CN113861731A - 一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆及其制备方法；所述组合物以占总重的质量百分比含量计，包括：主成膜物质：70‑80％，硅酸锂：2‑10％，分散剂：0.2‑0.5％，消泡剂：0.2‑0.5％，增稠剂：2‑5％，去离子水：余量；所述主成膜物质为硅酸钾和硅溶胶。本发明面漆全部采用无机成膜物，硬度高、健康环保且不燃无烟，防火性能优异；亲水性好，自清洁性能优异；加入少量硅酸锂，可增强涂层的耐水性，防止水汽进入涂层内部造成的受潮现象；不加入光触媒或者光催化物质，通过增加材料的亲水性基团达到超亲水自清洁效果。

Description

一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，涉及一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆及其制备方法。

背景技术

面漆除了可以起到保护底漆的作用外，还可赋予涂层抗紫外、耐沾污、自清洁、耐磨等功能，高档建筑的墙面装饰常采用底漆+面漆的涂装形式。目前常用的建筑涂料面漆大多是以有机树脂作为主要成膜物质，虽然可以起到耐沾污和自清洁的功能，但是其防火等级达不到A级。中国专利201510387308.0、201710052988.X、202110307442.0都公开了用于建筑涂料的罩面清漆技术方案，这些方案中都是以有机树脂作为主要成膜物质制备而成，由于有机树脂耐高温性远不如无机树脂，火灾时会发生分解而释放出有毒气体，会加重人员在火灾中的伤亡，所以建筑涂料面漆的防火性需要提高。

自清洁的产品分为疏水型和亲水型，亲水型产品因易被水润湿能够快速移除附着在表面的颗粒状污染物，自清洁效果更好，而且更适合用于室外建筑表面。但是目前的自清洁产品的水接触角较大，自清洁效果不理想。中国专利202011208463.9公开了一种耐沾污自清洁涂料，其水接触角为85°。要想达到较为理想的自清洁效果，水接触角需要小于20°。

有些自清洁产品加入了纳米二氧化钛或者光触媒粉体，需要在阳光照射下才能达到较好的自清洁效果，这类产品只适用于室外，中国专利202010730630.X公开了一种超亲水自洁抗污外墙漆，加入了光触媒纳米粉体，只有在紫外光照射下才能达到超亲水的自清洁效果，限制了其在室内的应用。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆及其制备方法。本发明的面漆属于无色透明的清漆，因此更准确来说是提供一种具有防火自清洁功能的建筑涂料罩面清漆及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物，所述组合物以占总重的质量百分比含量计，包括：

主成膜物质：70-80％，

硅酸锂：2-10％，

分散剂：0.2-0.5％，

消泡剂：0.2-0.5％，

增稠剂：2-5％，

去离子水：余量；

所述主成膜物质为硅酸钾和硅溶胶。

无机涂料若以硅酸钾为唯一粘结剂时，由于其固化速度较慢，涂膜在最初24小时左右硅酸钾很容易从涂层中被洗出。为了克服这个缺点，可采用高模数的硅酸钾，但是高模数硅酸钾价格高，且易造成涂料粘度大，影响生产效率，故该发明采用低模数硅酸钾作为原材料，通过与硅溶胶反应，将硅酸钾模数提高，比直接采用高模数硅酸钾作为原材料，成本下降10％左右，而且不会造成涂料粘度的增大。

作为本发明的一个实施方案，所述硅酸钾和硅溶胶的质量比为1:1～1:1.5。硅酸钾与硅溶胶的比例决定反应后改性硅酸钾的模数，硅溶胶比例越高，得到的改性硅酸钾的模数也越高，则涂层固化速度越快，亲水性越好，但是硅溶胶比例太高，涂层易开裂；硅溶胶比例太低，得到的改性硅酸钾的模数较低，涂层固化速度慢。另外，硅溶胶还可以与硅酸盐形成硅氧键的网状结构，使得涂膜结构坚硬，外界的水分很难渗透到涂层内部，涂层的耐水性更好。

