CN111534132A - 一种纯无机水性面漆、其制备方法及纯无机水性建筑涂料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纯无机水性面漆，包括如下重量比的组分：纳米硅溶胶45～55份，针状硅灰石粉15～30份，氢氧化铝5～20份，无机矿物颜料5～20份，填充剂5～20份，增稠剂0.25～5份。本发明提供的纯无机水性面漆，能够解决现有纯无机水性面漆存在的外观差、易掉粉及耐擦洗性能差的问题。除此之外，本发明还提供了上述面漆的制备方法，以及包含有上述面漆和配套使用的底漆的纯无机水性建筑涂料。

Description

一种纯无机水性面漆、其制备方法及纯无机水性建筑涂料

技术领域

本发明属于建筑涂料技术领域，具体地说，涉及一种纯无机水性面漆、其制备方法及纯无机水性建筑涂料。

背景技术

上世纪末，随着人民生活水平的提高，环保意识的增强，人们越来越注意到溶剂型建筑涂料的危害性，从而转向发展水性建筑涂料——乳胶漆，但由于乳胶漆的成膜物质仍是具有潜在危害的有机高分子，而且水性化必须使用成膜助剂、润湿剂、增稠剂、杀菌剂、防冻剂等有机助剂相配伍，造成生产过程中污水量大，固体废弃物和有机废气的污染无法解决。

近十几年来，水性无机涂料得到了广泛的发展，在技术上已有较大的突破且其成膜机理也有了较为深入的研究，在国内已相继研制了数十种无机建筑涂料，即第三代建筑涂料——无机/有机复合涂料；国外研究机构投入大量资金，开发低公害(或无公害)和低毒(或无毒)的环境友好涂料生产技术，并在硅酸盐杂化技术方面获得成功，2013年德国矿牌涂料(KEIM FARBE)发布了可用于木材表面的无机涂料；2018年马来西亚吉隆坡的一家无机涂料公司也推出可用于热带海洋多雨气候的外墙硅酸盐杂化无机涂料，即第四代涂料。然而，权威检测表明，上述涂料配方中不可避免的加入了高分子乳液或乳胶粉，体系中仍然含有5-20％的有机物。

在“水性化”基础上进一步“无机化”是建筑涂料的发展方向。申请号为201510843722.8的发明专利和申请号为201510844472.X的发明专利均公开了一种无机防水耐老化涂料及其制备方法，通过不含任何有机成分的纯无机组分制备的涂料实现了优异的防水、抗老化性能；这两项专利的核心均是通过海泡石作为抗裂纤维解决了以硅溶胶为独立成膜物质的无机涂料易开裂的缺点，从而保证了无机涂料的性能得到了有效的保证。

然而，由于天然海泡石表面呈惰性且结构疏松，尽管其对体系的抗裂性有改善，但会造成体系的力学性能大大降低，造成涂料漆膜掉粉，耐擦洗性能较差；除此之外，天然海泡石与石棉伴生，在生产和使用过程中，石棉吸入体内，会在肺部形成疤痕组织危害人类健康，尽管可以通过精加工降低石棉含量，但成本急剧上升而且无法彻底去除。

综上可知，外观差、易掉粉和耐擦洗性能差等问题是阻碍纯无机涂料推广使用的关键，因此，急需开发一种对性能优异的纯无机水性建筑涂料。

发明内容

针对现有技术中上述的不足，本发明的目的在于提供一种纯无机水性面漆，能够解决现有纯无机水性面漆存在的外观差、易掉粉及耐擦洗性能差的问题。

本发明的第二个目的在于提供上述纯无机水性面漆的制备方法，该方法操作简单，生产方便，对设备的要求低，适用于工业化大规模生产，且通过本发明的制备方法能够得到均一性好，使用效果佳的面漆。

本发明的第三个目的在于提供一种纯无机水性建筑涂料，包括配套使用的底漆和面漆，能够更好的解决纯无机水性建筑涂料外观差、易掉粉及耐擦洗性能差的问题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种纯无机水性面漆，包括如下重量比的组分：纳米硅溶胶45～55份，针状硅灰石粉15～30份，氢氧化铝5～20份，无机矿物颜料5～20份，填充剂5～20份，增稠剂0.25～5份。

作为优选的，上述纯无机水性面漆包括如下重量比的组分：纳米硅溶胶48～52份，针状硅灰石粉20～25份，氢氧化铝10～15份，无机矿物颜料10～15份，填充剂10～15份，增稠剂2～3份。

