CN109535860A - 一种有机-无机纳米防水涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机‑无机纳米防水涂料及制备方法。所述防水涂料由以下步骤制得：a、制备氨化的硅酸镁铝悬浮液；b、将气相白炭黑浸入有机硅聚醚乳液中，接着高压喷雾干燥，得到改性纳米气相白炭黑；c、将氨化的硅酸镁铝悬浮液、改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙‑苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水均化制浆，即得有机‑无机纳米防水涂料。所述方法具有以下有益效果：本发明制得的防水涂料，防水性能优异，涂层硬度高，具有持久的耐水性和耐刮擦性，适合用于室内外、浴室、地下室等的防水装饰材料。

Description

一种有机-无机纳米防水涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及建筑防水涂料的制备，尤其是涉及一种有机-无机纳米防水涂料及制备方法。

背景技术

建筑涂料是一类重要的建筑材料。目前建筑涂料大都采用无机填料分散于成膜乳液中复合而得, 由于成膜乳液为有机物，存在易老化、耐水性差、耐刮擦性差等问题。用于建筑物后的3~5年内易出现脱落。现有的方法主要是添加无机物在涂料中充当填料，以降低涂料的成本，并提高涂料的性能。

防水涂料是一种应用极为广泛的建筑涂料中。研究人员利用在涂料中添加无机物参与成膜，以此来提升涂层的耐水性、牢固度等。根据已有技术报道和实际使用，已有将水泥等无机凝胶与可再分散聚合物树脂粉末组合为复合成膜物，水泥和水反应形成的水化产物粘结性好，可用分散乳胶粉聚合物树脂粉末成膜性优异，利用无机与有机相结合形成有机-无机涂料，大幅提升了涂料的耐水性、牢固性和耐刮擦性。新型防水涂料的研究与应用仍然是建筑涂料发展中的重要内容。

专利申请号201810396850.6公开了一环保型建筑防水涂料，其特征在于，按重量份计，由如下物质组成：聚丙烯酸树脂30~50份，硅橡胶20~40份，气相白炭黑5~10份，聚二甲基硅氧烷3~6份，木薯淀粉3~6份，抗菌剂2~5份，中和剂0~1份。此发明的环保型建筑防水涂料选用疏水性硅橡胶为填料，同时对硅橡胶进行抗菌改性，提高了防水涂料的使用寿命，配方中添加了具有高稳定性能的聚丙烯酸树脂，确保了防水涂料的长久稳定性，同时，配方中添加的聚二甲基硅氧烷增加了防水涂料的疏水性能和铺展性能。本发明的防水涂料选用原料对人体无害，实现了安全防水的效果。

专利申请号201710929127.5公开了一种聚合物水泥防水涂料，该发明产品由液料和粉料组成，其中液料包括乳液、稳定剂、增塑剂、成膜剂、分散剂、防腐剂和水，而粉料是由水泥和填料组成；其中稳定剂是由无机盐、壳聚糖降解液、结冷胶液和对苯二甲醛构成；其中填料是由纳米膨胀石墨烯、纳米碳酸钙和石英砂复配而成。此发明技术方案制备的聚合物水泥防水涂料兼具优异的防水性能及储存稳定性，同时起力学性能也显著提高。

专利申请号201710510179.9公开了一种纳米无机粉体改性有机硅防水涂料，由以下重量份数的原料组成：200~300份低聚物硅氧烷基料，10~30份乳化剂，20~60份稳定剂，4~6份固化剂，180~200份稀释剂，3~6份增稠剂，100~150份纳米无机粉体；纳米无机粉体是由以下重量份数的原料混合而成：60~80份纳米二氧化硅，20~30份纳米氧化铝，8~10份纳米氧化锆，10~15份纳米羟基磷灰石。此发明的有益效果是：此发明纳米无机粉体改性有机硅防水涂料具有较佳的耐候性能，使用寿命长，其中添加的无机纳米颗粒形成的疏水仿生结构不妨碍基底内部水汽透出。