本发明的体系中，成膜后涂层具有优异的亲水性，水接触角小于15°，可直接用水冲刷掉涂层表面附着的污垢，且清洁效果良好。需要说明的是，本发明的体系中不含硅烷偶联剂，为纯无机成分；因为硅酸盐为强碱弱酸盐，体系呈弱碱性，且选用碱性硅溶胶作为主成膜物质之一，所以该涂料体系呈碱性。如采用硅烷偶联剂+硅溶胶的方案，在碱性环境下，硅烷偶联剂与硅溶胶发生反应，会生成乳白色沉淀，不能形成均匀的涂料，更不能做成无色透明的面漆。

作为本发明的一个实施方案，所述硅酸钾的模数为2-3。

作为本发明的一个实施方案，所述硅溶胶中二氧化硅的粒径在7～30nm，pH值为9～11，固含量为30-40％。

作为本发明的一个实施方案，所述硅酸锂的模数为4-5。该硅酸锂作用有二：一可加快涂层固化速度，二可提高涂层的耐水性，防止水汽进入涂层内部，产生返潮发霉的现象。在本发明的体系中，如硅酸锂模数低(低于4)，其固化速度慢、耐热性能、抗水性能、耐候性能和耐有机溶剂性能均不理想。

为本发明的一个实施方案，所述分散剂为阴离子型分散剂，包括油酸钠C₁₇H₃₃COONa、羧酸盐、硫酸酯盐(ROSO₃Na)、磺酸盐(RSO₃Na)。例如：Tego_Dispers715W、德谦W-519、赢创Zetasperse3400。

作为本发明的一个实施方案，所述消泡剂为阴离子型消泡剂，包括道康宁DC65、大田化学的PA-311。

作为本发明的一个实施方案，所述增稠剂选自羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或几种。

本发明还涉及一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、硅酸钾和去离子水以200-300r/min的速度搅拌5-10min，混合均匀；然后缓慢加入硅溶胶、分散剂、50-60％的消泡剂，转速提高到500-800r/min搅拌10-30min，混合均匀，得到改性硅酸钾；

S2、在步骤S1得到的溶液中加入硅酸锂，混合均匀；

S3、将增稠剂配制成5-10％的透明溶液，与步骤S2得到的溶液、余量的消泡剂混合均匀，即得所述面漆组合物。

作为本发明的一个实施方案，所述改性硅酸钾的模数为≥5且＜5.5；在本发明的体系中，改性硅酸钾的模数并非越高越好，模数高(5.5以上，如模数5.5、6.5等)需要加入大量硅溶胶，易造成涂层开裂。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)现有亲水自清洁涂料大多以有机树脂作为主要成膜物质，火灾时易分解释放出有毒气体，加重火灾时人员的伤亡程度；本发明面漆全部采用无机成膜物，硬度高、健康环保且不燃无烟，防火性能优异，可减少火灾的发生，减轻火灾发生时人员的伤亡；

(2)针对现有某些自清洁涂料水接触角较大，自清洁效果不理想，本发明面漆采用富含亲水性基团的材料作为成膜物质，采用硅溶胶与硅酸盐搭配使用，由于硅溶胶表面富含亲水性的-OH基团，使得最终涂层水接触角<15°，亲水性好，自清洁性能优异；

(3)本发明面漆加入少量硅酸锂，可增强涂层的耐水性，防止水汽进入涂层内部造成的受潮现象；

(4)针对现有有些光触媒自清洁涂料只能用于建筑物外墙，限制了其应用的范围。本发明面漆不加入光触媒或者光催化物质，通过增加材料的亲水性基团达到超亲水自清洁效果，使用场所不受限制，适用范围广，室内室外墙面均可使用，可与市场上常见的建筑涂料底漆搭配使用，也可在现有建筑涂层表面直接喷涂该面漆，附着力好。

具体实施方式

下面结合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，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆及其制备方法；

