CN111269594A - 纳米复合阻燃陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents

纳米复合阻燃陶瓷涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米复合阻燃陶瓷涂料及其制备方法。纳米复合阻燃陶瓷涂料包括羟乙基纤维素0.4‑0.6质量份；分散剂0.3‑0.5质量份；润湿剂0.08‑0.12质量份；消泡剂0.1‑0.3质量份；钛白粉10‑20质量份；高岭土2‑3质量份；重钙20‑30质量份；纳米无机硅25‑35质量份；乳液5‑15质量份；防冻剂0.8‑1.2质量份；成膜剂0.4‑0.6质量份；流平剂0.1‑0.3质量份；防腐剂0.1‑0.3质量份；增稠剂0.1‑0.3质量份；水10‑20质量份。采用本发明组分及方法制备获得的纳米复合阻燃陶瓷涂料，同时具有优异的防火、防霉、抗碱、高硬度等性能。

Description

纳米复合阻燃陶瓷涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，更具体地，本发明涉及一种纳米复合阻燃陶瓷涂料及其制备方法。
背景技术
现代世界经济飞跃和世界工业化的高速度发展，导致了地球环境的急剧恶化，严重的污染威胁着人类的生存空间。“绿色”、“环保”是人们高度重视生态环境保护后对涂料工业提出的要求，也是涂料的发展方向。
长期以来，有机涂料以其良好的装饰性、品种的多样性和低廉的价格取得了广泛的应用。但是，由于有机类建筑涂料的主要原材料来源于煤、石油、天然气等天然资源，加工时会产生大量的副产物和挥发性溶剂以及剩余单体，既造成了环境污染又浪费了大量的资源和能源。同时，有机涂料涂饰在墙体表面，与外墙形成涂膜，而空气与水分所产生的压力受温度的影响而在不透气的内外墙表面产生运动，不断作用于涂料的涂膜，一段时间后，将使墙面涂膜出现空鼓、起泡甚至掉皮脱落。
相对于有机涂料的这些缺陷，无机涂料具有良好的透气性、抗污染性以及优良的综合环保性能。随着人们对建筑涂料性能、环保方面的要求愈来愈严格，国外发达国家十分重视无机涂料的性能研究、生产应用，在这些方面做了大量的工作。我国在这方面起步晚，但是起点较高。
无机涂料在施工于水泥砂浆、混凝土及砖石面层上时，通过石化反应与墙体结合牢固，无明显界面层，与以往有机涂料的成膜原理有根本意义上的不同。
无机涂料至今没有明确的定义，按照人们的习惯一般是指主要基料为无机材料的一类涂料。这里，主要基料的含义在于有的无机基料在配制涂料时必须加入一定量的有机基料复合改性以弥补其性能的不足。从上世纪70年代我国建筑涂料开始发展至今，我国生产无机建筑涂料的基料主要是硅溶胶和硅酸盐溶液，而从涂料品种来说主要有双组分硅酸钾外墙涂料，复合适量有机基料的硅溶胶外墙涂料、无机防霉涂料、无机防火涂料、无机绝热涂料、无机防结露涂料、水泥-苯丙乳液外墙涂料以及酸改性钠水玻璃涂料等。
但是，目前的无机涂料普遍无法在保持防火性能的同时，还具有防霉、抗碱、高硬度等特性。
发明内容
为解决如上所述的技术问题，本发明提供了一种全新的纳米复合阻燃陶瓷涂料，同时具有优异的防火、防霉、抗碱、高硬度等性能。
在第一方面中，本发明涉及一种纳米复合阻燃陶瓷涂料，包括以下组分：
羟乙基纤维素：0.4-0.6质量份；
分散剂：0.3-0.5质量份；
润湿剂：0.08-0.12质量份；
消泡剂：0.1-0.3质量份；
钛白粉：10-20质量份；
高岭土：2-3质量份；
重钙：20-30质量份；
