CN109554037A - 一种疏水透气的无机干粉纳米保护涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，属于涂料技术领域。该无机干粉涂料以灰钙为无机成膜物质,以玻璃粉为功能骨料，以纳米二氧化硅、轻钙、滑石粉为改质填料，以可再分散乳胶粉为粘接剂，配比组合一定重量份的添加助剂，经均匀混合制得。该技术方案完全以无机干粉材质为原料，不产生有机挥发性有害物质，环保特性高，运输和储存成本低，贮存稳定性高；其生产制备工艺简单、生产成本低，施工只需添加清水混合，简单易行；涂覆在墙面需保护涂层表面，形成的薄质透明保护涂膜具有较高的疏水保护和耐擦洗功能，且不影响原有涂层呼吸透气性和装饰效果，适合市场广泛应用，综合特性优于本领域其他产品。

Description

一种疏水透气的无机干粉纳米保护涂料

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种疏水透气的无机干粉纳米保护涂料。

背景技术

随着国家和政府对涂料行业环保政策要求的提出，生态环保型涂料获得了较快的发展，其中，具有高环保特性与装饰效果的水性调色涂料和厚质干粉涂料更加受到广泛的市场青睐。目前，此两种类型的装饰涂料在市场应用时遇到的最大问题就是耐候性和耐擦洗特性不能满足市场需求，这是墙面涂料的技术方案从有机溶剂型向水溶剂型发展时所必然面对的技术瓶颈，国内墙面涂料研发企业也开始从多角度探索解决这个问题。

首先，从涂料自身的技术方案入手，尝试添加各种有防脏污、耐擦洗作用的疏水剂或憎水剂，或者尝试通过改变其主要物质或助剂来提高涂料自身的耐擦洗特性；例如，水性乳液涂料通常添加含有氨\羟基官能团的氟\硅烷低表能化合物的有机硅溶液，增加了原料和制备工艺成本；例如，水溶性干粉涂料通常添加丙烯酸乳胶粉或叔醋酸胶粉、甲基硅酸盐、凹凸棒土、硅酸钙等粉体材料；但这些改进方案始终很难兼顾有机挥发物质含量、制备工艺难度和原材料成本等综合性需求，且大多数技术方案在实际应用中，其耐候性和耐擦洗效果也并未完全满足市场对产品的需求。

以上各类技术改进方案在公开的发明专利申请中提出较多，在此不分别进行引证分析。

其次，在不具备自清洁或耐擦洗特性的涂料表层涂覆一层防水保护涂膜，也是近年来市场广泛采用的一种方式。这种防水保护涂膜大多数属于一种有机树脂类乳液涂料，以形成致密的树脂膜或胶膜层来达到耐脏污的效果，其在市场上存在多种品类，且品质和价格均参差不齐，成分均以有机挥发性成膜物质为主，除在室内增加了有机挥发性物质的同时，还彻底屏蔽了原有表面涂层的呼吸透气性，特别是对于比如硅藻泥、贝壳粉、灰泥等各种厚质干粉类涂料而言，使其丧失了原有的空气净化功能和吸放湿功能特性。

因此，也有干粉涂料企业开始研发生产用于配套自身产品的墙面疏水保护涂料，如公布号为CN107986732A的中国发明专利申请公开的一种耐脏污硅藻泥涂料及其施工方法，其在内容中提到：包括平涂型硅藻泥底料和透气面层材料，通过在硅藻泥面层喷涂防水透气材料改进现有硅藻泥涂料的耐脏污性能，健康环保、耐脏污性强；本发明在墙面形成了一层疏水透气膜，既维持了现有硅藻泥的透气性、空气净化功能，又能大大提高现有硅藻泥的耐脏污性能，所述透气面层材料是由下述重量百分比的组分组成：防污蛋白酶和明胶混合液10％-30％，分析纯硬脂酸钙15％-35％，800～1000目的硅烷化合物和硅油表面改性的二氧化硅微粒10％-30％，聚乙烯醇10％-15％，硅烷偶联剂10％-30％，全氢聚硅氮烷2％-10％，硅藻土负载纳米二氧化钛5％-25％，壳聚糖2％-10％，多聚磷酸钠2％-5％，锌系防霉抗菌剂1％-3％。其技术方案仍是以改性聚硅氧烷等有机硅类溶液等低表能化合物成分组成薄质液态保护涂料，喷涂在平涂型厚质干粉涂料表层从而产生疏水特性。

