CN111019416A - 一种外墙防火反射隔热无机涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外墙防火反射隔热无机涂料，包括基料、填料、助剂、水；按重量份算，所述的基料包括：硅酸锂15~20份，纳米长烃基硅烷改性硅溶胶15~20份，纳米羟基硅酸镁4~6份，磷酸二氢铝水溶液2~5份按重量份算，所述的填料包括：IR‑1000近红外反射钛白粉20~25份，硅灰石粉10~15份，滑石粉10~15份，纳米二氧化钛1~5份。还公开了外墙防火反射隔热无机涂料的制备方法。本发明达到的有益效果是：不含VOC、不易燃烧、耐高温性好、反射隔热、不易腐蚀、耐霉菌。

Description

一种外墙防火反射隔热无机涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，特别是一种外墙防火反射隔热无机涂料及其制备方法。
背景技术
随着环境污染的加剧，世界各国对涂料有机挥发物(VOC)含量作出了限定，因此无机涂料因其由于的环保性能成为涂料发展发现之一。
我国在20世纪80年代后期逐渐出现初始的无机涂料，近年来开始研制各种高性能无机涂料，但在外墙防火反射隔热无机涂料这块发展得并不是特别理想。
目前市面上的外墙防火反射隔热无机涂料，多采用无机-有机复合体系，配以少量低VOC 高分子乳液，具有无机、有机涂料格子的优点，但是毕竟存有有机聚合物成分，只能达到一定程度的防火，其燃烧性能最多也只能GB 8624-2006规定的A2级(难燃)，很难满足防火性能提高到A级(不燃)要求。
因此我公司根据市场需求，考虑综合性能及价格、施工等因素，制备了一种外墙防火反射隔热无机涂料，不含用任何有机成分，其装饰性能良好，零VOC排放，燃烧性能符合GB8624-2006规定的A1级(不燃)，价格远低于进口产品，可用于高层建筑、公共建筑等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种不含VOC、不易燃烧、耐高温性好、反射隔热、不易腐蚀、耐霉菌的外墙防火反射隔热无机涂料及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种外墙防火反射隔热无机涂料，包括基料、填料、助剂、水；
按重量份算，所述的基料包括：
Figure BDA0002269404460000011
按重量份算，所述的填料包括：
Figure BDA0002269404460000012
Figure BDA0002269404460000021
进一步地，所述的助剂中，包括润湿分散剂、消泡剂、稳定剂、PH调节剂、流平剂。
优选地，所述的助剂为0.6～9份，其中润湿分散剂为0.1～0.5份，消泡剂为0.1～0.5份，稳定剂为0.2～1份，PH调节剂为0～5份、流平剂为0.2～2.0份。
进一步地，还包括纤维素，为0.1～0.3份。
一种外墙防火反射隔热无机涂料的制备方法，其制备步骤为：
S1、将硅酸锂、纤维素、湿润分散剂、PH调节剂、填料置于装有水的搅拌罐内，先在低速下分散，然后在在高速状态下持续搅拌15～20min，使其分散均匀；
S2、再依次加入稳定剂、纳米羟基硅酸镁，磷酸二氢铝水溶液，搅拌分散5～10min；
S3、再加入纳米长烃基硅烷改性硅溶胶，搅拌4～6min；加入消泡剂，搅拌4～6min；加入流平剂，搅拌4～6min；且这三次搅拌时注意补足加水；
S4、用100um滤网过滤，得到涂料成品。
进一步地，所述的步骤S1中低速为700～900r/min，高速为1200～1800r/min。
本发明具有以下优点：
(1)首先本方案引入硅酸锂，其本身性能能够使涂料漆膜具备耐热、不燃、耐辐射、无毒等性能，耐热可打1000℃；在这基础之上，还引入了磷酸二氢铝水溶液，其与硅酸锂发生化学键结合，进一步提高本方案涂料的耐热性能，同时还起到耐水、抗风化的作用；并且还引入了IR-1000钛白粉，由于IR-1000为近红外反射钛白粉，对太阳光具有较高的反射率，能减少墙体对光能的吸收，降低建筑外墙表面以及室内的温度，赋予涂料优异的反射隔热性能，即便在发生火灾时也不容易融化；通过这些手段来提高本方案的涂料的防火性；