纳米无机硅：25-35质量份；
乳液：5-15质量份；
防冻剂：0.8-1.2质量份；
成膜剂：0.4-0.6质量份；
流平剂：0.1-0.3质量份；
防腐剂：0.1-0.3质量份；
增稠剂：0.1-0.3质量份；
水；10-20质量份。
在优选的实施方式中，所述纳米复合阻燃陶瓷涂料包括以下组分：
羟乙基纤维素：0.5质量份；
分散剂：0.4质量份；
润湿剂：0.1质量份；
消泡剂：0.2质量份；
钛白粉：15质量份；
高岭土：2.5质量份；
重钙：25质量份；
纳米无机硅：30质量份；
乳液：10质量份；
防冻剂：1质量份；
成膜剂：0.5质量份；
流平剂：0.2质量份；
防腐剂：0.2质量份；
增稠剂：0.2质量份；
水；15质量份。
羟乙基纤维素在本发明的配方中具有增稠、分散的作用，可防沉淀、促进分散、抗分溅流挂，分散均匀后有助于增加粘度，提高保水性，辅助成膜。
在优选的实施方式中，所述分散剂选自5040和5040N；作用在于与羟乙基纤维素发挥协同作用，提高溶解分散效果。
在优选的实施方式中，所述润湿剂选自CA-90、FE-100和X-405；作用在于提高基材附着力，防止调色发花。
在优选的实施方式中，所述消泡剂优选选自BASE-A10和BASF-NXZ；作用在于消除高速分散时所产生的气泡。
在优选的实施方式中，所述钛白粉优选选自金红石型钛白粉；作用在于提高遮盖力，增加主材料白度。
在优选的实施方式中，所述高岭土优选为超细高岭土，更优选为4000目超细高岭土；作用在于与重钙发挥协同作用，提高硬度和强度，增加比重，耐擦洗功能，使涂料具有细腻、光滑、陶瓷质感。
在优选的实施方式中，所述重钙优选为超细重钙，更优选为1500目超细重钙；作用在于与高岭土发挥协同作用，提高硬度和强度，增加比重，耐擦洗功能，使涂料具有细腻、光滑、陶瓷质感。
在优选的实施方式中，所述纳米无机硅根据GB/14907-2018测试，燃烧增长速率指数FIGRA0.2MJ≤50W/s，600s总放热量THR600s≤1.2MJ，硅酸钙板总热值PCS≤0.40MJ/kg，无机装修涂料总热值PCS≤0.35MJ/kg，整体制品总热值PCS≤0.44MJ/kg。在更优选的实施方式中，所述纳米无机硅根据GB/14907-2018测试，燃烧增长速率指数FIGRA0.2MJ≤47W/s，600s总放热量THR600s≤1.0MJ，硅酸钙板总热值PCS≤0.39MJ/kg，无机装修涂料总热值PCS≤0.34MJ/kg，整体制品总热值PCS≤0.43MJ/kg。所述纳米无机硅在本发明配方中作为碱性粘合剂，有助于进一步提高硬度和耐擦洗功能，赋予本发明涂料优良的防火、防霉、抗碱等性能。
在优选的实施方式中，所述乳液优选为陶瓷乳液，更优选为湖南凯斯利新材料有限公司80335陶瓷乳液。陶瓷乳液与纳米无机硅酸盐溶液的联合使用可以相互发挥协同作用。本发明的发明人在研发本发明含有纳米无机硅的纳米复合阻燃陶瓷涂料时，发现其在干燥过程中易开裂，为了解决这一技术问题，本发明的发明人通过对相应组分及其含量的创造性劳动，通过大量试验才确定联合使用如上所述的陶瓷乳液，可以有效解决本发明的纳米复合阻燃陶瓷涂料在干燥过程中的开裂问题。
在优选的实施方式中，所述防冻剂优选为丙二醇；作用在于提高本发明涂料的耐冻融性，保持在低温下正常施工。
在优选的实施方式中，所述成膜剂优选为伊士曼TEXANOL醇酯十二；作用在于辅助纳米无机涂料的成膜性能，增加涂料的流动性，使纳米无机涂料表面更加平整、光滑。