另外，以微-纳米物质复合结构与含氟或硅烷等低表能化合物产生疏水特性的荷性仿生保护涂料，也是近几年疏水保护涂料的研究方向。这种荷性涂覆材料，可以使水接触角大于150°，滚动角小于8°，从而实现仿荷叶疏水效果的人工超疏水涂层，可涂覆于纸张、木材、织物、水泥或建筑物墙面涂层、雷达天线或船舶减阻层表面。如授权公告号为CN105585928B和授权公告号为CN101575478B的中国发明专利，其发明涂料均为含有一定有机挥发性物质的有机溶剂型涂料，如果应用到墙面表层作为保护涂层，其成本相对较高，并会对原有涂层的环保特性、呼吸透气性和装饰效果造成一定影响。

综合以上，能够应用到墙面装饰涂层上并具有疏水或耐擦洗功能的保护涂料，绝大部份仍以有机溶剂型、水性或乳液型等液体涂料为主，运输储存空间要求和成本相对较高，且难以在实现挥发性有害物质的零排放的同时具备透气呼吸性的功能；水性与干粉墙面涂料在通过对自身技术方案改进以达到疏水透气效果时，还未能真正突破兼顾有机挥发物质含量、制备工艺难度和原材料成本等综合性需求的技术瓶颈。

发明内容

基于以上，本发明提供了一种疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，该技术方案完全以无机干粉材质为原料，不产生有机挥发性有害物质，环保特性高，运输和储存成本低；其生产制备工艺简单、生产成本低，施工简单易行，兑水混合后涂覆在墙面原有涂层表面，形成的薄质涂膜具有较高的疏水保护和耐擦洗功能，且不影响原有涂层呼吸透气性和装饰效果，适合市场广泛应用。

为实现以上目标，本发明采用如下技术解决方案：

一种疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，由以下重量百分比的原料组成：

可再分散乳胶粉 10%-20%

灰钙 10%-20%

玻璃粉 40%-60%

纳米二氧化硅 3%-6%

轻质碳酸钙 2%-5%

滑石粉 5%-10%

膨润土 0.3%-0.6%

保湿剂 0.3%-0.5%

分散剂 0.1%-0.3%

减水剂 0.1%-0.3%

消泡剂 0.1%-0.3%

上述原料的重量百分比之和为100%。

本发明的无机干粉纳米保护涂料通过以灰钙为无机成膜物质，以轻钙、滑石粉为填料，以可再分散乳胶粉为粘接剂，配比组合一定重量份的保湿剂、增稠剂、分散剂、减水剂和消泡剂以达到理想的施工性能。

本发明所述的灰钙是以碳酸钙（CaCO3）为主要成分的天然优质石灰石，高温煅烧后经过精选和消化，通过高速风选锤式粉碎机粉碎而成的高细度灰钙粉，主要成分是Ca(OH)2和少量CaO、CaCO3的混合物，其中Ca(OH)2（氢氧化钙）的含量≥90%，白度≥88，细度优选为400目至600目，是本发明所述的无机干粉涂料中的无机成膜物质；该材料是一种气硬性胶凝材料，其主要成分氢氧化钙在涂料中经施工成膜后，能够持久的与空气中的二氧化碳反应还原成强度较高的碳酸钙，使涂膜物理力学性能提高，具有较高的耐候性；同时，因本发明涂料在施工应用时，兑水混合物的粉水比例达到1：3-4，高细度灰钙粉具有较高的分散性，并能够整体提高涂料兑水混合物的施工流平性；其形成的碱性环境还能杀灭菌类及苔藓孢子，具有公认的防霉性能。

本发明所述的玻璃粉为3000目-8000目超细度硅酸盐玻璃粉，是本发明中所使用的骨料，具有粒径小、分散性好、透明度高、透气效果较好的特点；在本发明干粉涂料中，能与其他成膜物质和填料、助剂均匀混合分散，在兑水后具有良好亲和能力和较强位阻能力，以获得应有的施工性能，最大限度地提升涂膜的透明度，保持原有涂层的颜色和肌理装饰效果。

