CN111154398B - 水性无机液态硅藻涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性无机液态硅藻涂料及其制备方法；以所述水性无机液态硅藻涂料总重100％计，其包括：改性硅烷溶液40‑42％，硅藻土12％‑15％，负离子材料0.5％‑1％，颜填料21％‑23％，纳米锐钛型二氧化钛0.3‑0.5％，分散剂0.3％‑0.5％，增稠剂0.2‑0.4％，水余量。本发明的水性无机液态硅藻涂料兼具乳胶漆平整光滑的手感和普通硅藻泥净化空气、自动调节空气温湿度、吸音降噪、保温隔热、不释放有害VOC等功能；同时是一种会呼吸的硅藻涂料，无需额外添加防霉助剂，即可避免墙面长期处于潮湿环境时生长霉菌，避免发霉的发生；还具有除去室内甲醛的功能和释放负离子的功能，且漆膜硬度高达3‑4H，耐洗刷性提高到10万次以上，使用寿命长。

Description

水性无机液态硅藻涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种水性无机液态硅藻涂料及其制备方法。

背景技术

硅藻泥是一种天然环保墙面装饰材料，用来替代墙纸和乳胶漆，硅藻泥的主要原材料是历经亿万年形成的硅藻矿物--硅藻土，硅藻泥本身没有任何的污染，纯天然，其粒子表面具有无数微小的孔穴，孔隙率达90％以上，比表面积高达65m²/g。正是这种突出的分子筛结构，使得硅藻泥涂料具有净化空气、自动调节空气温湿度、吸音降噪、保温隔热等多种功能，是乳胶漆和壁纸等传统涂料无法比拟的。并且用硅藻泥装修时是不用搬家的，因为在施工硅藻泥的过程中没有味道，是纯天然的。

但是硅藻泥涂料的缺点也很明显，一是硅藻泥的吸水性非常强，如果长时间处于潮湿的环境容易腐烂掉，所以室内必须勤通风。如果碰到水会被吸进去，随之硅藻泥就会变得很稀像水泥一般，这就为清洁墙面带来了一定的难度，所以墙面脏了，只能由专业人士来有针对性的处理，而绝不可用湿布擦洗；其次硅藻泥制成的墙面粗糙不平整，手感不好。

还有一种就是用有机树脂作为成膜物质的硅藻泥涂料，本身用到很多助剂，会持续释放有害VOC，而且光触媒强氧化性导致漆膜受损，导致负离子和除甲醛效果不持久等问题。

通过对现有专利文献的检索发现，公开号为CN104327608A的中国发明专利申请公开了一种具有吸附并分解甲醛功能的硅藻涂料；该涂料还具有吸放湿性能，能调节室内空气湿度，并具有防结露功能。但从专利中看到，该产品的耐洗刷性仅测试到1000次，相对来说结果并不理想。

公开号为CN103601420A的中国发明专利申请公开了一种室内用硅藻涂料，是由蛭石粉、硅藻土、胶粉、纤维素醚和负离子粉组成。该涂料不含有任何有害物质，具有较好的透气性、可吸附性以及分解有害气体的功能，只需加水混合均匀便可施工，并且流平性能好，天然的颜色，不容易被氧化，耐久性好。从中可知，该产品呈固态粉末状，使用时，需要在施工现场按比例添加水，并要进行搅拌，施工并不便捷，且涂层最终易清洁性不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性无机液态硅藻涂料及其制备方法。

针对上述背景问题，本发明解决了如下技术问题：

(1)传统硅藻泥涂料是粉末状的，施工时需要在搅拌容器中加入用水量90％的清水，然后倒入硅藻泥干粉浸泡几分钟，再用电动搅拌机搅拌约10分钟，搅拌同时添加10％的清水调节施工粘稠度，充分搅拌均匀后方可使用。施工工艺非常复杂，需要专业培训的人员方可施工。本发明的硅藻涂料为液体状态、单组份，可以采用刮涂、刷涂、滚涂、喷涂等多种施工方法，简单便捷。

(2)现有硅藻泥墙面脏了以后，需要交给专业施工人员处理。施工人员会用喷壶喷清水将已被污染的局部墙面转化成“泥”，然后铲掉，用同样颜色的硅藻泥修补。不能采用湿布直接擦拭墙面的方式进行清理。本发明的硅藻涂料采用硅烷水解聚合后作为成膜物质，分子链含有-CH₃的疏水基团，具有易清洁的特点，墙面脏了可以直接用湿布擦拭干净。

