CN105368164B - 植物生态内墙涂料及其制备方法 - Google Patents

植物生态内墙涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种植物生态内墙涂料及其制备方法，所述植物生态内墙涂料包括填料二氧化钛、交联剂硼砂、氧化剂和水，其特征在于还包括植物淀粉作为粘结剂和溶胶作为粘结剂改性剂。本发明的植物生态内墙涂料由于使用植物淀粉作为粘结剂，不含有任何合成树脂乳液，可以生物完全降解，是真正意义上的生态环保内墙涂料；并且添加溶胶作为粘结剂改性剂，具有较强的涂膜粘结力和较高的涂膜强度，技术性能达到GB/T9756‑2009合成树脂乳液内墙涂料合格品标准，且明显优于JC/T423‑91水性内墙涂料技术要求。

Description

植物生态内墙涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于化工涂料技术领域，具体涉及一种植物生态内墙涂料及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对居住环境和住宅装修材料的环保性要求越来越高，所以开发绿色植物生态涂料，环境友好型涂料，是环境保护的迫切需要，也是适应市场的需求。目前我国内墙装饰涂料是以水性合成树脂乳液内墙涂料为主体，它占整个内墙涂料市场的98％以上。水性合成树脂乳液内墙涂料，是以水为分散介质，不含挥发性有机溶剂，是目前相对环保的一种内墙涂料(和油性漆相比较而言)。但是水性合成树脂乳液内墙涂料，它是以石油产品为原料，不是以大自然植物提取物为原料，并且在制造涂料过程中添加了大量的化学助剂。在涂料干燥成膜的过程中有大量的有机物挥发到空气当中(简称：TVOC)给室内空气造成严重的污染，损害人体健康。而且水性合成树脂乳液属有机涂料，在长期的使用过程中，有机成膜物表面老化在不断挥发有机物到室内空气中，不利于人体健康。所以说水性合成树脂乳液涂料只是相对的环保涂料，而不是绿色生态无毒涂料。
ZL 2011102185348生物质内墙面漆是采用植物淀粉与合成树脂乳液为成膜物质，加入多种化学助剂而成的一种绿色环保型内墙涂料。由于成膜物含合成树脂，并不能完全生物降解，并不是真正意义上的环境友好型涂料。因此还需要开发出新的不含有机挥发物(VOC)且可生物降解的环境友好型涂料。
发明内容
本发明针对现有技术中没有可完全生物降解的水性内墙涂料的技术问题，目的在于提供一种可完全生物降解的真正意义上的环境友好的植物生态内墙涂料。
本发明的另一目的在于提供一种制备所述植物生态内墙涂料的方法。
本发明的植物生态内墙涂料包括二氧化钛(钛白粉)作为填料、硼砂作为交联剂、植物淀粉作为粘结剂、溶胶作为粘结剂改性剂、氧化剂和水。在涂料配制过程中，还可添加填充料、分散剂和/或消泡剂使得涂料配制更加均匀并提高涂料性能。还可加入功能性添加料，比如空气净化剂、抗菌杀菌剂、涂膜防水剂以及防腐杀菌剂。
配制所述植物生态内墙涂料的原料的用量为：以二氧化钛10重量份为基准，硼砂0.03～0.2重量份、氧化剂1.0～2.0重量份、植物淀粉2.2～2.8重量份、溶胶1～8重量份和水15～30重量份。
各原料的用量可进一步优化为：二氧化钛10重量份、硼砂0.05～0.1重量份、氧化剂1.3～1.6重量份、植物淀粉2.4～2.5重量份、溶胶2～5重量份和水20～26重量份。还可加入分散剂0.25～0.4重量份、消泡剂0.075～0.1重量份、填充料4重量份、空气净化剂3重量份、抗菌杀菌剂0.1～0.25重量份、涂膜防水剂0.25～1.25重量份和/或防腐杀菌剂0.075～0.1重量份。