本发明所述的纳米二氧化硅为粒径1-100nm的超细纳米级二氧化硅粉，是本发明中所使用的强化改质性填料，在本发明中可改善涂料的悬浮稳定性、触变性、耐候性、耐洗刷性，大幅提高涂膜与墙体结合强度和涂膜硬度，改善表面自洁能力；同时，本发明中的无机成膜物质灰钙的主要成分氢氧化钙能在一定程度上和纳米二氧化硅产生碱激发作用，生成的硅酸钙可以进一步增强保护涂膜的物理强度和疏水耐擦洗效果。

本发明所述的滑石粉是一种水合硅酸镁粉，分子式为Mg3［Si4O10］(OH)2，优选1250目至1500目化工级高细度滑石粉，是本发明中所使用的强化改质性填料，具有粒度均匀、润滑性和分散性高的优点，其低表能的三层纤维状结构能够降低保护涂膜的可渗透性，增加涂膜的物理柔韧性，获得的光滑表面具有较高的疏水和耐磨蚀效果。

本发明所述的轻质碳酸钙是本发明所使用的主要填料，是一种沉淀碳酸钙的高细度粉体材料，具有颗粒形状规则、极易分散、光泽好，能使涂料不沉降、施工性能好等特性，优选1250目至1500目超细度轻质碳酸钙，适量添加在本发明中，可以提高涂料兑水混合物的分散性，提高保护涂膜的透气效果。

以上所述本发明中的无机成膜物质和骨料、功能填料结合成为涂料组合物后，其成膜的薄质保护涂层会形成多层复合结构微-纳米级的微孔，在具有良好透气性同时不影响原有涂层的颜色和肌理装饰效果，并能够赋予涂膜很好的耐擦洗性能。

本发明所述的膨润土为钠基膨润土，适量添加在本发明涂料中做为无机增稠剂使用，在提高涂料贮存稳定性的同时，使其具有很好的悬浮性和分散性，避免施工中出现的流挂现象，改善涂膜的机械和耐水性能。

本发明所述的分散剂属于碱金属磷酸盐类无机分散剂，为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或焦磷酸钠中的至少一种，优选为六偏磷酸钠粉；此分散剂可使本发明所述的各种主要成分尤其是对超细纳米级二氧化硅粉，在兑水混合后具有较高的分散性，不发生结团和沉降现象。

本发明中所述的可再分散乳胶粉为水溶性醋酸乙烯酯与乙烯共聚物、醋酸乙烯/丙烯酸酯共聚物中的至少一种，是本发明所使用的粘接剂。

本发明中所述的保湿剂为羟乙基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚中的至少一种。

本发明中所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂干粉。

本发明中所述的消泡剂为粉状硅氧烷类消泡剂。

本发明所述的无机干粉纳米保护涂料的制备方法，具有工艺简单、过程控制容易的优点，利于工业化生产，包括以下步骤：按重量份称取各原料；将粘接剂、保湿剂、减水剂、消泡剂、膨润土等添加物质预先混合均匀得到干粉混合物A备用；将灰钙粉、玻璃粉、轻钙粉、滑石粉等无机成膜物质、骨料、填料等与预先混合得到干粉混合物B备用；将纳米二氧化硅、分散剂预先混合得到干粉混合物C备用；最后将A、B、C三种干粉混合物再进行均匀混合，使用密封罐进行包装即得。

本发明所述的无机干粉纳米保护涂料的应用方法，包括以下步骤：按照本发明干粉涂料与水的重量比为1:3-4的量进行混合，搅拌均匀后得到粉水混合物，然后使用常规滚涂施工或喷涂、刷涂施工工具均匀涂覆在需保护涂层表面一次，待涂膜完全干燥后再均匀涂覆一次即可。本发明所述的无机干粉纳米保护涂料在实际应用时，可视现场温湿度环境和底涂材质调整适宜的粉水比例，采用不同的施工手段和工具，以获得最佳的涂覆效果；本发明人在通过大量实施应用得到的统计数据表明，按1:3.5的粉水比例，每公斤干粉涂料获得的粉水混合物大约可喷涂30-40平方米面积两次，相对使用量小，涂覆面积大。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，该技术方案完全以无机粉状材质为原材料，彻底实现挥发性有机化合物、VOC、可溶性重金属等物质零毒害，环保特性高；在实施应用时只添加清水混合即可，涂覆在保护涂层表面形成一种薄质透明的保护涂膜具有多层纤维状复合结构，具有较高的疏水保护和耐擦洗性能；