(3)硅藻泥装饰的墙面表面粗糙，手感不好，耐洗刷性差。本发明的硅藻涂料施工后墙面平整，手感光滑，美观装饰性好，耐洗刷性可以达到10万次以上。

具体而言，本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种水性无机液态硅藻涂料，属于单层硅藻涂料，以所述水性无机液态硅藻涂料总重100％计，其包括：

进一步的，所述改性硅烷溶液为成膜物质，是使用溶胶-凝胶法在酸性条件下水解聚合后制备而得；以所述改性硅烷溶液总重100％计，所述改性硅烷溶液包括：

改性硅烷溶液的反应分为两步：第一步硅烷在酸性条件下水解生成硅醇；第二步不同硅醇之间发生缩聚反应生成立体多孔结构交联分子。由于三种硅烷所含活性基团不同，所以水解聚合速度不同，混合使用可以使反应速度更加温和，成膜后交联密度大，使得涂膜硬度高达3-4H，耐洗刷性可达10万次以上。

甲基三甲氧基硅烷水解速度较快，大约30分钟就可完成水解，进入聚合反应阶段，分子链含有3个甲氧基，水解后形成3个-OH，聚合反应中可以作为主分子链骨架来构建交联结构。二甲基二甲氧基含有2个甲氧基，水解速度较慢，水解后可以形成2个-OH，可以起到桥梁的作用，将反应生成的多个小分子物连接在一起，形成大分子物质。正硅酸乙酯水解速度最慢，含有4个甲氧基，体积较大，空间位阻较大，添加量多会严重阻碍聚合反应的进行，只能少量添加，水解后可形成4个-CH₃基团，可以提高分子链上-CH₃基团的含量，提高涂料的疏水性和易清洁性。

甲酸用来调节硅烷水解聚合反应的催化剂，pH值控制在2-3，量多反应速度过快，成膜后交联密度小，涂膜的硬度和耐洗刷性不理想；量太少反应速度太慢，生产效率低。控制酸量可以使硅烷的水解聚合速度和成膜结构达到最佳平衡状态。

芳胺类阻聚剂，二苯胺与联苯胺1：1混合后使用。硅烷的水解聚合反应无法自动停止，只要有活性基团存在，反应会持续进行下去，当分子量增加到一定程度就会发生凝胶化，导致产物没有流动性而无法使用。加入阻聚剂可以控制硅烷的水解聚合反应，当聚合达到一定分子量时即停止反应，可以用来控制成膜物质的分子量大小，使涂料的施工性和最终涂膜的性能都达到最佳。芳胺类阻聚剂一般用于自由基加成聚合，阻聚剂分子与链自由基反应，形成非自由基物质或不能引发的低活性自由基，从而使聚合终止。本发明将其应用于缩聚反应中，也可以起到非常好的阻聚效果。如果单独使用一种阻聚剂，阻聚剂用量大、阻聚效率低，但是将二苯胺与联苯胺1：1混合使用，可起到非常好的阻聚效果：(1)具有用量少、分子量控制精确、可在酸性条件下使用的特点；(2)可起到稳定剂的作用，使得涂料的保质期可延长至5年；(3)由于用量很少，所以反应结束后，阻聚剂无需去除，可以留在涂料中，不影响涂料的使用，简单方便。如果不使用阻聚剂，随着硅烷的水解聚合的不断进行，涂料的分子量和粘度逐渐增大而发生凝胶现象，涂料保质期一般在1年以内。

该反应无需乳化剂，常温可自交联，不使用任何成膜助剂。成膜后形成多孔状的立体分子交联结构，孔隙内由硅藻土和其他颜填料填充，这种结构不会阻碍硅藻土和负离子材料发挥功能，能保证硅藻涂料的净化空气、自动调节空气温湿度、吸音降噪、保温隔热等多种功能。分子链上富含-CH₃基团，使得漆面表面张力低，具有疏水性和易清洁性。

改性硅烷水溶液成分量多会导致涂膜光泽度太高，刺眼形成视觉疲劳；量少成膜后手感不好，清洁性不好，无法实现易清洁的功能。

进一步的，所述硅藻土选用1500-2000目，量太多吸水性太强，会出现普通硅藻泥涂料的弊端；量少则起不到硅藻泥涂料净化空气、自动调节空气温湿度、吸音降噪、保温隔热等多种功能。