专利申请号201711128125.2公开了一种有机硅防水涂料，以重量份计，原料包括：甲基硅酸钾100～120份，二甲基硅氧烷60~80份，硅烷偶联剂15~20份，甲基硅油15~20份，纳米无机粉体50~60份，乳化剂10~30份，稳定剂20~40份，稀释剂100~150份，增稠剂3~6份；纳米无机粉体是由以下重量份数的组分组成：60~80份纳米二氧化硅，20~30份纳米氧化铝，8~10份纳米氧化锆，10~15份纳米羟基磷灰石；有机硅防水涂料在墙表面和内部形成网状防水膜，提高防水效果，防水膜不会封闭基底材料的毛细孔，潮气仍能从墙体内向散出，达到防水透气的效果，且耐候性佳，防水涂料的使用寿命长。

由此可见，现有技术中的防水涂料主要是利用添加水泥等无机凝胶的大颗粒性，但无机凝胶材料与可再分散胶粉复合的涂料不够细腻，而且水泥等无机凝胶水化成膜后极易形成微孔，进而影响涂层的致密性、防水性，影响了防水涂料的发展应用。

发明内容

为有效解决上述技术问题，本发明提出了一种有机-无机纳米防水涂料及制备方法，可有效提高涂料使用后涂层的防水性和耐久性。

本发明的具体技术方案如下：

一种有机-无机纳米防水涂料的制备方法，所述有机-无机纳米防水涂料是由氨化的硅酸镁铝悬浮液、改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，通过均化制浆而制得，具体的制备步骤为：

a、将硅酸镁铝、尿素加入水中，混合均匀配成浆体，接着研磨，得到氨化的硅酸镁铝悬浮液；

b、将气相白炭黑浸入过量的有机硅聚醚乳液中，分散均匀，使有机硅聚醚乳液充分浸润到气相白炭黑微孔颗粒的内外表面表面，接着高压喷雾干燥，收集，得到改性纳米气相白炭黑；

c、将步骤a制得的氨化的硅酸镁铝悬浮液、步骤b制得的改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，均化制浆，即得有机-无机纳米防水涂料。

优选的，步骤a中，硅酸镁铝30~50重量份、尿素4~8重量份、水42~66重量份。

优选的，所述步骤b中，有机硅聚醚乳液的固含量为30~50%。

优选的，所述步骤c中，硅溶胶为纳米二氧化硅与乙醇的分散液，纳米二氧化硅含量为10~15wt%。

优选的，所述步骤c中，云母粉为大片径云母粉，径厚比大于10。

优选的，所述步骤c中，增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚。

优选的，所述步骤c中，分散剂为六偏磷酸钠。

优选的，所述步骤c中，颜料为钛锰棕、钴蓝、钛镍黄、钛绿、钛白粉中的至少一种。

优选的，步骤c中，氨化的硅酸镁铝悬浮液13~17重量份、改性纳米气相白炭黑5~8重量份、硅溶胶12~15重量份、云母粉4~8重量份、丙-苯乳液20~24重量份、增稠剂1~2重量份、分散剂1~2重量份、颜料3~5重量份、去离子水19~41重量份。

硅酸镁铝具有独特的三维空间链式结构及特殊的针、棒状晶体结构，因而有不同寻常的胶体和吸附性能。以其优异的增稠性、悬浮性、胶体摇融性能被广泛应用于油漆涂料行业，在水介质中形成“卡片宫”式的缔合网络结构。本发明通过将硅酸镁铝氨化，不仅发挥了硅酸镁铝的自身性能，而且易与大片径云母粉连接在涂层中形成致密的涂层，达到优异的防水效果。

气相白炭黑是极其重要的纳米级无机原材料之一，由于其粒径很小，因此比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。本发明将气相白炭黑通过有机硅聚醚改性，作为改性纳米硅质材料在涂层中分散均匀，不仅发挥纳米效应，增强涂层硬度，提升涂层的耐久性。

本发明上述内容还提出一种有机-无机纳米防水涂料，由以下步骤制得：a、制备氨化的硅酸镁铝悬浮液；b、将气相白炭黑浸入有机硅聚醚乳液中，接着高压喷雾干燥，得到改性纳米气相白炭黑；c、将氨化的硅酸镁铝悬浮液、改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水均化制浆，即得。