同时，本发明所述技术方案中的无机成膜物质灰钙结合玻璃粉、纳米二氧化硅、滑石粉、轻钙等改质填料，所共同构筑的保护涂膜物理强度和韧性较高，具有一定的抗冲击和抗变形、耐划和耐磨蚀的综合特性，其多层复合结构的微-纳米级微孔可以保持墙面原有涂层的透气呼吸性，不会丧失原有涂层的空气净化功能和吸放湿功能，且涂膜自身薄质透明，不影响原有涂层的颜色和肌理装饰效果；

并且，本发明所述的无机干粉纳米保护涂料，生产制备工艺简单、生产成本低，贮存稳定性高，运输和储存成本低；在施工应用时，适合多种施工方法，简单易行，相对使用量小涂覆面积大，适合市场广泛应用。

附图说明

图1为湖南省质量技术监督局出具的《检验报告》第1页。

图2为湖南省质量技术监督局出具的《检验报告》第2页。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步的说明和解释，但并不对本发明造成任何限制。

以下实施例中使用的原料如下：

可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚物

灰钙为氢氧化钙含量≥90%，600目高细度灰钙粉

玻璃粉为3000目-8000目超细度硅酸盐玻璃粉

纳米二氧化硅为粒径1-100nm的纳米级超细二氧化硅粉

滑石粉为1250目-1500目化工级高细度滑石粉

轻质碳酸钙为1250目-1500目高细度沉淀碳酸钙粉

膨润土为钠基膨润土

保湿剂为羟丙基甲基纤维素醚

分散剂为六偏磷酸钠

减水剂为聚羧酸减水剂干粉

消泡剂为粉状硅氧烷类消泡剂

以上原料均为市场销售产品。

实施例1：

可再分散乳胶粉 14%

灰钙 20%

玻璃粉 47%

纳米二氧化硅 6%

轻质碳酸钙 3%

滑石粉 8%

膨润土 0.6%

保湿剂 0.5%

分散剂 0.3%

减水剂 0.3%

消泡剂 0.3%

上述原料的重量百分比之和为100%。

按重量份称取原料，按前述制备方法充分混合均匀，得到无机干粉纳米保护涂料；按照本发明干粉涂料与水的重量比为1:3.5的量进行混合，搅拌均匀后得到粉水混合物，使用喷涂和滚涂两种方式分别均匀涂覆于需保护涂层（质感干粉涂层样板）表面两次，得到透明的薄质保护涂膜。

使用杠杆千分尺法分别测量两种涂覆方式上、中、下三个位置点涂膜厚度，各点厚度的算术平均值喷涂厚度为15.4um，滚涂厚度为17.6um，与原有涂层颜色进行肉眼对比均无差异。

实施例2 ：

可再分散乳胶粉 20%

灰钙 12%

玻璃粉 51%

纳米二氧化硅 3%

轻质碳酸钙 2%

滑石粉 10%

膨润土 0.6%

保湿剂 0.5%

分散剂 0.3%

减水剂 0.3%

消泡剂 0.3%

上述原料的重量百分比之和为100%。

按重量份称取原料，按前述制备方法充分混合均匀，得到无机干粉纳米保护涂料；按照本发明干粉涂料与水的重量比为1:3.5的量进行混合，搅拌均匀后得到粉水混合物，使用喷涂方式均匀涂覆于需保护涂层（质感干粉涂层样板）表面两次，得到透明的薄质保护涂膜。

实施例3 ：

可再分散乳胶粉 15%

灰钙 17%

玻璃粉 53%

纳米二氧化硅 3%

轻质碳酸钙 5%

滑石粉 5%

膨润土 0.6%

保湿剂 0.5%

分散剂 0.3%

减水剂 0.3%

消泡剂 0.3%

上述原料的重量百分比之和为100%。

按重量份称取原料，按前述制备方法充分混合均匀，得到无机干粉纳米保护涂料；按照本发明干粉涂料与水的重量比为1:3.5的量进行混合，搅拌均匀后得到粉水混合物，使用喷涂方式均匀涂覆于需保护涂层（质感干粉涂层样板）表面两次，得到透明的薄质保护涂膜。