进一步的，所述负离子材料为电气石粉、稀土粉中的一种或几种。量多涂料成本增加，量少负离子释放量少。

进一步的，所述颜填料为金红石型钛白粉、高岭土、云母粉的一种或多种。

进一步的，所述纳米锐钛型载银二氧化钛，平均粒径为25-35nm。既具有纳米二氧化钛本身的可见光和紫外光下杀菌、抗病毒，降解细菌、有机物的作用，又具有在没有光源下的纳米银强效抗菌、杀灭病毒作用。二者间相互促进起到双重抗菌效果。

进一步的，所述分散剂为带颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液。优选地，所述分散剂为迪高755w分散剂。量多涂料耐洗刷性不好，易脱落；量少，颜填料分散不好，粘度很大，导致无法正常研磨。

进一步的，所述增稠剂为聚氨酯增稠剂、丙烯酸增稠剂、羟甲基纤维素中的一种或几种。更优选地，所述羟甲基纤维素为HK-10增稠剂。量少，成品涂料粘度低施工时易流挂，量多粘度太大，混合搅拌时操作困难。

本发明还涉及一种本发明的水性无机液态硅藻涂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、制备改性硅烷溶液：将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸乙酯混合，用甲酸调节其pH值为2-3，加入去离子水，在酸性条件下水解聚合反应8-10小时后，分子量可达到5-8万，再加入芳胺类阻聚剂反应0.5小时；

S2、制备增稠剂：水与增稠剂以95：5的比例混合后，高速分散，制备成均匀透明的5％增稠溶液；

S3、制备硅藻土涂料：将余量的水与所述改性硅烷溶液、分散剂混合后加入到分散缸内，搅拌均匀后，加入颜填料、负离子材料、硅藻土、纳米锐钛型载银二氧化钛，研磨到细度25μm以下，再加入所述增稠溶液，混合均匀即可。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)涂料为液体状态，单组份，保质期5年以上；可以采用刮涂、刷涂、滚涂、喷涂等多种施工方式，施工简便易行；

(2)涂层的易清洁性好，墙面脏了可以用湿布直接擦拭，使清洁工作变得方便快捷；

(3)分子结构为立体多孔状，兼具乳胶漆平整光滑的手感和普通硅藻泥净化空气、自动调节空气温湿度、吸音降噪、保温隔热、不释放有害VOC等功能；同时是一种会呼吸的硅藻涂料，无需额外添加防霉助剂，即可避免墙面长期处于潮湿环境时生长霉菌，避免发霉的发生；

(4)具有除去室内甲醛的功能和释放负离子的功能，除甲醛效率≥85％，负离子释放量≥1600个/cm²；

(5)分子链为Si-O-Si的无机结构，环保健康无污染，漆膜硬度高达3-4H，耐洗刷性提高到10万次以上，使用寿命长。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

实施例1～4

实施例1～4分别涉及一种水性无机环保负离子黑板漆，所述黑板漆为单层黑板漆，以黑板漆原料总质量100％计，所述黑板漆包括如表1所示的各组分；其中，改性硅烷溶液为成膜物质，是使用溶胶-凝胶法在酸性条件下水解聚合后制备而得，以所述改性硅烷溶液总重100％计，所述改性硅烷溶液的具体组成如表2所示。

实施例1～4的水性无机环保负离子黑板漆的制备方法包括如下步骤：

S1、制备改性硅烷溶液：将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸乙酯混合，用甲酸调节其pH值为2-3，加入去离子水，在酸性条件下水解聚合反应8-10小时后，再加入芳胺类阻聚剂反应0.5小时；

S2、制备增稠剂：将增稠剂与水以95:5的比例混合后，高速分散，制备成均匀透明的5％增稠溶液；

S3、制备黑板漆：将所述水与改性硅烷溶液、分散剂混合后加入到分散缸内，搅拌均匀后，加入颜填料、负离子材料、硬质填料，研磨到细度25μm以下，再加入增稠剂、消泡剂搅拌均匀即可。

表1

表2

为证实本发明产品的主要性能是否达到设计要求，将发明样品(实施例1)送至检测，结果如表3：

表3

为了进一步证实本发明中改性硅烷溶液的作用，设置了对比例1-4作为实施例1的对比，其组成如表1、2所示，制备方法同实施例1；对比例1-4的主要差别性能如下：

对比例1：甲酸的量为1.5％，涂刷硅藻涂料的墙面易清洁性略差，水性笔笔迹用干布擦拭后有轻微痕迹。如将甲酸的量调整为0.3％，则改性硅烷溶液的反应时间将延长为16-18小时，导致生产效率下降。

