酸钾的摩尔比太高的情况下，粘度极低，会发生难以使用的问题。
液体硅酸盐的氟化阶段中使用的氟硅烷达成水解，达成水解的氟硅烷与氟树脂分散剂或硅树脂分散剂反应，最终硅酸盐无机粘合剂硬化后，因表面硬度增加，具有优秀的防水效果，以无机粘合剂制作的涂料，颜料容易混合。
氟硅烷的含量未满1重量份的情况下，构成物间反应性降低，5重量份以上的情况会使产品的经济性降低。
氟树脂分散剂或氟硅树脂分散剂为50～200nm的胶状粒子比较适合，随着溶液产生相分离的现象，形成纳米凸起，使用10～25重量份的氟树脂分散剂或氟硅树脂分散剂比较恰当。氟树脂分散剂或氟硅树脂分散不足10重量份的话，自净功能下降；超过25重量份的话，涂料硬化之后硬度下降。
作为固化剂(硬化剂)的氧化锌3～7重量份的使用，与硅酸盐易亲和，提高涂膜的硬度，特别是吸收了大气中的二氧化碳，使涂膜快速干燥，可帮助完全去除水分。锌离子作用于钢铁等金属表面，形成锌皮膜，提高了被造物的防腐、防锈及全面耐水性。氧化锌不足3重量份的话耐水性下降，超过7重量份的话粘度过高，难以搅拌。
加入3～10重量份辅助固化剂(硬化剂)，使用了天然凝灰岩、硅藻土、火山灰、偏高岭土、粉煤灰或硅灰，改善皮膜的耐久性、耐盐水性、耐化学性，释放阴离子，赋予其抗菌性和抗细菌性功能。
1，3，5-三甲基-1，3，5(三氯代丙烷基)环三硅醚提高了氟树脂或氟硅分散剂和液态硅酸盐间的反应性，解决液态硅酸盐脆弱的耐水性缺陷问题，同时表面硬度即涂膜的弹性提高，使用4～8重量份比较恰当。1，3，5-三甲基-1，3，5(三氯代丙烷基)环三硅醚不足4重量份的话反应性下降，超过8重量份的话粘度急速上升，难以搅拌。
机能性填料赋予其抗菌性、除臭性、难燃性、释放负离子等的功能。
加入0.5～2重量份的液态润湿剂最为适合，若液态润湿剂不足0.5重量份，分散性下降，产生气泡；若超过2重量份，致密度下降。
本发明是具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制作方法，硬化反应后以数百纳米的超疏水性纳米凸起形成的粗糙度，亲油性污染物质难以附着，表面附着的污染物质不附着于涂膜上，下雨时可以自然清洁洗净，具有长期耐久性和美观性优点。
一般的物体表面被水珠浸湿与否，要取决于两物质的化学性质，水和物体接触界面能量大，相互接触的面积就小。浸湿减少时接触面能量小，接触面积变大，表面看上去是浸湿的。物表面非常湿，表明与水亲近，就叫做亲水性，与之反义就是疏水性。这类性质特别表现于和水珠表面接触的各种涂料。水和表面接触角度小于90度时，水广泛伸展，属于亲水性，大于90度时水形成水珠，属于疏水性。
一般涂料的情况是接触角大概70度时，水或灰尘强烈的附着在表面。具有纳米凸起的表面接触角140度以上，水珠流动滚落，连同墙壁上粘着的灰尘一起滚落，干净的如同第一次涂膜后的表面。
纳米规模的超疏水性的氟树脂形成了纳米凸起，作用于以液态硅酸钠、液态硅酸钾、液态硅酸锂为主构成物的涂料，现有常用建筑用装修材料的硬化过程会产生龟裂，随着湿气变化表面污染等问题能得到改善。因为使用水性树脂，不会产生对人体有害的挥发性有机化合物，有益人类的居住环境，当然在硬化之后形成的膜层可以确保优越的耐久性。无机质系会产生静电，防止细微粉尘，具有优越的防污染效果和容易施工的优点。
本发明使用了具有自洁功能、增强许多特性的无机树脂，制成的最终涂料在各种装饰材料上拥有良好的涂装性，全面确保优秀的物理、化学特性，在家装、建筑物、土木、海洋、造船等领域具有广泛的用途，产业上利用价值巨大。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是：
一种具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，包括如下步骤：
将25～50重量份液态硅酸盐中加入5～10重量份去离子水中，充分搅拌后，缓慢加入1～5重量份氟硅烷，以200～600rpm搅拌10分钟以上，直至完全水解，此为液体硅酸盐的氟化阶段；