本发明通过纳米硅溶胶、针状硅灰石粉和氢氧化铝三种成分作为涂料的主要成分，针状硅灰石粉作为活性纤维，随着漆膜逐渐失水，硅溶胶与氢氧化铝、针状硅灰石粉不断发生水化反应，使得形成的漆膜内部交联形成网状结构，有效的增加了涂料的成膜性能以及成膜的稳定性能。

除此之外，针状硅灰石粉作为一种活性纤维，其固化在漆膜内，显著的增加了涂料的增韧抗裂性能，而且采用水化交联反应的形式将活性纤维固化在漆膜内，更有助于活性纤维分布的稳定性和均匀性，进一步的保证了漆膜的良好外观且不易掉粉。

本发明的针状硅灰石优选长径比为(18～25)：1的针状硅灰石，这是由于长径比较大的硅灰石粒子更容易在漆膜中形成相互交织的网络状结构，其韧性和抗裂性能也更强，易于发挥微纤维增强材料的作用，进而提高材料的韧性。

本发明的针状硅灰石粉选自天然针状硅灰石粉和酸改性针状硅灰石粉中的至少一种。作为优选的，本发明的针状硅灰石粉选自酸改性针状硅灰石粉。

天然针状硅灰石粉经酸处理去除表面杂质后，使得更多的活性位点暴露出来，进一步加大了反应接触面积，使得水化过程更加快速和彻底，从而能够在针状硅灰石粉的微纤维表面生成了连续分布的增强物质，有利于提高材料强度。

本发明中填充剂为云母粉、氧化铝、重钙粉、白云石粉、滑石粉、硅藻土和硅微粉中的一种或多种混合物。增稠剂为硅酸镁锂和凹凸棒粉中的一种或多种的混合物。

本发明还提供了上述纯无机水性面漆的制备方法，包括如下步骤：(1)按比例称取各原料，将针状硅灰石粉和无机矿物颜料加入纳米硅溶胶中，浸泡后充分分散，得到第一分散液；(2)向步骤(1)得到的第一分散液中加入氢氧化铝和填充剂，浸泡后充分分散，得到第二分散液；(3)降低搅拌转速，加入增稠剂，分散均匀后即得所述面漆。

上述制备方法具体优选为：(1)按比例称取各原料，将针状硅灰石粉、无机矿物颜料加入纳米硅溶胶中，浸泡2h，然后于6000r/min条件下分散10min，得到第一分散液；(2)向步骤(1)得到的第一分散液中加入加入氢氧化铝和填充剂，浸泡1h，然后于3000r/min条件下分散20min，至细度小于50μm，得到第二分散液；在该过程中控制体系温度低于50℃；(3)降低搅拌转速至800r/min，按计量加入增稠剂，分散均匀后即得本发明的纯无机水性面漆。

由于无机涂料组分中的纳米硅溶胶具有很强的渗透性，将其直接涂刷于建筑材料表面会引起成膜物质渗入基材而流失，造成漆膜流平变差、表面发花、掉粉等严重问题。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种纯无机水性建筑涂料，包括底漆和上述纯无机水性面漆。底漆包括如下重量比的组分：水玻璃45～100份，针状硅灰石粉0～100份。作为优选的，底漆包括如下重量比的组分：水玻璃50～80，针状硅灰石粉20～50份；本发明的针状硅灰石粉选自天然针状硅灰石粉和酸改性针状硅灰石粉中的至少一种。

底漆中的水玻璃与建筑基材相作用，提高表面润湿性和封闭性，针状硅灰石粉提高了底漆成膜的抗裂性。使用时，面漆涂刷在底漆之上，具有良好的流平性，漆膜均匀，不受基材孔隙率分布不均匀的影响；漆膜干燥过程中，面漆中纳米硅溶胶与底漆中的水玻璃进一步反应，加强了界面结合力，漆膜强度提高。