本发明的一较佳实施例中，各原料用量为：二氧化钛10重量份、硼砂0.05～0.1重量份、氧化剂1.3～1.6重量份、植物淀粉2.4～2.5重量份、溶胶2～3重量份和水23～26重量份、分散剂0.25～0.35重量份、消泡剂0.075～0.1重量份、填充料4重量份、空气净化剂3重量份、抗菌杀菌剂0.1～0.15重量份、涂膜防水剂0.25～0.6重量份和/或防腐杀菌剂0.075～0.1重量份，制备的涂料适合用作第一道涂刷用的底料。
本发明的另一较佳实施例中，各原料用量为：二氧化钛10重量份、硼砂0.05～0.1重量份、氧化剂1.3～1.6重量份、植物淀粉2.4～2.5重量份、溶胶4～5重量份和水20～23重量份、分散剂0.35～0.4重量份、消泡剂0.075～0.1重量份、填充料4重量份、空气净化剂3重量份、抗菌杀菌剂0.15～0.25重量份、涂膜防水剂0.8～1.25重量份和/或防腐杀菌剂0.075～0.1重量份，其中相比与所述适合用作第一道涂刷用的底料的原料添加有较多的溶胶、涂膜防水剂和抗菌杀菌剂，以此提高涂膜的粘结力、耐水性以及抗菌杀菌效果，制备的涂料更适合用作内墙涂刷第二道涂刷用的面料。
所述植物淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、大麦淀粉、大米淀粉、木薯淀粉和/或马铃薯淀粉，优选玉米淀粉。
所述溶胶选自硅溶胶、钾水玻璃、钠水玻璃、锂水玻璃和有机硅树脂，优选硅溶胶。硅溶胶具有以下优点：1)是一种高活性吸附材料，粒径处于纳米级(5-40nm)，可通过毛细管作用渗入到混凝土基层内部形成锚固作用并与混凝土基层中的Ca(OH)2作用生成CaSiO3，使涂料具有较强的粘结力；2)硅溶胶中NaOH含量低，涂膜具有较好的耐水性，一旦成膜后就具有水不溶性；3)无毒无味，不含VOC。
所述填料二氧化钛为金红石型二氧化钛和/或锐钛型二氧化钛。
所述氧化剂为30％NaOH溶液和/或双氧水，优选30％NaOH溶液和双氧水，以二氧化钛10重量份为基准，30％NaOH溶液为1.3～1.5重量份，双氧水0.075～0.1重量份。
所述填充料为煅烧高岭土和/或超细滑石粉。
所述分散剂为六偏磷酸钠。
所述消泡剂为磷酸三丁酯。
所述空气净化剂选自超微硅藻土、活性白土、活性陶土和活性碳酸钙，优选超微硅藻土。超微硅藻土是由无定型SiO2组成，经过活性技术处理工艺后，有较高的活性，颗粒松软，多孔状，孔隙度90％左右，具有极强的吸附能力，且能分解空气中的有害物质，从而具有祛味除醛，净化空气的功效。
所述抗菌杀菌剂选自金红石型纳米二氧化钛、锐钛型纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和纳米氧化锌，优选5～20nm锐钛型纳米二氧化钛。5～20nm锐钛型纳米二氧化钛具有以下优点：1)表面活性大，吸附能力强，还具有氧化还原能力，能使硫化物或氨之类的氮化物分解，具有净化空气、除臭和杀菌功效；2)光吸收性好，具有吸收紫外线能力强，化学稳定性好，可吸收光并进行光催作用，具有较强的杀菌功能；3)比表面积大，遮盖力强，易分散，悬浮性好，贮存性及开罐效果极佳。
所述涂膜防水剂选自有机硅防水剂、无机盐、液体蜡、硬脂酸钙和/或硬脂酸锌，优选有机硅防水剂。有机硅防水剂是一种含硅氧烷的高效能防水剂，在涂料水性挥发干燥过程中，硅氧烷与空气中的二氧化碳作用，在植物胶颗粒及矿物粉体颗粒表面形成高分子网状的硅树脂膜，起到良好的防水拒水作用。而且具有活性高，无毒，不挥发，不含VOC等特点。
所述防腐杀菌剂为苯甲酸钠。
制备本发明的植物生态内墙涂料的方法包括以下步骤：