在优选的实施方式中，所述流平剂优选选自PS-212，PS-202和PU-82；作用在于促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，能有效降低涂料表面张力，提高其流平性和均匀性，可改善涂料的渗透性，能减少刷涂时产生斑点和斑痕的可能性，增加覆盖性，使成膜均匀、自然。
在优选的实施方式中，所述防腐剂优选选自HS-FF25，TY-9和B-108；作用在于在涂料储存过程中防止发臭，黄变。
在优选的实施方式中，所述增稠剂优选为聚氨酯增稠剂；作用在于促进纳米复合阻燃陶瓷涂料抗流挂，防飞溅。
在第二方面中，本发明涉及一种制备如上所述纳米复合阻燃陶瓷涂料的方法，包括如下步骤：
(1)将水、分散剂、润湿剂依次添加至搅拌器中，以400-600转/min搅拌4-6分钟，至混合均匀；
(2)在步骤(1)的溶液中添加羟乙基纤维素，以700-800转/min搅拌4-6分钟，至混合均匀；
(3)在步骤(2)的溶液中添加第一质量份消泡剂，继续搅拌14-16分钟，至混合均匀；
(4)提高转速至800-1200转/min，在步骤(3)的溶液中依次添加钛白粉，高岭土、重钙，搅拌8-12分钟，至混合均匀；
(5)在步骤(4)的溶液中依次添加第一质量份纳米无机硅、第二质量份消泡剂，搅拌至混合均匀；
(6)提高转速至1100-1300转/min，搅拌50-70min；
(7)降低转速至600-800转/min，在步骤(6)的溶液中依次添加乳液、第二质量份纳米无机硅、防冻剂、成膜剂、流平剂、防腐剂，搅拌5-10分钟，至混合均匀；
(8)在步骤(7)溶液中添加增稠剂，搅拌4-6分钟，至混合均匀，制得纳米复合阻燃陶瓷涂料。
在优选的实施方式中，本发明制备方法包括如下步骤：
(1)将15质量份水、0.4质量份分散剂、0.1质量份润湿剂依次添加至搅拌器中，以400-600转/min搅拌4-6分钟，至混合均匀；
(2)在步骤(1)的溶液中添加0.5质量份羟乙基纤维素，以700-800转/min搅拌4-6分钟，至混合均匀；
(3)在步骤(2)的溶液中添加0.1质量份消泡剂，继续搅拌14-16分钟，至混合均匀；
(4)提高转速至800-1200转/min，在步骤(3)的溶液中依次添加15质量份钛白粉，2.5质量份高岭土、25质量份重钙，搅拌8-12分钟，至混合均匀；
(5)在步骤(4)的溶液中依次添加10质量份纳米无机硅、0.1质量份消泡剂，搅拌至混合均匀；
(6)提高转速至1100-1300转/min，搅拌50-70min；
(7)降低转速至600-800转/min，在步骤(6)的溶液中依次添加10质量份乳液、20质量份纳米无机硅、1质量份防冻剂、0.5质量份成膜剂、0.2质量份流平剂、0.2质量份防腐剂，搅拌5-10分钟，至混合均匀；
(8)在步骤(7)溶液中添加0.2质量份增稠剂，搅拌4-6分钟，至混合均匀，制得纳米复合阻燃陶瓷涂料。
在优选的实施方式中，所述纳米复合阻燃陶瓷涂料粘度为85-95ku。
采用本发明配方及方法制备获得的纳米复合阻燃陶瓷涂料，具有优异的防火、防霉、抗碱、高硬度等性能。具体而言，粘接强度大于≥0.1MPa，耐水性≥720小时，耐酸性≥360小时，耐碱性≥360小时，耐冻融≥15次，耐湿热≥720小时，耐火时间≥2小时，防霉性能≤1级，耐擦洗≥20000次，耐人工老化2000小时粉化≤1级，硬度6H。
具体实施方式
下文将对本发明的实施例进行进一步的描述，其中，实施例仅为本发明最优选的示例性实施方式，并不意图构成对本发明范围的限定。本领域技术人员可以根据上文的说明以及下文对实施例的描述作出多种不同的改进和变形，其均不会背离本发明的精神和实质。据此，本发明的范围仅意图通过各项权利要求所要求保护的范围来进行限定。