面漆配方如下：以100％计

硅酸钾+硅溶胶：70-80％，其中硅酸钾：硅溶胶＝1:1～1:1.5，

硅酸锂：2-10％，

分散剂：0.2-0.5％，

消泡剂：0.2-0.5％，

增稠剂：2-5％，

去离子水：余量。

其中：

硅酸钾：模数2-3，成膜物质。

硅溶胶：粒径在7～30nm左右，pH值为9～11，固含量为30-40％，成膜物质。

硅酸锂：模数4-5，成膜物质，提高涂层的耐水性。

分散剂：阴离子型，提高分散效果。

消泡剂：阴离子型，降低涂料的表面张力，抑制泡沫产生或消除已产生泡沫。

增稠剂：羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种，增加涂料的粘度，防止涂刷时产生流挂现象。

制备步骤如下：

(1)在分散缸里加入硅酸钾、去离子水，以200-300r/min的速度搅拌5-10min，混合均匀即可；然后缓慢加入硅溶胶、分散剂、50-60％的消泡剂，转速提高到500-800r/min搅拌10-30min，混合均匀即可，得到改性硅酸钾，模数≥5且＜5.5。

(2)在步骤(1)得到的溶液中加入硅酸锂，混合均匀待用；

(3)将增稠剂配制成5-10％的透明溶液，待用；

(4)将步骤(2)得到的溶液、增稠剂、余量的消泡剂混合均匀，即得到具有防火自清洁功能的面漆。

具体应用见以下各实施例：

实施例1

本实施例涉及一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆，其组成及配比如表1所示。制备步骤如下：

(1)在分散缸里加入硅酸钾、去离子水，以250r/min的速度搅拌8min，混合均匀即可；然后缓慢加入硅溶胶、分散剂、55％的消泡剂，转速提高到650r/min搅拌20min，混合均匀即可，得到改性硅酸钾，模数为5.4(SJ/T 10925-1996)。

(2)在步骤(1)得到的溶液中加入硅酸锂，混合均匀待用；

(3)将增稠剂配制成8％的透明溶液，待用；

(4)将步骤(2)得到的溶液、增稠剂、45％的消泡剂混合均匀，即得到具有防火自清洁功能的面漆。

本实施例中，增稠剂选用羟乙基纤维素，分散剂选用德谦W-519，消泡剂选用道康宁DC65，硅酸钾模数为3，沃纳氟材料(广州)有限公司；硅溶胶粒径为8nm，pH为9-10，固含为30％，阿克苏诺贝尔；硅酸锂模数为5，沃纳氟材料(广州)有限公司。

实施例2

本实施例涉及一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆，其组成及配比如表1所示。制备步骤如下：

(1)在分散缸里加入硅酸钾、去离子水，以200r/min的速度搅拌10min，混合均匀即可；然后缓慢加入硅溶胶、分散剂、60％的消泡剂，转速提高到800r/min搅拌10min，混合均匀即可，得到改性硅酸钾，模数为5.26(SJ/T 10925-1996)。

(2)在步骤(1)得到的溶液中加入硅酸锂，混合均匀待用；

(3)将增稠剂配制成5％的透明溶液，待用；

(4)将步骤(2)得到的溶液、增稠剂、40％的消泡剂混合均匀，即得到具有防火自清洁功能的面漆。

本实施例中，增稠剂选用羟甲基纤维素，分散剂选用Tego_Dispers715W，消泡剂选用大田化学的PA-311；硅酸钾模数为2.3，天津赛力成科技有限公司；硅溶胶粒径为12nm，pH为9.5-10.5，固含为35％，日产化学株式会社；硅酸锂模数为4.2，天津赛力成科技有限公司。

实施例3

本实施例涉及一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆，本实施例基本同实施例2，其组成及配比如表1所示。

实施例4

本实施例涉及一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆，本实施例基本同实施例2，其组成及配比如表1所示。

实施例5

本实施例涉及一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆，其组成及配比如表1所示。制备步骤如下：

(1)在分散缸里加入硅酸钾、去离子水，以300r/min的速度搅拌5min，混合均匀即可；然后缓慢加入硅溶胶、分散剂、50％的消泡剂，转速提高到500r/min搅拌30min，混合均匀即可，得到改性硅酸钾，模数为5.1(SJ/T 10925-1996)。