本发明的有益效果为：

1.提出了将硅酸镁铝和气相白炭黑改性后添加制备有机-无机纳米防水涂料的方法。

2. 本发明通过将硅酸镁铝氨化后与大片径云母粉连接在涂层中，形成致密的涂层，所得涂料的防水性能好。

3.本发明通过利用有机硅聚醚改性气相白炭黑，可在涂层中分散均匀，并发挥纳米效应，有效增强涂层硬度。

4. 本发明同构添加硅溶胶，在成膜初期易形成Si-O-Si聚合膜结构，提高涂层的早期耐水性，耐刮擦性；后期有机硅聚醚改性的纳米硅质作为硅的补充，维持涂层持久的耐水性和耐刮擦性。

5.本发明制得的防水涂料适合用于室内外、浴室、地下室等的防水装饰材料。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

a、将硅酸镁铝、尿素加入水中，混合均匀配成浆体，接着研磨，得到氨化的硅酸镁铝悬浮液；其中，硅酸镁铝38重量份、尿素5重量份、水57重量份；

b、将气相白炭黑浸入过量的固含量为40%的有机硅聚醚乳液中，分散均匀，使有机硅聚醚乳液充分浸润到气相白炭黑微孔颗粒的内外表面表面，接着高压喷雾干燥，收集，得到改性纳米气相白炭黑；

c、将步骤a制得的氨化的硅酸镁铝悬浮液、步骤b制得的改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，均化制浆，即得有机-无机纳米防水涂料；其中，氨化的硅酸镁铝悬浮液15重量份、改性纳米气相白炭黑6重量份、硅溶胶14重量份、云母粉6重量份、丙-苯乳液22重量份、增稠剂1重量份、分散剂2重量份、颜料4重量份、去离子水30重量份；硅溶胶为纳米二氧化硅与乙醇的分散液，纳米二氧化硅含量为12wt%，云母粉为大片径云母粉，增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚，分散剂为六偏磷酸钠，颜料为钛锰棕。

实施例2

a、将硅酸镁铝、尿素加入水中，混合均匀配成浆体，接着研磨，得到氨化的硅酸镁铝悬浮液；其中，硅酸镁铝30重量份、尿素4重量份、水66重量份；

b、将气相白炭黑浸入过量的固含量为30%的有机硅聚醚乳液中，分散均匀，使有机硅聚醚乳液充分浸润到气相白炭黑微孔颗粒的内外表面表面，接着高压喷雾干燥，收集，得到改性纳米气相白炭黑；

c、将步骤a制得的氨化的硅酸镁铝悬浮液、步骤b制得的改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，均化制浆，即得有机-无机纳米防水涂料；其中，氨化的硅酸镁铝悬浮液13重量份、改性纳米气相白炭黑5重量份、硅溶胶12重量份、云母粉4重量份、丙-苯乳液20重量份、增稠剂1重量份、分散剂1重量份、颜料3重量份、去离子水41重量份；硅溶胶为纳米二氧化硅与乙醇的分散液，纳米二氧化硅含量为10wt%，云母粉为大片径云母粉，增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚，分散剂为六偏磷酸钠，颜料为钴蓝。

实施例3

a、将硅酸镁铝、尿素加入水中，混合均匀配成浆体，接着研磨，得到氨化的硅酸镁铝悬浮液；其中，硅酸镁铝50重量份、尿素8重量份、水42重量份；

b、将气相白炭黑浸入过量的固含量为50%的有机硅聚醚乳液中，分散均匀，使有机硅聚醚乳液充分浸润到气相白炭黑微孔颗粒的内外表面表面，接着高压喷雾干燥，收集，得到改性纳米气相白炭黑；

c、将步骤a制得的氨化的硅酸镁铝悬浮液、步骤b制得的改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，均化制浆，即得有机-无机纳米防水涂料；其中，氨化的硅酸镁铝悬浮液17重量份、改性纳米气相白炭黑8重量份、硅溶胶15重量份、云母粉8重量份、丙-苯乳液24重量份、增稠剂2重量份、分散剂2重量份、颜料5重量份、去离子水19重量份；硅溶胶为纳米二氧化硅与乙醇的分散液，纳米二氧化硅含量为15wt%，云母粉为大片径云母粉，增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚，分散剂为六偏磷酸钠，颜料为钛镍黄。