a.在第一速率搅拌下，将分散剂完全溶解于水中得分散剂溶液；
b.加入抗菌杀菌剂，在第二速率下进行搅拌分散；
c.加入占消泡剂用量45～55％的消泡剂；
d.在第三速率搅拌下，依次加入二氧化钛填料、空气净化剂、填充料、植物淀粉粘结剂，调至高于第三速率的第四速率下继续搅拌分散；
e.加入氧化剂，糊化增稠后调至高于第四速率的第五速率下继续搅拌；
f.搅拌下缓慢加入硼砂：水的质量比为1：4～5的硼砂液进行交联反应；
g.调至第四速率搅拌下，依次加入溶胶粘结剂改性剂和涂膜防水剂混合反应；
h.依次加入防腐杀菌剂和剩余的消泡剂混合均匀；
i.导入磨砂机中分散研磨，得到权利要求1～8任一项所述的植物生态内墙涂料。
本发明的一较佳实施例中，所述方法可具体为：
a.在300～400rpm搅拌下，将六偏磷酸钠分散剂完全溶解于水中；
b.加入抗菌杀菌剂，在2000～2200rpm搅拌下进行搅拌分散10～15min；
c.加入占消泡剂用量50％的消泡剂；
d.在400～600rpm搅拌下，依次加入二氧化钛填料、空气净化剂、填充料、植物淀粉粘结剂，调至600～800rpm下继续搅拌分散10～15min；
e.依次加入30％的NaOH溶液和双氧水氧化剂，糊化增稠后调至1000～1200rpm下继续搅拌40～60min；
f.搅拌下缓慢加入硼砂:水的质量比为1:4～5的硼砂液进行交联反应15～20min；
g.调至600～800rpm搅拌下，依次加入溶胶粘结剂改性剂和涂膜防水剂混合反应15～20min；
h.依次加入防腐杀菌剂和剩余的消泡剂混合均匀；
i.倒入磨砂机中分散研磨，研磨流量为30～60min/吨优选40min/吨，得到权利要求1～8任一项所述的植物生态内墙涂料。
本发明积极进步效果在于：
1)本发明由于使用植物淀粉作为粘结剂，淀粉通过氧化、糊化工艺转化成植物淀粉胶作为涂料成膜物，不含有任何化学合成树脂乳液，其最大优点是水性环保、无毒无味、不含VOC，属碳水化合物，可完全生物降解，是真正意义上的生态环保内墙涂料。
但是以植物淀粉作为粘结剂而不作改性时往往存在涂膜粘结力差、涂膜强度低、水可溶解、不防水、易霉变等缺点，本发明通过以下方案可有效解决这些问题。
2)本发明选用硅溶胶作为植物生态内墙涂料的植物淀粉粘结剂改性剂。由于硅溶胶是一种高活性吸附材料、无毒无味、不含VOC的游离单体，粒径处于纳米级，为5-40nm，可通过毛细管作用渗入到混凝土基层内部形成锚固作用并与混凝土基层中的Ca(OH)2作用生成CaSiO3，可以提高植物淀粉作为粘结剂所带来的粘结力低下的技术问题，使的本发明的植物生态内墙涂料具有较强的粘结力。
硅溶胶中NaOH含量低，涂膜具有较好的耐水性，硅溶胶的特性是一旦成膜后就具有水不溶性。所以硅溶胶和植物淀粉聚合混溶能硬化成膜。这种涂膜保持了无机涂膜的硬度，又具有有机涂膜的柔性，兼具了无机涂料和有机涂料的优点，又不影响植物涂料涂膜的生物降解性。
3)本发明以超微硅藻土作为空气净化剂，以纳米二氧化钛作为抗菌杀菌剂，两种功能性添加料具有协同作用，净化空气、除臭杀菌的功效更佳。
4)本发明采用以有机硅防水剂为涂膜防水改性剂，使所述植物生态内墙涂料涂膜具有防水、防霉和抗污自洁的功效，而且可保持涂层的透气性。改变了植物淀粉涂料不防水的弊病，同时也改变了以往固有涂料用合成树脂材料才能达到防水的目的。
综上，所述植物生态内墙涂料水性环保、无毒无味、不含VOC、涂膜可完全生物降解，为真正意义上的绿色环保、环境友好型涂料，而且具有较强的涂膜粘结力，涂膜强度高。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1～9及对比例1 内墙涂料的制备