(2)在步骤(1)得到的溶液中加入硅酸锂，混合均匀待用；

(3)将增稠剂配制成10％的透明溶液，待用；

(4)将步骤(2)得到的溶液、增稠剂、50％的消泡剂混合均匀，即得到具有防火自清洁功能的面漆。

本实施例中，增稠剂选用羧甲基纤维素，分散剂选用赢创Zetasperse3400，消泡剂选用道康宁DC65，硅酸钾模数为2，桐乡市恒立化工有限公司；硅溶胶粒径为15nm，pH为10-11，固含为40％；硅酸锂模数为4，桐乡市恒立化工有限公司。

对比例1

本对比例涉及一种建筑涂料面漆，其组成及配比如表1所示。本对比例基本同实施例5，所不同之处在于：硅酸钾和硅溶胶的质量比为1:4。该对比例涂层开裂，属于涂层重大缺陷，性能测试无意义，因此后续未进行性能测试。

对比例2

本对比例涉及一种建筑涂料面漆，其组成及配比如表1所示。本对比例基本同实施例5，所不同之处在于：硅酸钾和硅溶胶的质量比为1.5:1。

对比例3

本对比例涉及一种建筑涂料面漆，其组成及配比如表1所示。本对比例基本同实施例5，所不同之处在于：选用的硅酸钾模数为3.5。该对比例体系的涂料粘度增加，导致生产效率低，不满足实际生产需求；因此后续未进行性能测试。

对比例4

本对比例涉及一种建筑涂料面漆，其组成及配比同实施例5，所不同之处在于：

(1)在分散缸里加入硅酸钾、硅酸锂、去离子水，以300r/min的速度搅拌5min，混合均匀即可；然后缓慢加入硅溶胶、分散剂、50％的消泡剂，转速提高到500r/min搅拌30min，混合均匀即可，得到改性硅酸锂钾，模数为4.2(SJ/T 10925-1996)。

(2)将增稠剂配制成10％的透明溶液，待用；

(3)将步骤(1)得到的溶液、增稠剂、50％的消泡剂混合均匀，即得到面漆。

表1

将以上各实施例、对比例制得的面漆进行性能测试，测试方法如表2，测试结果如表3、4所示。

表2

表3

表4

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 (10)

1.一种具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物，其特征在于，所述组合物以占总重的质量百分比含量计，包括：

主成膜物质：70-80％，

硅酸锂：2-10％，

分散剂：0.2-0.5％，

消泡剂：0.2-0.5％，

增稠剂：2-5％，

去离子水：余量；

所述主成膜物质为硅酸钾和硅溶胶。

2.根据权利要求1所述的具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物，其特征在于，所述硅酸钾和硅溶胶的质量比为1:1～1:1.5。

3.根据权利要求1所述的具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物，其特征在于，所述硅酸钾的模数为2-3。

4.根据权利要求1所述的具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物，其特征在于，所述硅溶胶中二氧化硅的粒径在7～30nm，pH值为9～11，固含量为30-40％。

5.根据权利要求1所述的具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物，其特征在于，所述硅酸锂的模数为4-5。

6.根据权利要求1所述的具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物，其特征在于，所述分散剂为阴离子型分散剂，包括油酸钠C₁₇H₃₃COONa、羧酸盐、硫酸酯盐ROSO₃Na、磺酸盐RSO₃Na。

7.根据权利要求1所述的具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物，其特征在于，所述消泡剂为阴离子型消泡剂。

8.根据权利要求1所述的具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物，其特征在于，所述增稠剂选自羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或几种。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的具有防火自清洁功能的建筑涂料面漆组合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、硅酸钾和去离子水以200-300r/min的速度搅拌5-10min，混合均匀；然后缓慢加入硅溶胶、分散剂、50-60％的消泡剂，转速提高到500-800r/min搅拌10-30min，混合均匀，得到改性硅酸钾；

S2、在步骤S1得到的溶液中加入硅酸锂，混合均匀；

S3、将增稠剂配制成5-10％的透明溶液，与步骤S2得到的溶液、余量的消泡剂混合均匀，即得所述面漆组合物。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述改性硅酸钾的模数为5-5.4。