采用色滴法对实施例1-3所获得保护涂膜进行吸水性测试，对比测试结果见表1所示。

表1：对实施例1-3所获得的保护涂膜样板，采用色滴法进行吸水性测试数据表。

从表1数据可以看出：首先，本发明所述的无机干粉保护涂料具有较好的吸水性，保护涂膜并不会对水和空气分子大小物质的通过造成阻隔，吸收效率相对比原涂层材料未涂覆前略慢，但对于室内环境进行空气净化和吸放湿等长效功能而言完全可以忽略；在实施例1中增加重量份的纳米二氧化硅成分，在实施例2中增加重量份的滑石粉成分，对涂膜的疏水作用明显增强；在实施例3中增加重量份的轻质碳酸钙成分，对涂膜的亲水作用会有一定增强；在实施例1-3中，可再分散乳胶粉与灰钙进行重量份同步增减调整，确保粘接剂和无机成膜物质的适当配比，同时对其他主要填料的重量份适当合理调整，不会明显影响本技术方案的透气和疏水特性。

按照JC/T2083-2011《建筑用水基无机干粉室内装饰材料》建材行业标准，对实施例1-3所获得的保护涂膜样板进行施工性、初期干燥抗裂性、表干时间、耐洗刷性、耐碱性、粘结强度的检测，测试结果均符合标准中Ⅰ类质感型干粉室内装饰材料的技术指标要求，证明本发明的无机干粉保护涂料在具备疏水透气效果的同时，也完全满足墙面涂料的实用技术要求；其中，实施例1-3所获得的保护涂膜样板耐洗刷性对比测试结果见表2所示。

表2：对实施例1-3所获得的保护涂膜样板进行耐洗刷性测试数据表。

对应项目	未涂敷	实施例1	实施例2	实验例3
					耐洗刷性/次	＜100	＞5000	＞5000	＞4000

从表2数据可以看出：测试所采用的质感干粉涂层样板，在未涂覆本发明所述的保护涂料之前，其耐洗刷性极低，实施例1-3的耐洗刷性均有显著提高；确保本发明所述涂料技术方案中的粘接剂与无机成膜物质的适当配比，对其他主要填料的重量份进行适当调整，不会明显影响本发明技术方案的耐洗刷特性；但是，涂膜的吸水透气性、透明度和耐洗刷性是互相制约和平衡的共生特性，如在实施例1中增加重量份的纳米二氧化硅，在实施例2中增加重量份的滑石粉，会对耐洗刷性有所提高；在实施例3中增加重量份的轻质碳酸钙在提高吸水效率的同时会影响耐洗刷效果。

综上所述，本发明所述的无机干粉纳米保护涂料，在技术方案中设置适宜的粘接剂和无机成膜物质、骨填料的重量份配比，才能达到本发明技术方案所预期的涂膜效果。

按照GB18582-2008《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限定》国家标准，经国家质量技术监督机构对实施例1制得的无机干粉涂料进行检测，结果见图1与图2所示，VOC及游离甲醛、可溶性重金属等有害物质含量为零，证明本发明的无机干粉纳米保护涂料具有极高的环保特性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (7)

1.一种疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，其特征在于，主要由以下重量份的原料制备而成：

可再分散乳胶粉 10%-20%

灰钙 10%-20%

玻璃粉 40%-60%

纳米二氧化硅 3%-6%

轻质碳酸钙 2%-5%

滑石粉 5%-10%

膨润土 0.3%-0.6%

保湿剂 0.3%-0.5%

分散剂 0.1%-0.3%

减水剂 0.1%-0.3%

消泡剂 0.1%-0.3%。

2.根据权利要求1所述的疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，其特征在于，灰钙为氢氧化钙含量≥90%，细度400目-600目的灰钙粉。

3.根据权利要求1所述的疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，其特征在于，玻璃粉为细度3000目-8000目的硅酸盐玻璃粉。

4.根据权利要求1所述的疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，其特征在于，纳米二氧化硅为粒径1-100nm的纳米二氧化硅粉。

5.根据权利要求1所述的疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，其特征在于，滑石粉为细度1250目-1500目的化工级滑石粉。

6.根据权利要求1所述的疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，其特征在于，轻质碳酸钙为细度1250目-1500目沉淀碳酸钙粉。

7.根据权利要求1所述的疏水透气的无机干粉纳米保护涂料，其特征在于，分散剂为碱金属磷酸盐类无机分散剂，为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或焦磷酸钠中的至少一种。