CN111518471A - 一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料 - Google Patents

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Abstract

一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料，涉及涂料技术领域，包括第一溶液以及第二溶液，第一溶液包括氧化硅、煅烧氧化铝、无机颜料、去离子水、消泡剂以及分散剂，第二溶液包括甲基三甲氧基硅烷、甲基苯基硅树脂、硅烷偶联剂以及甲酸，各组分的重量如下：氧化硅：15‑20份、煅烧氧化铝：5‑8份、无机颜料：20‑23份、去离子水：25‑30份、消泡剂：1份、分散剂：1份、甲基三甲氧基硅烷：20‑22份、甲基苯基硅树脂：1‑5份、硅烷偶联剂：5份、甲酸：1份，本发明中的水性涂料的附着力好，硬度也较好，在涂装铝幕墙时无需进行喷砂处理，提高喷涂效率，且无需对基材进行预先加热便可使得涂料均匀喷涂于基材表面，避免流挂情况，从而降低能耗。

Description

一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及到一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料。
背景技术
在2003年以前，传统的建筑装饰、铝幕墙行业内使用的涂料95份以上为溶剂型涂料，含有大量的VOCs，2003年以后出现了第一代以溶胶凝胶法为技术核心的水性陶瓷涂料，该涂料自身以去离子水为稀释剂，较为环保，截止目前为止，该水性陶瓷涂料对于施工工艺的要求非常严格，例如：1、基材必须进行喷砂处理，但是喷砂过程会产生大量的粉尘并且高能耗；2、该涂料的使用受天气的制约非常大，在潮湿阴冷的天气条件下不方便施工；3、该涂料在使用过程中必须对基材自身进行加热，目前全中国只有0.5份的铝幕墙涂装线具备喷涂前对基材进行预加热的功能。以上三点缺陷，大大制约了水性陶瓷涂料的大规模推广及应用，很难满足行业的施工便利性、低能耗、高成品率的需求。另外，第一代水性陶瓷涂料是以纳米级硅溶胶、铝溶胶、去离子水、无机颜料、硅氧烷为基础配方，其中传统纳米级硅溶胶和铝溶胶的存在与其它原料的相容性很差，对于各种硅氧烷、助剂的选择性有限，从而导致涂料对原材料的选择受限。
现有公开号为CN109575795A的中国专利公开了一种水性陶瓷涂料、制备方法及陶瓷涂层，它包括60-80份的硅树脂、30-40份的钛白粉、5-10份的纳米二氧化硅、5-10份的纳米氧化锌、5-10份的改性纳米碳酸钙、8-11份的中空陶瓷微粒、5-7份的溶剂油以及2-3份的流平剂，该水性陶瓷涂料中硅树脂占比很大，由于硅树脂属于流变性高的液体，导致最终所成的涂料的硬度降低，因此，存在待改进之处。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明目的在于提出一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料，具体方案如下：
一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料，包括第一溶液以及第二溶液，所述第一溶液包括氧化硅、煅烧氧化铝、无机颜料、去离子水、消泡剂以及分散剂，所述第二溶液包括甲基三甲氧基硅烷、甲基苯基硅树脂、硅烷偶联剂以及甲酸，各组分的重量如下：
氧化硅：15-20份
煅烧氧化铝：5-8份
无机颜料：20-23份
去离子水：25-30份
消泡剂：1份
分散剂：1份
甲基三甲氧基硅烷：20-22份
甲基苯基硅树脂：1-5份
硅烷偶联剂：5份
甲酸：1份。
进一步的，所述第二溶液中还包括流平剂、润湿剂。
进一步的，所述流平剂、润湿剂的重量分别为1份。
进一步的，所述氧化硅、煅烧氧化铝均为粉末状。
一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料的制备工艺，包括如下步骤：