实施例1
采用如下步骤制备本发明纳米复合阻燃陶瓷涂料：
(1)将15质量份水、0.4质量份分散剂5040N、0.1质量份润湿剂CA-90依次添加至搅拌器中，以500转/min搅拌5分钟，至混合均匀；
(2)在步骤(1)的溶液中添加0.5质量份羟乙基纤维素，以700-800转/min搅拌5分钟，至混合均匀；
(3)在步骤(2)的溶液中添加0.1质量份消泡剂BASE-A10，继续搅拌15分钟，至混合均匀；
(4)提高转速至1000转/min，在步骤(3)的溶液中依次添加15质量份金红石型钛白粉，2.5质量份4000目高岭土、25质量份1500目重钙，搅拌10分钟，至混合均匀；
(5)在步骤(4)的溶液中依次添加10质量份纳米无机硅、0.1质量份消泡剂BASE-A10，搅拌至混合均匀；
(6)提高转速至1200转/min，搅拌60min；
(7)降低转速至700转/min，在步骤(6)的溶液中依次添加10质量份80335陶瓷乳液、20质量份纳米无机硅、1质量份防冻剂丙二醇、0.5质量份成膜剂伊士曼TEXANOL醇酯十二、0.2质量份流平剂PS-212、0.2质量份防腐剂HS-FF25，搅拌8分钟，至混合均匀；
(8)在步骤(7)溶液中添加0.2质量份聚氨酯增稠剂，搅拌5分钟，至混合均匀，制得纳米复合阻燃陶瓷涂料。
对采用如上方法制备获得的纳米复合阻燃陶瓷涂料进行测试，具体如下：
Figure BDA0002450693630000071

Claims (8)

1.一种纳米复合阻燃陶瓷涂料，其特征在于：包括以下组分：
羟乙基纤维素：0.4-0.6质量份；
分散剂：0.3-0.5质量份；
润湿剂：0.08-0.12质量份；
消泡剂：0.1-0.3质量份；
钛白粉：10-20质量份；
高岭土：2-3质量份；
重钙：20-30质量份；
纳米无机硅：25-35质量份；
乳液：5-15质量份；
防冻剂：0.8-1.2质量份；
成膜剂：0.4-0.6质量份；
流平剂：0.1-0.3质量份；
防腐剂：0.1-0.3质量份；
增稠剂：0.1-0.3质量份；
水；10-20质量份。
2.根据权利要求1所述的纳米复合阻燃陶瓷涂料，其特征在于：所述涂料包括以下组分：
羟乙基纤维素：0.5质量份；
分散剂：0.4质量份；
润湿剂：0.1质量份；
消泡剂：0.2质量份；
钛白粉：15质量份；
高岭土：2.5质量份；
重钙：25质量份；
纳米无机硅：30质量份；
乳液：10质量份；
防冻剂：1质量份；
成膜剂：0.5质量份；
流平剂：0.2质量份；
防腐剂：0.2质量份；
增稠剂：0.2质量份；
水；15质量份。
3.根据权利要求1或2所述的纳米复合阻燃陶瓷涂料，其特征在于：所述纳米无机硅根据GB/14907-2018测试，燃烧增长速率指数FIGRA0.2MJ≤50W/s，600s总放热量THR600s≤1.2MJ，硅酸钙板总热值PCS≤0.40MJ/kg，无机装修涂料总热值PCS≤0.35MJ/kg，整体制品总热值PCS≤0.45MJ/kg；
优选地，所述纳米无机硅根据GB/14907-2018测试，燃烧增长速率指数FIGRA0.2MJ≤47W/s，600s总放热量THR600s≤1.0MJ，硅酸钙板总热值PCS≤0.39MJ/kg，无机装修涂料总热值PCS≤0.34MJ/kg，整体制品总热值PCS≤0.43MJ/kg。