作为优选的，本发明的水玻璃选自钠水玻璃、钾水玻璃和锂水玻璃中的一种或多种的混合物。

作为优选的，本发明的水玻璃的模数为3～5.5。在该模数范围内的水玻璃对基材表面的润湿性和封闭性效果较佳，且与面漆中纳米硅溶胶的进一步反应充分。

本发明的底漆的制备方法包括如下步骤：将针状硅灰石粉加入水玻璃中浸泡2h，然后6000r/min条件下分散10min，分散均匀后即得本发明的底漆。

本发明的纯无机水性建筑涂料的使用方法为：在基材表面均匀涂覆本发明的底漆，20～30h后，均匀涂覆本发明的面漆。

本发明的有益效果是：

1.本发明的纯无机水性面漆主要成分是纳米硅溶胶、氢氧化铝和针状硅灰石粉；硅溶胶具有良好的渗透性和优异的无机物粘接性能，在失水后与氢氧化铝、针状硅灰石粉缓慢发生自交联反应，形成牢固耐久的网状结构，而且这种结构具有不可逆性，因此本发明涂膜坚韧，具有耐火、耐水耐碱、耐老化等优异性能。

2.本发明的纯无机水性面漆，各组分之间相互作用且相互平衡，使得本发明的面漆在使用前能够以单组分液态稳定存在，可直接使用；而无需像现有的双组份涂料和粉状涂料那样在使用现场再行配置；这样，不仅能够保证产品的质量，还提高了使用的便捷性。

3.本发明的水性面漆为纯无机的，无任何有机组分，具有无毒环保的特性。

4.本发明的纯无机水性建筑涂料，底漆主要成分是水玻璃和针状硅灰石粉，水玻璃与建筑基材相作用，提高表面润湿性和封闭性，针状硅灰石粉提高了底漆成膜的抗裂性。

5.本发明的纯无机水性建筑涂料在使用时，面漆涂刷在底漆之上，因为底漆的存在，使得面漆具有良好的流平性，漆膜干燥均匀，不受基材孔隙率不均匀的影响，解决了无机涂料流平差、漆膜不均匀、发花、掉粉等问题；而且，面漆的纳米硅溶胶与底漆的水玻璃进一步缩合反应，加强了界面结合力，漆膜强度提高。

6.本发明中使用的针状硅灰石粉来源广泛、储量丰富、性能稳定，适合工业应用。

7.本发明纯无机水性建筑涂料的制备方法具有操作简单、生产方便、对设备的要求低，适用于工业化大规模生产的特性。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合实施例对本发明的纯无机水性面漆、其制备方法及纯无机水性建筑涂料进行具体说明。

下述实施例和对比例中的针状硅灰石粉均选择长径比在(18～25)：1范围内的针状硅灰石粉；下述实施例和对比例中的纳米硅溶胶均选择碱性纳米硅溶胶，且均选择固含量为30％的纳米硅溶胶。

实施例1～实施例5

实施例1～实施例5分别提供了一种纯无机水性面漆，具体组分如表1所示：

表1实施例1～实施例5的纯无机水性面漆的组分及重量配比

实施例1～实施例5的纯无机水性面漆的制备方法均包括如下步骤：

(1)按比例称取各原料，将针状硅灰石粉、氧化铁红颜料加入纳米硅溶胶中，浸泡2h，然后于6000r/min条件下分散10min，得到第一分散液；

(2)向步骤(1)得到的第一分散液中加入加入氢氧化铝、重钙粉和滑石粉，浸泡1h，然后于3000r/min条件下分散20min，至细度小于50μm，得到第二分散液；在该过程中控制体系温度低于50℃；

(3)降低搅拌转速至800r/min，按计量加入硅酸锂镁，分散均匀后即得的纯无机水性面漆。

实施例6～实施例10

实施例6～实施例10分别提供了一种纯无机水性底漆，具体组分如表2所示：

表2实施例6～实施例10的纯无机水性底漆的组分及重量配比

实施例6～实施例10的纯无机水性底漆的制备方法均包括如下步骤：将针状硅灰石粉加入水玻璃中浸泡2h，然后6000r/min条件下分散10min，分散均匀后即得纯无机水性底漆。

对比例1～对比例5

对比例1～对比例5分别提供了一种纯无机水性面漆，具体组分如表3所示：

表3对比例1～对比例5的纯无机水性面漆的组分及重量配比

对比例1～对比例5的纯无机水性面漆的制备方法均包括如下步骤：

(1)按计量将海泡石和氢氧化铝(或酸改性针状硅灰石)加入纳米硅溶胶中，浸泡时间为2h，然后于6000r/min条件下分散10min，得到第一分散液；

(2)按计量向第一分散液中加入滑石粉、重钙粉及无机矿物颜料，浸泡时间为1h，然后于3000r/min条件下分散20min，至细度小于50μm，得第二分散液；控制体系温度低于50℃；