(2)并且本方案中的纳米硅酸胶组分为长烃基硅烷改性硅溶胶，长烃基硅烷基团的链长长,其位阻空间大,使得改性硅溶胶涂膜疏水性高；改性后的硅溶胶表面的硅甲基被氧化成硅羟基，由于硅溶胶中残余的羟基和改性后水解出来的羟基,使得改性硅溶胶涂膜表面能形成稳定的化学键,因此,涂膜附着性较好；
进一步地，其本身存在的无机SI-O键结构属于离子型，具有较好的导电性，不会产生电荷积累，即不产生静电，尘埃难于黏附；致密的结构，使得微细的尘埃离子不易浸入其间隙，具有优异的抗高温回粘性；
(3)纳米硅溶胶具有优异的物化性能、力学性能；相比于有机涂料，能承受更高的温度，耐热性能好；并且长期置于大气环境中几乎不黄变，保色性好；并且涂刷后成膜的硬度高，耐磨性好，不会出现回粘的现象，同时再辅以纳米羟基硅酸镁，进一步增加无机涂料漆膜的耐磨性、耐洗刷性；同时，纳米硅溶胶不溶于盐水、家用化学品和化工气体等溶剂或介质，因而成膜后不会因为这些介质的侵蚀而明显降低，具有优异的化学腐蚀性能；
(4)纳米硅溶胶一般为共价键结合，键能较高，因而具有和硅酸盐水泥相似的温度-体积变化系数，适合各种环境、气候条件下的涂装，对自然界的酸雨、工业废气和汽车尾气等酸性物质具有优于的耐腐蚀性和耐霉菌。
附图说明
图1为本方案涂料户外暴晒实验的效果图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种外墙防火反射隔热无机涂料，包括包括基料、填料、助剂、水。按重量份算，基料包括：硅酸锂、纳米长烃基硅烷改性硅溶胶、纳米羟基硅酸镁、磷酸二氢铝水溶液；按重量份算，填料包括：IR-1000钛白粉、硅灰石粉、滑石粉、纳米二氧化钛。
助剂中，包括润湿分散剂、消泡剂、稳定剂、PH调节剂、流平剂。外墙防火反射隔热无机涂料还包括纤维素。
由于纳米硅酸胶中的无机SI-O键结构属于离子型，具有较好的导电性，不会产生电荷积累，即不产生静电，尘埃难于黏附。致密的结构，使得微细的尘埃离子不易浸入其间隙，在抗高温回粘方面有很大的改进。
纳米硅溶胶具有优异的物化性能、力学性能。相比于有机涂料，能承受更高的温度，耐热性能好；并且长期置于大气环境中几乎不黄变，保色性好；并且涂刷后成膜的硬度高，耐磨性好，不会出现回粘的现象。同时，纳米硅溶胶不溶于盐水、家用化学品和化工气体等溶剂或介质，因而成膜后不会因为这些介质的侵蚀而明显降低，具有优异的化学腐蚀性能。原因是，纳米硅溶胶中超微细颗粒SiO2具有很大的比面积，容易形成牢固的硅氧键网状骨架，该骨架会使涂膜的结构非常致密坚硬，其硬度可达4H以上(纯丙乳液涂料硬度为2-3H)。
并且纳米硅溶胶中的SiO2的渗透力强，能与水泥之类的碱性基材在养护期间析出的CaO、 Ca(OH)2等碱性物质发生配位反应，使得涂层和基材形成一体，从而有效防止底材泛碱而出现发白现象。
并且，纳米硅溶胶一般为共价键结合，键能较高，因而具有和硅酸盐水泥相似的温度-体积变化系数，适合各种环境、气候条件下的涂装，对自然界的酸雨、工业废气和汽车尾气等酸性物质具有优于的耐腐蚀性和耐霉菌性。
由于以硅酸盐水泥为主要成分的无机底材为多孔性无机底材，而纳米硅溶胶与多孔性无机底料具有良好的结合能力，因此本方案的涂料与基材件能产生足够的附着力。同时具有优异的施工性、较好的耐寒性；抗飞溅、施工手感好、涂膜干燥快、对基层的含水率要求不严；在0℃下贮存也不会冻坏。
硅酸锂所起到的作用与纳米硅溶胶起到的作用不一样，硅酸锂是金属锂与硅酸根结构和形成的化合物，用在本方案中主要是提高无机涂料的防火性能，本方案中引入硅酸锂水溶液，可以使涂料漆膜具备耐热、不燃、耐辐射、无毒等性能，耐热可达1000℃。
但本方案中的纳米硅溶胶组分为长烃基硅烷改性硅溶胶。长烃基硅烷基团的链长长,其位阻空间大,使得改性硅溶胶涂膜疏水性高；改性后的硅溶胶表面的硅甲基被氧化成硅羟基，由于硅溶胶中残余的羟基和改性后水解出来的羟基,使得改性硅溶胶涂膜表面能形成稳定的化学键,因此,涂膜附着性较好。
纳米羟基硅酸镁化学式为Mg6Si4O10(OH)8，增加无机涂料漆膜的耐磨性、耐洗刷性。
IR-1000近红外反射钛白粉，对太阳光具有高的反射率，能减少墙体对光能的吸收，降低建筑外墙表面以及室内的温度，从而显著降低建筑能耗。赋予涂料优异的反射隔热性能。
磷酸二氢铝水溶液，作为硬化剂使用，与硅酸锂发生化学键结合，提高本方案涂料的耐热、耐水，耐风化性能。
外墙防火反射隔热无机涂料在制备时，步骤为：