第一溶液的制备：于1L反应器内加入去离子水，在分散机的搅拌作用下，按比例依次加入氧化硅、煅烧氧化铝、无机颜料、消泡剂以及分散剂，分散机转速为780～820r/min，分散8～12分钟后，将1L反应器移入篮式研磨机进行研磨，转速900～1100r/min，研磨55～65分钟，研磨之后转移至密闭塑料瓶中；
第二溶液的制备：将甲基三甲氧基硅烷装入新的密闭塑料瓶中，按照比例依次加流平剂、润湿剂、甲基苯基硅树脂、硅烷偶联剂以及甲酸；将瓶口密闭后放在滚瓶机上，所述滚瓶机以转速为100-120r/min分散12～17分钟；
第一溶液以及第二溶液的混合：将制备好的第二溶液倒入装有第一溶液的密闭塑料瓶中，瓶口密闭后放在滚瓶机上，在室温环境中，所述以转速为100-120r/min分散1.8～2.2小时；
水性陶瓷涂料的制成：分散1.8～2.2小时的分散液即为水性陶瓷涂料。
进一步的，在所述第一溶液的制备中，研磨后的第一溶液经300目过滤布过滤后再转移至密闭塑料瓶中。
进一步的，在所述第一溶液的制备中，所述篮式研磨机在研磨过程中采用外接冷却水进行降温。
进一步的，所述密封塑料瓶的容量为1L或5L。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)在酸性环境下，甲基三甲氧基硅烷水解后产生的单体在硅烷偶联剂的作用下聚合形成网状结构，逐渐成膜，且硅烷偶联剂同时也会自身水解，参与反应形成网状结构，由于网状结构的形成，提高涂料最终的附着力以及强度，各组分在分散剂的作用下均匀分散，氧化硅以及煅烧氧化铝作为填料增加涂料的硬度以及耐磨性能，无机颜料为涂料提供最终的颜色，甲基苯基硅树脂提高涂料的粘度，提高最终的涂料的附着力，在光面基材上也能很好地附着，本发明中通过相对降低甲基苯基硅树脂的含量且添加甲基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂，最终保证涂料的附着力，平衡涂料的流变性能，因此，本发明中的此款水性陶瓷涂料在涂装铝幕墙时无需进行喷砂处理，提高喷涂效率，且无需对基材进行预先加热便可使得涂料均匀喷涂于基材表面，避免流挂情况，从而降低能耗；
(2)相较于传统的纳米级硅溶胶和铝溶胶，本发明中采用氧化硅以及煅烧氧化铝，便于选择不同种类的硅氧烷、助剂，从而避免溶胶对原材料的限制；
(3)本发明的水性陶瓷涂料在喷涂时取代具有污染性的喷砂作业，将铝幕墙行业的涂装成本降低15元/㎡，且每生产一平方米的铝幕墙可降低3千瓦时的能耗，成品率、使用成本更接近传统的溶剂型涂料，可以大大推动环保倡导的涂装行业“油改水”的步伐。
附图说明
图1为传统水性陶瓷涂料的百格测试效果图；
图2为本发明中的水性陶瓷涂料的百格测试效果图；
图3为传统水性陶瓷涂料喷涂于基材后的流挂效果图；
图4为本发明中的水性陶瓷涂料喷涂于基材后的流挂效果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1：17份的氧化硅、6.5份的煅烧氧化铝、21份的无机颜料、27份的去离子水、1份的消泡剂、1份的分散剂、1份的流平剂、1份的润湿剂、20份的甲基三甲氧基硅烷、1份的甲基苯基硅树脂、5份的硅烷偶联剂以及1份的甲酸。
实施例2：17份的氧化硅、6.5份的煅烧氧化铝、21份的无机颜料、27份的去离子水、1份的消泡剂、1份的分散剂、1份的流平剂、1份的润湿剂、21份的甲基三甲氧基硅烷、3份的甲基苯基硅树脂、5份的硅烷偶联剂以及1份的甲酸。
实施例3：17份的氧化硅、6.5份的煅烧氧化铝、21份的无机颜料、27份的去离子水、1份的消泡剂、1份的分散剂、1份的流平剂、1份的润湿剂、22份的甲基三甲氧基硅烷、5份的甲基苯基硅树脂、5份的硅烷偶联剂以及1份的甲酸。
实施例4：15份的氧化硅、5份的煅烧氧化铝、20份的无机颜料、25份的去离子水、1份的消泡剂、1份的分散剂、1份的流平剂、1份的润湿剂、20份的甲基三甲氧基硅烷、1份的甲基苯基硅树脂、5份的硅烷偶联剂以及1份的甲酸。