4.根据权利要求1至3任一项所述的纳米复合阻燃陶瓷涂料，其特征在于：所述乳液优选为陶瓷乳液，更优选为湖南凯斯利新材料有限公司80335陶瓷乳液。
5.根据权利要求1至4任一项所述的纳米复合阻燃陶瓷涂料，其特征在于：所述分散剂优选选自5040和5040N；所述润湿剂优选选自CA-90、FE-100和X-405；所述消泡剂优选选自BASE-A10和BASF-NXZ；所述钛白粉优选选自金红石型钛白粉；所述高岭土优选为超细高岭土，更优选为4000目超细高岭土；所述重钙优选为超细重钙，更优选为1500目超细重钙；所述防冻剂优选为丙二醇；所述成膜剂优选为伊士曼TEXANOL醇酯十二；所述流平剂优选选自PS-212，PS-202和PU-82；所述防腐剂优选选自HS-FF25，TY-9和B-108；所述增稠剂优选为聚氨酯增稠剂。
6.一种根据权利要求1至5任一项所述纳米复合阻燃陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将水、分散剂、润湿剂依次添加至搅拌器中，以400-600转/min搅拌4-6分钟，至混合均匀；
(2)在步骤(1)的溶液中添加羟乙基纤维素，以700-800转/min搅拌4-6分钟，至混合均匀；
(3)在步骤(2)的溶液中添加第一质量份消泡剂，继续搅拌14-16分钟，至混合均匀；
(4)提高转速至800-1200转/min，在步骤(3)的溶液中依次添加钛白粉，高岭土、重钙，搅拌8-12分钟，至混合均匀；
(5)在步骤(4)的溶液中依次添加第一质量份纳米无机硅、第二质量份消泡剂，搅拌至混合均匀；
(6)提高转速至1100-1300转/min，搅拌50-70min；
(7)降低转速至600-800转/min，在步骤(6)的溶液中依次添加乳液、第二质量份纳米无机硅、防冻剂、成膜剂、流平剂、防腐剂，搅拌5-10分钟，至混合均匀；
(8)在步骤(7)溶液中添加增稠剂，搅拌4-6分钟，至混合均匀，制得纳米复合阻燃陶瓷涂料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)将15质量份水、0.4质量份分散剂、0.1质量份润湿剂依次添加至搅拌器中，以400-600转/min搅拌4-6分钟，至混合均匀；
(2)在步骤(1)的溶液中添加0.5质量份羟乙基纤维素，以700-800转/min搅拌4-6分钟，至混合均匀；
(3)在步骤(2)的溶液中添加0.1质量份消泡剂，继续搅拌14-16分钟，至混合均匀；
(4)提高转速至800-1200转/min，在步骤(3)的溶液中依次添加15质量份钛白粉，2.5质量份高岭土、25质量份重钙，搅拌8-12分钟，至混合均匀；
(5)在步骤(4)的溶液中依次添加10质量份纳米无机硅、0.1质量份消泡剂，搅拌至混合均匀；
(6)提高转速至1100-1300转/min，搅拌50-70min；
(7)降低转速至600-800转/min，在步骤(6)的溶液中依次添加10质量份乳液、20质量份纳米无机硅、1质量份防冻剂、0.5质量份成膜剂、0.2质量份流平剂、0.2质量份防腐剂，搅拌5-10分钟，至混合均匀；
(8)在步骤(7)溶液中添加0.2质量份增稠剂，搅拌4-6分钟，至混合均匀，制得纳米复合阻燃陶瓷涂料。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：制得的纳米复合阻燃陶瓷涂料粘度为85-95ku。
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