S1、将硅酸锂、纤维素、湿润分散剂、PH调节剂、填料置于装有水的搅拌罐内，先在700～900r/min的低速下分散，然后在在1200～1800r/min的高速状态下持续搅拌15～20min，使其分散均匀；
S2、再依次加入稳定剂、纳米羟基硅酸镁，磷酸二氢铝水溶液，搅拌分散5～10min；
S3、再加入纳米长烃基硅烷改性硅溶胶，搅拌4～6min；加入消泡剂，搅拌4～6min；加入流平剂，搅拌4～6min；且这三次搅拌时注意补足加水；
S4、用100um滤网过滤，得到涂料成品。
下面采用三种较为优选的实施例。
【实施例1】
一种外墙防火反射隔热无机涂料，包括基料、填料、助剂、水。
按重量份算，基料包括：15份的硅酸锂，15份的纳米长烃基硅烷改性硅溶胶，4份的纳米羟基硅酸镁，2份的磷酸二氢铝水溶液；填料包括：20份的IR-1000钛白粉，10份的硅灰石粉，10份的滑石粉，1份的纳米二氧化钛。
其中，助剂为0.6份，润湿分散剂为0.1份，消泡剂为0.1份，稳定剂为0.2份，PH调节剂1份、流平剂为0.2份。
本实施例中，涂料还包括0.1份的纤维素。
【实施例2】
一种外墙防火反射隔热无机涂料，包括基料、填料、助剂、水。
按重量份算，基料包括：17.5份的硅酸锂，17.5份的纳米长烃基硅烷改性硅溶胶，5份的纳米羟基硅酸镁，3.5份的磷酸二氢铝水溶液；填料包括：22.5份的IR-1000钛白粉，12.5 份的硅灰石粉，12.5份的滑石粉，3份的纳米二氧化钛。
其中，助剂为4.8份，润湿分散剂为1.3份，消泡剂为0.3份，稳定剂为0.6份，PH调节剂为2.5份、流平剂为1.0份。
本实施例中，涂料还包括0.2份的纤维素。
【实施例3】
一种外墙防火反射隔热无机涂料，包括基料、填料、助剂、水。
按重量份算，基料包括：20份的硅酸锂，20份的纳米长烃基硅烷改性硅溶胶，6份的纳米羟基硅酸镁，5份的磷酸二氢铝水溶液；填料包括：25份的IR-1000钛白粉，15份的硅灰石粉，15份的滑石粉，5份的纳米二氧化钛。
其中，助剂为9份，润湿分散剂为0.5份，消泡剂为0.5份，稳定剂为1份，PH调节剂为5份、流平剂为2.0份。
本实施例中，涂料还包括0.3份的纤维素。
选用实施例1中制备形成的涂料，分别对JG/T 26-2002无机建筑涂料要求的常规性能、 HJ 2537-2014环境标志产品技术要求中的有害物质要求、GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》规定的A(A1-s1,d0,t1)级建筑材料的防火性能、JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》高明度技术要求，进行检测，效果分别见表一、表二、表三和表四。从表中可以看出，均符合要求。
表一常规性能满足JG/T 26-2002无机建筑涂料性能要求
Figure BDA0002269404460000051
Figure BDA0002269404460000061
表二有害物质限量满足HJ 2537-2014环境标志产品技术要求
Figure BDA0002269404460000062
表三防火性能符合GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》规定的A(A1-s1,d0,t1) 级建筑材料要求
Figure BDA0002269404460000071
表四反射隔热性能符合JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》技术要求
Figure BDA0002269404460000072
Figure BDA0002269404460000081
另外，将常规无机防火涂料与本方案防火无机涂料在性能方面进行对比，见图1、表五～表八所示。
(1)常规无机防火涂料以白漆为主，而本方案无机防火涂料可制成专用无机专用色浆，可调灰色系、黑色系、铁黄系、铁红系，且调色后的无机防火涂料耐候性优异，做户外曝晒实验，曝晒365天，颜色保持不变，见图1所示。
(2)常规无机防火涂料有机含量高，而本方案无机防火涂料有机物含量趋近于0。有机物含量越低，对防火涂料的燃烧性能、耐霉菌性、抗细菌性、抗细菌耐久性越有利，见表五所示。
表五常规无机防火材料、本方案无机防火涂料在燃烧性能、耐霉菌性、抗细菌性、抗细菌耐久性方面的对比表