实施例5：20份的氧化硅、8份的煅烧氧化铝、23份的无机颜料、30份的去离子水、1份的消泡剂、1份的分散剂、1份的流平剂、1份的润湿剂、22份的甲基三甲氧基硅烷、5份的甲基苯基硅树脂、5份的硅烷偶联剂以及1份的甲酸。
对比例1：传统水性陶瓷涂料(如ND-0502)。
具体的，实施例1-5中，无机颜料包括钛白粉、铬黄、铁蓝、镉红等，氧化硅、煅烧氧化铝均为粉末状，硅烷偶联剂型号可采用KH560，甲基苯基硅树脂型号可采用CFS12051，消泡剂可采用有机硅消泡剂，分散剂可采用阴离子型或非离子型的分散剂，流平剂可采用聚氨酯类流平剂。
上述多个实施例中的水性陶瓷涂料的制备工艺包括如下步骤：
第一溶液的制备：于1L反应器内加入去离子水，在分散机的搅拌作用下，按比例依次加入氧化硅、煅烧氧化铝、无机颜料、消泡剂以及分散剂，分散机转速为800r/min，分散10分钟后，将1L反应器移入篮式研磨机进行研磨，转速1000r/min，研磨60分钟，且篮式研磨机在研磨过程中采用外接冷却水进行降温，研磨后的第一溶液经300目过滤布过滤后再转移至1L的密闭塑料瓶中；
第二溶液的制备：将甲基三甲氧基硅烷装入新的密闭塑料瓶中，按照比例依次加流平剂、润湿剂、甲基苯基硅树脂、硅烷偶联剂以及甲酸；将瓶口密闭后放在滚瓶机上，滚瓶机以转速为110r/min分散15分钟；
第一溶液以及第二溶液的混合：将制备好的第二溶液倒入装有第一溶液的密闭塑料瓶中，瓶口密闭后放在滚瓶机上，在室温环境中，以转速为100-120r/min分散2小时。
具体的，篮式研磨机可采用型号为LSM-2.2D的篮式研磨机，分散机可采用型号为FS-800的分散机，密闭塑料瓶可采用1L/5L两种容量，便于根据涂料的容量进行选择。
性能测试
1、附着力测试
测试方法：按照GB/T23443-2009或者GB/T 9780-2013中关于附着力百格测试进行测试。
测试等级：
ISO等级：5＝ASTM等级：0B，代表剥落面积大于65％。
ISO等级：4＝ASTM等级：1B，一些方格部分或者全部剥落，剥落面积大于35％-65％。
ISO等级：3＝ASTM等级：2B，代表沿切口边缘有部分剥落或大面积油漆剥落，甚至有的格子部分被整片剥落，面积超过15％-35％。
ISO等级：2＝ASTM等级：3B，代表切口和相交处边缘被剥落面积大于5％-15％。
ISO等级：1＝ASTM等级：4B，代表在切口的相交处有小片的油漆剥落，划格区内实际破损小于或等于5％。
ISO等级：0＝ASTM等级：5B，这代表了格子边缘没有任何剥落，切口边缘完全光滑。
测试结果：
Figure BDA0002501905510000071
上述测试结果结合图1、图2可得，实施例1-5中的水性陶瓷涂料的测试等级均优于传统的水性陶瓷涂料的测试等级，且在实施例1-5中，实施例3、5的测试等级为1级，实施例1、2、4的测试等级稍差于实施例3、5，即甲基三甲氧基硅烷、甲基苯基硅树脂含量相对较多时，水性陶瓷涂料的附着力较好，且实施例1-5中甲基苯基硅树脂的含量无需添加如现有技术中的含量，水性陶瓷涂料的附着力便可由于传统水性涂料的附着力，因此，本发明中的水性陶瓷涂料在涂装铝幕墙时无需进行喷砂处理，提高喷涂效率。
2、硬度测试
测试方法：按照GB/T23443-2009或者GB/T 9780-2013中使用便携式铅笔划痕试验仪进行的涂膜划痕法进行测试。
测试等级：4H-9H，铅笔的硬度为4H-9H(铅笔的硬度即代表所测涂膜的硬度)。
测试结果：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1
等级 4H 5H 6H 5H 6H 6H
上述测试结果可得，实施例1-5中的水性陶瓷涂料的测试等级均与传统的水性陶瓷涂料的测试等级相接近，且在实施例1-5中，实施例3、5的测试等级为6H，与传统的水性陶瓷涂料的测试等级相同，因此，实施例3、5中甲基苯基硅树脂的含量相对现有水性陶瓷涂料中的甲基苯基硅树脂的含量较少时，也可使本发明中的产品达到相接近的硬度。
3、粘度测试
测试方法：涂-4杯粘度计粘度测试，涂-4杯粘度计适用于测定流出时间在150s以下的涂料。涂-4杯粘度计测定的黏度是条件黏度，即为一定量的试样在一定的温度下从规定的孔所流出的时间，以秒(s)表示，流出时间越短，油漆越稀，反之越浓，本次测试在25℃条件下进行。