将上述氟化阶段反应液的搅拌速度提升为1500～2000rpm，缓慢添加10～25重量份50～200nm胶状颗粒的氟树脂分散剂或氟硅树脂分散剂，搅拌至粘度稳定为止，此为树脂的形成阶段；上述树脂形成阶段中，在粘度形成稳定过程中，在粉尘调控装置运行的同时，在液体中加入3～7重量份作为固化剂的氧化锌和3～10重量份辅助固化剂，以1000～2000rpm搅拌研磨30分钟以上，颗粒大小为30微米以下后，调整速度至300～600rpm，再加入4～8重量份1，3，5-三甲基-1，3，5(三氯代丙烷基)环三硅醚搅拌30分钟以上，得到耐水性树脂，此为耐水性加强阶段；
在粉尘调控装置运行的同时，在经过上述耐水性加强阶段获得的耐水性树脂中加入2～10重量份颜料、5.5～10重量份机能性填料、0.5～2重量份液态湿润剂，1000～2000rpm搅拌研磨30分钟以上，得到混合液体，此为涂料化阶段；
搅拌混合液体，粘度达到稳定为止，使其中的1，3，5-三甲基-1，3，5(三氯代丙烷基)环三硅醚和液态硅酸盐尽可能反应，此为使其稳定的熟成化阶段；
经过上述熟成阶段，再在混合液体中加入适量去离子水，调节粘度，形成具有自净功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料，此为产品化阶段。
所述液态硅酸盐为液态硅酸钠、液态硅酸钾或液态硅酸锂。
所述液态硅酸钠中SiO2/Na2O的摩尔比为2.8～3.4∶1；液态硅酸钾中SiO2/K2O的摩尔比为3.2～3.6∶1；液态硅酸锂中SiO2/Li2O的摩尔比为5.1～8.0∶1。
所述氟硅烷为(3，3，3-三氟代丙烷基)甲基二氯硅烷、(3，3，3-三氟代丙烷基)甲基二甲氧基硅烷、(3，3，3-三氟代丙烷基)甲基二乙氧基硅烷、(3，3，3-三氟代丙烷基)三甲氧基硅烷或(3，3，3-三氟代丙烷基)三乙氧基硅烷。
所述氟树脂分散剂为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。
所述辅助固化剂为天然凝灰岩、硅藻土、火山灰、偏高岭土、粉煤灰或硅灰。
所述颜料为氧化钛、氧化铁、天青石、铬氧化物、赭石、棕土或碳黑。
所述机能性填料主要由珍珠钙、纳米银、活性二氧化硅、活性炭、硅酸盐、铝硅酸盐氧化物、氧化铝和黄土组成。
所述液态润湿剂由液态消泡剂和液态分散剂组成。
更具体的实施例如表1所述。
表1具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的原料组成
在研磨机配料桶内放入液态硅酸钠或液态硅酸钾或液态硅酸锂和去离子水，充分搅拌后加入(3，3，3-三氟代丙烷基)三乙氧基硅烷，以500RPM搅拌10分钟以上直至完全水解。搅拌机加速到1500RPM，依次投入分散剂，氧化锌，火山灰，以1000RPM搅拌研磨30分钟以上。确认颗粒为30微米以下后，速度调整为400RPM，加入1，3，5-三甲基-1，3，5(三氯代丙烷基)环三硅醚搅拌30分钟以上，再加入氧化钛、纳米银和液态润湿剂，2000RPM搅拌研磨30分钟以上，调节粘度，制作完成。
实施例1至5中制作的涂料的性能根据下面各种功能性实验方法做出评价，测定结果如表2所示。
在横向150mm，纵向75mm，厚度0.8mm的EGI(Electro GalvinijedIron)评价表面，表1的实施例子中1到3的树脂，用毛笔涂或喷雾器覆盖成厚度为75±10μm的涂膜，常温下干燥硬化后测定耐洗刷性、铅笔硬度、耐污染性、耐烟性、耐盐水性、干燥性等。
耐洗刷性实验是来回磨损回收测定实验。
铅笔硬度测定，通常利用铅笔硬度机(中华铅笔)测定。
耐污染性测定，采用如下方式：石油系、碳化物燃烧时产生的烟在涂膜表面散布后，放置1天后，用常温下流动的水冲洗试片上的污染物，确定涂膜表面的自净功能。
干燥性，分别测定指触(手指触碰)干燥时间，硬化干燥时间及完全干燥时间，指触干燥时间是用手触碰表面，不沾手的干燥时间。硬化干燥时间是用手搓表面，不沾手的干燥时间。完全干燥时间是用沾湿的棉花200次以上来回搓表面，不沾的干燥时间。
表2实施例1至5的测定结果