分别以表1中各实施例的原料配比制备植物生态内墙涂料，制备步骤如下：
a.将配方量的水加入搅拌罐中，在400rpm搅拌下，将六偏磷酸钠分散剂完全溶解于水中；
b.加入抗菌杀菌剂，在2200rpm搅拌下进行搅拌分散15min；
c.加入占配方量50％的磷酸三丁酯；
d.在600rpm搅拌下，依次加入二氧化钛、空气净化剂、煅烧高岭土、超细滑石粉、植物淀粉；调至800rpm下继续搅拌分散15min；
e.依次加入30％的NaOH溶液和双氧水，糊化增稠后调至1200rpm下继续搅拌60min；
f.搅拌下缓慢加入硼砂:水的质量比为1:5的硼砂液进行交联反应20min；
g.(对比例1省略该步骤)调至800rpm搅拌下，依次加入溶胶、涂膜防水剂(其中实施例9不添加)，混合反应20min；
h.依次加入苯甲酸钠和剩余50％的磷酸三丁酯，混合均匀；
i.倒入60L磨砂机中分散研磨，研磨流量为40min/吨，得到植物生态内墙涂料。
表1
Figure BDA0000884654100000061
Figure BDA0000884654100000071
表1续
Figure BDA0000884654100000072
Figure BDA0000884654100000081
表1中水为自来水，双氧水、磷酸三丁脂、硼砂、苯甲酸钠、植物淀粉、六偏磷酸钠的规格均为工业级，抗菌杀菌剂粒径为5～20nm，超微硅藻土、活性白土、活性陶土、煅烧高岭土和超细滑石粉均为1250目，溶胶粒径5～15nm固体含量为30％，有机硅防水剂的固体含量30％，NaOH溶液为30％水溶液。
实施例1、2、3、4以及9制得的植物生态内墙涂料适宜作为底料用于第一道涂刷，实施5～8制得的植物生态内墙涂料适宜作为面料用于第二道涂刷。
实施例9与实施例3的区别在于未添加涂膜防水剂，对比例1和实施例3的区别在于中未添加溶胶和涂膜防水剂。对实施例3、9和对比例1在附着力和耐水性方面的性能进行测试，测试结果如表2所示，实施例3和实施例9附着力优于对比例1且可达到水溶性墙面涂料技术要求。耐水性试验为浸泡48h后检测，实施例3耐水性合格无脱落、起泡和皱皮，实施例9单位面积内80％无脱落、起泡和皱皮，对比例1单位面积内70％无脱落、起泡和皱皮，实施例9虽然也出现部分脱落、起泡和皱皮，但要优于未添加硅胶的对比例1。可见溶胶不仅可提高涂膜的粘结性能，在一定程度对涂膜的耐水性也有提升作用。
表2
Figure BDA0000884654100000082
备注：1、本检测依据行业标准JC/T423-91；2、耐水性试验是浸泡48h后检测，检测结果表示为每平方米无脱落、起泡和皱皮所占的比例。
效果实施例
以实施例3制得的植物生态内墙涂料作为底料用于第一道涂刷，实施例6制得的植物生态内墙涂料作为面料用于第二道涂刷，并根据涂料行业的标准GB/T9756-2009和JC/T423-9对实施例3和6制得的植物生态内墙涂料及涂刷而成的涂膜进行检测，并与815淀粉内墙涂料(生产厂家：新疆中原涂料厂；主要成分：玉米淀粉、轻钙、重钙、滑石粉)作比较。涂刷步骤和检测结果如下。
涂刷步骤为：
1、向一20升的涂料桶中加入10kg实施例3制得的用于底部的植物生态内墙涂料，再加入3kg自来水；慢慢搅动均匀，控制搅拌速度，以免产生气泡影响涂膜质量。
2、用涂料专用滚桶沾取步骤1调制的涂料，在批腻完毕的墙面往返滚涂均匀，每次滚涂约1m2左右，然后用羊毛排刷按轻--重--轻的手法均匀排一次(排除刷痕)。
3、在25℃±2℃气温下干燥2小时。