关键性能对比 常规无机防火涂料 本方案无机防火涂料
有机物含量/％ 10 ＜1
燃烧性能测试 A2级 A1级
耐霉菌性(GB/T1741-2007) 无耐霉菌性 0级
抗细菌性能，％，技术要求≥99 无抗细菌性能 99.9
抗细菌耐久性能，％，技术要求≥95 无抗细菌耐久性能 99.9
(3)常规无机防火涂料为了提高涂料的成膜性、防冻性，配方中会有一些防冻剂、成膜助剂等挥发性有机化合物(VOC)。而本方案中的无机防火涂料的成膜物质主要为纳米改性硅酸胶、硅酸锂等无机成分，依靠磷酸二氢铝水溶液作为硬化剂使用，与硅酸锂发生化学键结合成膜，赋予漆膜优异的耐洗刷性、耐湿擦性，不添加有机溶剂，因此本方案无机防火涂料的挥发性有机化合物含量、游离甲醛含量可以达到未检出，见表六所示。
表六常规无机防火涂料、本方案无机防火涂料在成膜性、防冻性方面的对比表
关键性能对比 常规无机防火涂料 本方案无机防火涂料
耐洗刷性/次 2000次 >10000次
湿擦性 掉粉 不掉粉
挥发性有机化合物(VOC)/(g/L) 120 未检出
游离甲醛/(mg/kg) 50 未检出
(4)常规外墙防火反射隔热无机涂料的贮存稳定性较差，常温贮存4周，容器中状态就会变成果冻状絮凝物，流动性较差，影响施工效果。而本方案中无机防火涂料引入长烃基硅烷改性硅溶胶，长烃基硅烷基团的链长长,其位阻空间大，分子间越趋于稳定，有效的改善了本方案无机涂料的贮存稳定性，见表七所示。
表七常规无机防火涂料、本方案无机防火涂料在贮存稳定性方面的对比表
Figure BDA0002269404460000091
(5)常规无机防火涂料不具备反射隔热性能，而本方案的防火反射隔热无机涂料具备反射隔热性能，通过用反射隔热演示道具演示，本方案的防火反射隔热无机涂料的隔热性能显著，表明能有效降低建筑外表面以及内部温度，如表八所示。
表八常规无机防火涂料、本方案无机防火涂料在反射隔热性能的对比表
Figure BDA0002269404460000092
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对本领域技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，所作出的若干变形和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种外墙防火反射隔热无机涂料，其特征在于：
包括基料、填料、助剂、水；
按重量份算，所述的基料包括：
硅酸锂 15~20份，
纳米长烃基硅烷改性硅溶胶 15~20份，
纳米羟基硅酸镁 4~6份；
磷酸二氢铝水溶液 2~5份；
按重量份算，所述的填料包括：
IR-1000钛白粉 20~25份，
硅灰石粉 10~15份，
滑石粉 10~15份，
纳米二氧化钛 1~5份。
2.根据权利要求1所述的一种外墙防火反射隔热无机涂料，其特征在于：所述的助剂中，包括润湿分散剂、消泡剂、稳定剂、PH调节剂、流平剂。
3.根据权利要求2所述的一种外墙防火反射隔热无机涂料，其特征在于：所述的助剂为0.6~9份，其中润湿分散剂为0.1~0.5份，消泡剂为0.1~0.5份，稳定剂为0.2~1份，PH调节剂为0~5份、流平剂为0.2~2.0份。
4.根据权利要求3所述的一种外墙防火反射隔热无机涂料，其特征在于：还包括纤维素，为0.1~0.3份。
5.一种外墙防火反射隔热无机涂料的制备方法，其特征在于：其制备步骤为：
S1、将硅酸锂、纤维素、湿润分散剂、PH调节剂、填料置于装有水的搅拌罐内，先在低速下分散，然后在在高速状态下持续搅拌15~20min，使其分散均匀；
S2、再依次加入稳定剂、纳米羟基硅酸镁，磷酸二氢铝水溶液，搅拌分散5~10min；
S3、再加入纳米长烃基硅烷改性硅溶胶，搅拌4~6min；加入消泡剂，搅拌4~6min；加入流平剂，搅拌4~6min；且这三次搅拌时注意补足加水；
S4、用100um滤网过滤，得到涂料成品。
6.根据权利要求7所述的一种外墙防火反射隔热无机涂料的制备方法，其特征在于：所述的步骤S1中低速为700~900r/min，高速为1200~1800r/min。
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