从表2可知，本发明具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料具有优秀的耐清洗性、耐污染性、耐燃性，硬化过程中不仅可以防止涂膜龟裂，还释放出阴离子，具有抗真菌性、抗细菌性、不燃性和极少排出挥发性有机化合物。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将25～50重量份液态硅酸盐中加入5～10重量份去离子水中，充分搅拌后，缓慢加入1～5重量份氟硅烷，以200～600rpm搅拌10分钟以上，直至完全水解；
将搅拌速度提升为1500～2000rpm，缓慢添加10～25重量份50～200nm胶状颗粒的氟树脂分散剂或氟硅树脂分散剂，搅拌至粘度稳定为止；在粘度形成稳定过程中，在粉尘调控装置运行的同时，在液体中加入3～7重量份氧化锌和3～10重量份辅助固化剂，以1000～2000rpm搅拌研磨30分钟以上，颗粒大小为30微米以下后，调整速度至300～600rpm，再加入4～8重量份1，3，5-三甲基-1，3，5(三氯代丙烷基)环三硅醚搅拌30分钟以上，得到耐水性树脂；
在粉尘调控装置运行的同时，在耐水性树脂中加入2～10重量份颜料、5.5～10重量份机能性填料、0.5～2重量份液态湿润剂，1000～2000rpm搅拌研磨30分钟以上，得到混合液体；
搅拌混合液体，粘度达到稳定为止；
再在混合液体中加入适量去离子水，调节粘度，形成具有自净功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料。
2.根据权利要求1所述的具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，其特征在于，所述液态硅酸盐为液态硅酸钠、液态硅酸钾或液态硅酸锂。
3.根据权利要求2所述的具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，其特征在于，所述液态硅酸钠中SiO2/Na2O的摩尔比为2.8～3.4∶1；液态硅酸钾中SiO2/K2O的摩尔比为3.2～3.6∶1；液态硅酸锂中SiO2/Li2O的摩尔比为5.1～8.0∶1。
4.根据权利要求1、2或3所述的具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，其特征在于，所述氟硅烷为(3，3，3-三氟代丙烷基)甲基二氯硅烷、(3，3，3-三氟代丙烷基)甲基二甲氧基硅烷、(3，3，3-三氟代丙烷基)甲基二乙氧基硅烷、(3，3，3-三氟代丙烷基)三甲氧基硅烷或(3，3，3-三氟代丙烷基)三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求4所述的具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，其特征在于，所述氟树脂分散剂为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。
6.根据权利要求5所述的具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，其特征在于，所述辅助固化剂为天然凝灰岩、硅藻土、火山灰、偏高岭土、粉煤灰或硅灰。
7.根据权利要求6所述的具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，其特征在于，所述颜料为氧化钛、氧化铁、天青石、铬氧化物、赭石、棕土或碳黑。
8.根据权利要求7所述的具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，其特征在于，所述机能性填料主要由珍珠钙、纳米银、活性二氧化硅、活性炭、硅酸盐、铝硅酸盐氧化物、氧化铝和黄土组成。
9.根据权利要求8所述的具有自洁功能的超耐候性硅酸盐系无机涂料的制备方法，其特征在于，所述液态润湿剂由液态消泡剂和液态分散剂组成。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170322 Termination date: 20181224 |