4、向另一20升的涂料桶中加入10kg实施例6制得的用于面部的植物生态内墙涂料，再加入3kg自来水；重复步骤1～3进行第二道涂刷。
检测结果：
表3所示为本发明的植物生态内墙涂料的检测结果与GB/T9756-2009合成树脂乳液内墙涂料技术要求的对比，表4为本发明的植物生态内墙涂料的检测结果与JC423-91水溶性内墙涂料技术要求以及815淀粉内墙涂料的对比。可见本发明的植物生态内墙涂料性能达到GB/T9756-2009合成树脂乳液内墙涂料合格品标准，且明显优于JC/T423-91水性内墙涂料技术指标；相比于815淀粉内墙涂料在细度上更细，附着力上达到百分百，耐水性可达48h无脱落、起泡和皱皮，性能提升一倍，耐干擦性达到最高级，耐洗刷性也提升了将近一倍。
本发明的植物生态内墙涂料以植物淀粉和溶胶作为涂料成膜物，配方成分都是植物和矿物质，不含有任何化学合成树脂乳液，不含VOC，涂膜可完全生物降解。还具有抗菌、抑菌、防霉、抗污自洁、净化室内空气，是符合国家绿色环保、低碳与环境保护政策的新型产品。
表3
Figure BDA0000884654100000091
Figure BDA0000884654100000101
备注：本检测依据行业标准GB/T9756-2009。
表4
Figure BDA0000884654100000102
备注：1、本检测依据行业标准JC/T423-91；2、耐水性试验是浸泡48h后检测。

Claims (3)

1.一种植物生态内墙涂料，其包括填料二氧化钛10重量份、交联剂硼砂0.05～0.1重量份、氧化剂1.3～1.6重量份和水20～26重量份，其特征在于还包括玉米淀粉2.4～2.5重量份作为粘结剂和硅溶胶2～5重量份作为粘结剂改性剂；
还包括填充料、分散剂和/或消泡剂；
还包括空气净化剂、抗菌杀菌剂、涂膜防水剂和/或防腐杀菌剂；
所述植物生态内墙涂料的方法，包括以下步骤：a.在第一速率搅拌下，将分散剂完全溶解于水中得分散剂溶液；b.加入抗菌杀菌剂，在第二速率下进行搅拌分散；c.加入占消泡剂用量45～55％的消泡剂；d.在第三速率搅拌下，依次加入二氧化钛填料、空气净化剂、填充料、植物淀粉粘结剂，调至高于第三速率的第四速率下继续搅拌分散；e.加入氧化剂，糊化增稠后调至高于第四速率的第五速率下继续搅拌；f.搅拌下缓慢加入硼砂：水的质量比为1：4～5的硼砂液进行交联反应；g.调至第四速率搅拌下，依次加入溶胶粘结剂改性剂和涂膜防水剂混合反应；h.依次加入防腐杀菌剂和剩余的消泡剂混合均匀；i.导入磨砂机中分散研磨，得到植物生态内墙涂料。
2.如权利要求1所述的植物生态内墙涂料，其特征在于还包括分散剂0.25～0.4重量份、消泡剂0.075～0.1重量份、填充料4重量份、空气净化剂3重量份、抗菌杀菌剂0.1～0.25重量份、涂膜防水剂0.25～1.25重量份和/或防腐杀菌剂0.075～0.1重量份。
3.如权利要求2所述的植物生态内墙涂料，其特征在于所述二氧化钛填料为金红石型二氧化钛和/或锐钛型二氧化钛；所述氧化剂为30％NaOH溶液和/或双氧水；所述填充料为煅烧高岭土和/或超细滑石粉；所述分散剂为六偏磷酸钠；所述消泡剂为磷酸三丁酯；所述空气净化剂选自超微硅藻土、活性白土、活性陶土和活性碳酸钙；所述抗菌杀菌剂选自金红石型纳米二氧化钛、锐钛型纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和纳米氧化锌；所述涂膜防水剂选自有机硅防水剂、无机盐、液体蜡、硬脂酸钙和/或硬脂酸锌；所述防腐杀菌剂为苯甲酸钠。
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