测试结果：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1
时间 13-14s 14-15s 15-16s 13-14s 15-16s 11-12s
上述测试结果可得，实施例1-5中的水性陶瓷涂料的粘度均大于传统的水性陶瓷涂料的粘度，可知，实施例1-5中的水性陶瓷涂料的流变性相对较小，由于涂料流变性较大时，需要喷涂涂料的基材若前期不先进行预热的话喷涂后表面容易造成流挂，结合图3和图4，本发明中的实施例5中的涂料在对未进行预热的基材喷涂后基本没有流挂现象，而传统的涂料在对未进行预热的基材喷涂后产生流挂现象，因此，本发明中的涂料附着力较好，在涂装铝幕墙时无需进行喷砂处理，且无需对基材进行预先加热便可使得涂料均匀喷涂于基材表面，避免流挂情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料，其特征在于，包括第一溶液以及第二溶液，所述第一溶液包括氧化硅、煅烧氧化铝、无机颜料、去离子水、消泡剂以及分散剂，所述第二溶液包括甲基三甲氧基硅烷、甲基苯基硅树脂、硅烷偶联剂以及甲酸，各组分的重量如下：
氧化硅：15-20份
煅烧氧化铝：5-8份
无机颜料：20-23份
去离子水：25-30份
消泡剂：1份
分散剂：1份
甲基三甲氧基硅烷：20-22份
甲基苯基硅树脂：1-5份
硅烷偶联剂：5份
甲酸：1份。
2.根据权利要求1所述的一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料，其特征在于，所述第二溶液中还包括流平剂、润湿剂。
3.根据权利要求2所述的一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料，其特征在于，所述流平剂、润湿剂的重量分别为1份。
4.根据权利要求1所述的一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料，其特征在于，所述氧化硅、煅烧氧化铝均为粉末状。
5.一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第一溶液的制备：于1L反应器内加入去离子水，在分散机的搅拌作用下，按比例依次加入氧化硅、煅烧氧化铝、无机颜料、消泡剂以及分散剂，分散机转速为780～820r/min，分散8～12分钟后，将1L反应器移入篮式研磨机进行研磨，转速900～1100r/min，研磨55～65分钟，研磨之后转移至密闭塑料瓶中；
第二溶液的制备：将甲基三甲氧基硅烷装入新的密闭塑料瓶中，按照比例依次加流平剂、润湿剂、甲基苯基硅树脂、硅烷偶联剂以及甲酸；将瓶口密闭后放在滚瓶机上，所述滚瓶机以转速为100-120r/min分散12～17分钟；
第一溶液以及第二溶液的混合：将制备好的第二溶液倒入装有第一溶液的密闭塑料瓶中，瓶口密闭后放在滚瓶机上，在室温环境中，所述以转速为100-120r/min分散1.8～2.2小时；
水性陶瓷涂料的制成：分散1.8～2.2小时的分散液即为水性陶瓷涂料。
6.根据权利要求5所述的一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料的制备工艺，其特征在于，在所述第一溶液的制备中，研磨后的第一溶液经300目过滤布过滤后再转移至密闭塑料瓶中。
7.根据权利要求6所述的一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料的制备工艺，其特征在于，在所述第一溶液的制备中，所述篮式研磨机在研磨过程中采用外接冷却水进行降温。
8.根据权利要求1所述的一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料的制备工艺，其特征在于，所述密封塑料瓶的容量为1L或5L。
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