实施例4

a、将硅酸镁铝、尿素加入水中，混合均匀配成浆体，接着研磨，得到氨化的硅酸镁铝悬浮液；其中，硅酸镁铝35重量份、尿素5重量份、水60重量份；

b、将气相白炭黑浸入过量的固含量为35%的有机硅聚醚乳液中，分散均匀，使有机硅聚醚乳液充分浸润到气相白炭黑微孔颗粒的内外表面表面，接着高压喷雾干燥，收集，得到改性纳米气相白炭黑；

c、将步骤a制得的氨化的硅酸镁铝悬浮液、步骤b制得的改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，均化制浆，即得有机-无机纳米防水涂料；其中，氨化的硅酸镁铝悬浮液14重量份、改性纳米气相白炭黑6重量份、硅溶胶13重量份、云母粉5重量份、丙-苯乳液21重量份、增稠剂1重量份、分散剂2重量份、颜料3重量份、去离子水35重量份；硅溶胶为纳米二氧化硅与乙醇的分散液，纳米二氧化硅含量为11wt%，云母粉为大片径云母粉，增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚，分散剂为六偏磷酸钠，颜料为钛镍黄。

实施例5

a、将硅酸镁铝、尿素加入水中，混合均匀配成浆体，接着研磨，得到氨化的硅酸镁铝悬浮液；其中，硅酸镁铝45重量份、尿素7重量份、水48重量份；

b、将气相白炭黑浸入过量的固含量为45%的有机硅聚醚乳液中，分散均匀，使有机硅聚醚乳液充分浸润到气相白炭黑微孔颗粒的内外表面表面，接着高压喷雾干燥，收集，得到改性纳米气相白炭黑；

c、将步骤a制得的氨化的硅酸镁铝悬浮液、步骤b制得的改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，均化制浆，即得有机-无机纳米防水涂料；其中，氨化的硅酸镁铝悬浮液16重量份、改性纳米气相白炭黑7重量份、硅溶胶14重量份、云母粉7重量份、丙-苯乳液23重量份、增稠剂2重量份、分散剂1重量份、颜料4重量份、去离子水26重量份；硅溶胶为纳米二氧化硅与乙醇的分散液，纳米二氧化硅含量为14wt%，云母粉为大片径云母粉，增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚，分散剂为六偏磷酸钠，颜料为钛绿。

对比例1

a、将气相白炭黑浸入过量的固含量为40%的有机硅聚醚乳液中，分散均匀，使有机硅聚醚乳液充分浸润到气相白炭黑微孔颗粒的内外表面表面，接着高压喷雾干燥，收集，得到改性纳米气相白炭黑；

b、将步骤a制得的改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，均化制浆，即得有机-无机纳米防水涂料；其中，改性纳米气相白炭黑6重量份、硅溶胶14重量份、云母粉6重量份、丙-苯乳液22重量份、增稠剂1重量份、分散剂2重量份、颜料4重量份、去离子水45重量份；硅溶胶为纳米二氧化硅与乙醇的分散液，纳米二氧化硅含量为12wt%，云母粉为大片径云母粉，增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚，分散剂为六偏磷酸钠，颜料为钛锰棕。

对比例2

a、将硅酸镁铝、尿素加入水中，混合均匀配成浆体，接着研磨，得到氨化的硅酸镁铝悬浮液；其中，硅酸镁铝38重量份、尿素5重量份、水57重量份；

b、将步骤a制得的氨化的硅酸镁铝悬浮液、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，均化制浆，即得有机-无机纳米防水涂料；其中，硅溶胶为纳米二氧化硅与乙醇的分散液，纳米二氧化硅含量为12wt%，云母粉为大片径云母粉，增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚，分散剂为六偏磷酸钠，颜料为钛锰棕；氨化的硅酸镁铝悬浮液15重量份、硅溶胶14重量份、云母粉6重量份、丙-苯乳液22重量份、增稠剂1重量份、分散剂2重量份、颜料4重量份、去离子水36重量份。