(3)降低搅拌转速至800r/min，按计量加入向第二分散液中加入硅酸镁锂，分散均匀后即得目的产物。

试验例

设计如表4所述的各实验组，底漆和面漆配合使用的实验组于基材上涂刷底漆24h后，再涂刷面漆；根据GB/T5464-2010、GB/T 9265-2009、ASTMD 2486-2006、GB/T 1733-1993、GB/T 23987-2009、GB/T 1766-2008分别对涂料的耐火等级、耐碱性、耐洗刷性、耐水性、耐人工气候老化性、施工性能和涂膜外观进行测试，测试结果如表4所示：

表4各实验组设计及各实验组涂料的性能测试结果

由表4可知：

(1)实验组1～实验组5的实验结果表明：本发明的纯无机水性面料具有优异的燃烧性能、耐碱性、耐洗刷性、耐水性和良好的耐老化性，特别是漆膜强度明显提高；进一步的对比实验组1～实验组4的数据可以得出：随着面漆组分中针状硅灰石粉的配比或氢氧化铝配比的减少，漆膜的耐擦洗次数均降低，氢氧化铝配比的降低对漆膜耐擦洗次数的影响要大于针状硅灰石配比降低对漆膜耐擦洗次数的影响。

(2)通过对比实验组5和实验组6的结果可以得知：底漆和面漆配合使用，能够显著的增加漆膜的耐擦洗次数(由90000次增加至220000次，增加2.44倍)，且流平性和漆膜均匀性等性能均有比较明显的提升；说明本发明的底漆和面漆配合使用，能够进一步的提升涂料的性能。

(3)通过对比实验组5和实验组7的结果可以得知：本发明的纯无机水性面漆中，将现有技术中的海泡石更换为针状硅灰石粉，漆膜的耐擦洗次数显著提升(由6010次提升至90000次，提升达15倍之高)，说明本发明的针状硅灰石相对于现有技术的海泡石，具有显著的进步。

(4)通过对比实验组1～5和实验组8～11的结果可以得知：本发明的纳米硅溶胶、针状硅灰石粉和氢氧化铝三者之间相互作用，三种成分缺一不可，且只有在本发明的配比范围内，才能够很好的提高漆膜的强度、施工性能和外观性能。

综上，本发明的纯无机水性面漆、底漆及面漆和底漆配合的建筑涂料，不仅采用安全无毒的纯无机组分制备得到，且能够使得漆膜强度增强、流平性优、漆膜均匀、不掉粉。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纯无机水性面漆，其特征在于，包括如下重量比的组分：纳米硅溶胶45～55份，针状硅灰石粉15～30份，氢氧化铝5～20份，无机矿物颜料5～20份，填充剂5～20份，增稠剂0.25～5份。

2.根据权利要求1所述的纯无机水性面漆，其特征在于，所述针状硅灰石的长径比满足(18～25)：1。

3.根据权利要求1所述的纯无机水性面漆，其特征在于，所述针状硅灰石粉选自天然针状硅灰石粉和酸改性针状硅灰石粉中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的纯无机水性面漆，其特征在于，所述填充剂为云母粉、氧化铝、重钙粉、白云石粉、滑石粉、硅藻土和硅微粉中的一种或多种混合物。

5.根据权利要求1所述的纯无机水性面漆，其特征在于，所述增稠剂为硅酸镁铝、硅酸镁锂和凹凸棒粉中的一种或多种的混合物。

6.权利要求1～5任一所述的纯无机水性面漆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按比例称取各原料，将针状硅灰石粉和无机矿物颜料加入纳米硅溶胶中，浸泡后充分分散，得到第一分散液；

(2)向步骤(1)得到的第一分散液中加入氢氧化铝和填充剂，浸泡后充分分散，得到第二分散液；

(3)降低搅拌转速，加入增稠剂，分散均匀后即得所述面漆。

7.一种纯无机水性建筑涂料，其特征在于，包括底漆和权利要求1～5任一所述的纯无机水性面漆。

8.根据权利要求7所述的纯无机水性建筑涂料，其特征在于，所述底漆包括如下重量比的组分：水玻璃45～100份，针状硅灰石粉0～100份。

9.根据权利要求8所述的纯无机水性建筑涂料，其特征在于，所述水玻璃选自钠水玻璃、钾水玻璃和锂水玻璃中的一种或多种的混合物。

10.根据权利要求8所述的纯无机水性建筑涂料，其特征在于，所述水玻璃的模数为3～5.5。