对比例2：分散剂为0.8％，硅藻涂料的墙面耐洗刷性下降为5万次。

对比例3：阻聚剂使用其中一种，涂料保质期为1.5年。

对比例4：不使用阻聚剂，涂料保质期1年。

为证实本发明产品是否符合GB18582-2008中对于有害物质含量的要求，本发明人将发明样品(实施例1)送至第三方检测机构进行检测，结果如表4，通过第三方检测结果可知，本发明产品符合GB18582-2008《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》的要求。

表4

为证实本发明产品是否符合JC/T 1074-2008中对于室内空气净化功能的要求，本发明人将发明样品送至第三方检测机构进行检测，结果如表5，通过第三方检测结果可知，本发明产品的甲醛净化效率达到了85％，符合JC/T 1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》的要求。

表5

为证实本发明产品的负离子释放效果，本发明人将发明样品送至第三方检测机构进行检测，结果如表6，通过第三方检测结果可知，参照JC/T 2110-2012《室内空气离子浓度测试方法》，本发明产品的负离子释放浓度可以达到1600个/cm³。

表6

为证实本发明产品的耐洗刷性是否达到设计要求，本发明人将发明样品(实施例1)送至第三方检测机构进行检测，结果如表7，通过第三方检测结果可知，本发明产品的耐洗刷性达到了100000次不露底，按GB/T 9756-2009《合成树脂乳液内墙涂料》的标准，属于优等品级别。

表7

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种水性无机液态硅藻涂料，其特征在于，以所述水性无机液态硅藻涂料总重100%计，其由如下组分组成：

改性硅烷溶液 40-42%，

硅藻土 12％-15％，

负离子材料 0.5%-1%，

颜填料 21％-23％，

纳米锐钛型载银二氧化钛 0.3-0.5％，

分散剂 0.3％-0.5％，

增稠剂 0.2-0.4％，

水 余量；

所述改性硅烷溶液为成膜物质，是使用溶胶-凝胶法在酸性条件下水解聚合后制备而得；以所述改性硅烷溶液总重100%计，所述改性硅烷溶液包括：

甲基三甲氧基硅烷 67-69%，

二甲基二甲氧基硅烷 11-13%，

正硅酸乙酯 5-7%，

甲酸 0.5-1%，

芳胺类阻聚剂 0.5-1%，

去离子水 余量；

所述芳胺类阻聚剂为质量比为1:1的二苯胺与联苯胺的组合。

2.根据权利要求1所述的水性无机液态硅藻涂料，其特征在于，所述硅藻土选用1500-2000目硅藻土。

3.根据权利要求1所述的水性无机液态硅藻涂料，其特征在于，所述负离子材料为电气石粉、稀土粉中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的水性无机液态硅藻涂料，其特征在于，所述颜填料为金红石型钛白粉、高岭土、云母粉的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的水性无机液态硅藻涂料，其特征在于，所述纳米锐钛型载银二氧化钛的平均粒径为25-35nm。

6.根据权利要求1所述的水性无机液态硅藻涂料，其特征在于，所述分散剂为带颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液。

7.根据权利要求1所述的水性无机液态硅藻涂料，其特征在于，所述增稠剂为聚氨酯增稠剂、丙烯酸增稠剂、羟甲基纤维素中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的水性无机液态硅藻涂料，其特征在于，是由包括如下步骤的方法制备而得：

S1、制备改性硅烷溶液：将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸乙酯混合，用甲酸调节其pH值为2-3，加入去离子水，在酸性条件下水解聚合反应8-10小时后，分子量可达到5-8万，再加入芳胺类阻聚剂反应0.5小时；

S2、制备增稠溶液：增稠剂与水以质量比5:95混合后，高速分散，制备成均匀透明的5%增稠溶液；

S3、制备硅藻土涂料：将余量的水与所述改性硅烷溶液、分散剂混合后加入到分散缸内，搅拌均匀后，加入颜填料、负离子材料、硅藻土、纳米锐钛型载银二氧化钛，研磨到细度25μm以下，再加入所述增稠溶液，混合均匀即可。