对比例3

a、将硅酸镁铝加入水中，混合均匀配成浆体，接着研磨，得到的硅酸镁铝悬浮液；其中，硅酸镁铝38重量份、水57重量份；

b、将气相白炭黑浸入过量的固含量为40%的有机硅聚醚乳液中，分散均匀，使有机硅聚醚乳液充分浸润到气相白炭黑微孔颗粒的内外表面表面，接着高压喷雾干燥，收集，得到改性纳米气相白炭黑；

c、将步骤a制得的硅酸镁铝悬浮液、步骤b制得的改性纳米气相白炭黑、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，均化制浆，即得有机-无机纳米防水涂料；其中，硅溶胶为纳米二氧化硅与乙醇的分散液，纳米二氧化硅含量为12wt%，云母粉为大片径云母粉，增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚，分散剂为六偏磷酸钠，颜料为钛锰棕；氨化的硅酸镁铝悬浮液15重量份、改性纳米气相白炭黑6重量份、云母粉6重量份、丙-苯乳液22重量份、增稠剂1重量份、分散剂2重量份、颜料4重量份、去离子水44重量份。

上述实施例1~5及对比例1~3制得的防水涂料，测试其不透水保持时间、硬度，测试表征的方法或条件如下：

不透水保持时间： 采用XTV92-2型建筑防水涂料不透水仪进行测试，将本发明制得的防水涂料均匀涂刷于玻璃板上（玻璃板先打蜡），厚度为1.5mm，分别在标准条件下静放养护3d和15d后，进行不透水试验，不透水性为0.4MPa，测试保持无渗漏的时间。

硬度：将本发明制得的防水涂料均匀涂刷于铁板上，分别在标准条件下静放养护3d和15d后，采用铅笔硬度法进行测试，利用已知硬度的铅笔笔芯的端面的锐利边，与涂层成45°角刻划涂层，以不能划伤涂层的最硬铅笔，得到涂层硬度。

结果如表1所示。

表1：

Claims (10)

1.一种有机-无机纳米防水涂料的制备方法，其特征在于：具体的制备步骤为：

a、将硅酸镁铝、尿素加入水中，混合均匀配成浆体，接着研磨，得到氨化的硅酸镁铝悬浮液；

b、将气相白炭黑浸入过量的有机硅聚醚乳液中，分散均匀，使有机硅聚醚乳液充分浸润到气相白炭黑微孔颗粒的内外表面表面，接着高压喷雾干燥，收集，得到改性纳米气相白炭黑；

c、将步骤a制得的氨化的硅酸镁铝悬浮液、步骤b制得的改性纳米气相白炭黑、硅溶胶、云母粉、丙-苯乳液、增稠剂、分散剂、颜料、去离子水混合，均化制浆，即得有机-无机纳米防水涂料。

2.根据权利要求1所述一种有机-无机纳米防水涂料的制备方法，其特征在于：步骤a中，硅酸镁铝30~50重量份、尿素4~8重量份、水42~66重量份。

3.根据权利要求1所述一种有机-无机纳米防水涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，有机硅聚醚乳液的固含量为30~50%。

4.根据权利要求1所述一种有机-无机纳米防水涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，硅溶胶为纳米二氧化硅与乙醇的分散液，纳米二氧化硅含量为10~15wt%。

5.根据权利要求1所述一种有机-无机纳米防水涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，云母粉为大片径云母粉，径厚比大于10。

6.根据权利要求1所述一种有机-无机纳米防水涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚。

7.根据权利要求1所述一种有机-无机纳米防水涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，分散剂为六偏磷酸钠。

8.根据权利要求1所述一种有机-无机纳米防水涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，颜料为钛锰棕、钴蓝、钛镍黄、钛绿、钛白粉中的至少一种。

9.根据权利要求1所述一种有机-无机纳米防水涂料的制备方法，其特征在于：步骤c中，氨化的硅酸镁铝悬浮液13~17重量份、改性纳米气相白炭黑5~8重量份、硅溶胶12~15重量份、云母粉4~8重量份、丙-苯乳液20~24重量份、增稠剂1~2重量份、分散剂1~2重量份、颜料3~5重量份、去离子水19~41重量份。

10.权利要求1~9任一项所述方法制备得到的一种有机-无机纳米防水涂料。