CN114716852A - 一种硅酸锂内外墙涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅酸锂内外墙涂料及其制备方法，包括以下原料：水、羟乙基纤维素、分散剂、润湿剂、消泡剂、凹凸棒土、硅藻土、煅烧高岭土、重质碳酸钙、钛白粉、保湿剂、丙烯酸乳液、改性硅酸锂树脂、增稠剂和成膜助剂。改性硅酸锂树脂为经过硅烷偶联和水解的改性硅酸锂树脂，具有高强度、高强度和自干成膜的特性，从根本上避免了因涂料本身导致的墙面泛碱引起的发花现象。以该乳液为基料生产出的硅酸锂基无机涂料全面达到了无机涂料各项性能指标，显著提高了墙面的美观效果，还能提高涂料的耐候性和稳定性。该涂料的制备方法，步骤简单，反应条件温和，适合大规模生产制备。

Description

一种硅酸锂内外墙涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料的技术领域，具体涉及一种硅酸锂内外墙涂料及其制备方法。

背景技术

无机建筑涂料是近几年建材行业发展的热点。但目前多以硅酸钾为主要成膜物质，然而钾离子会与气体(如CO₂)发生化学反应而生成溶于水的物质，所以生成的钾盐就溶解在水中。这种钾盐会随着水从涂料里面迁移到涂料表面。当水汽蒸发后，就以白色粉末状晶体或结晶成白色硬块而残留在墙体表面，形成泛碱、蜗牛痕等问题。引起这种问题的主要原因是钾离子溶解在水中与水中的CO₂反应，形成了溶于水的碳酸钾，碳酸钾随着水分而析出，留在涂料表面。硅酸钾无机涂料应用在外墙上，更容易引起泛碱现象，尤其是在深色的墙面，问题更加突出。虽然通过对硅酸钾进行改性能减缓这种现象发生，但很难从根本上杜绝硅酸钾无机涂料墙面泛碱的现象。而且硅酸钾在耐水性方面还存在缺陷，以它为基料的内外墙涂料在遇到水分或潮湿空气时，钾离子会迁移到涂料表面，使得墙面慢慢会产生一层白霜，这样既影响到外观效果，也由于离子迁移影响了涂料的性能，使得硅酸钾基料大多只适合在内墙白色涂料中使用。在南方多雨的季节，硅酸钾外墙无机涂料泛碱、发花等更加严重。

硅酸锂基无机涂料在耐水性能方面表现优异，能解决硅酸钠和硅酸钾基无机涂料存在的缺陷。但它作为基料制成的无机涂料涂层脆，易龟裂，并且由于硅酸锂粘结力较弱，颜填料用量相对较少，涂料的遮盖力较低，最主要的是硅酸锂基无机涂料储存稳定性差，很难制成长期(保质期12个月)稳定的产品，施工性能也不够好。因此市场上很少有硅酸锂基的无机涂料产品面市。而且由于锂离子的活跃性，如果直接使用未经改性的硅酸锂作为无机涂料的主要成膜物质，这样的涂料容易发生凝胶现象，涂料热储不过关，没有应用价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种硅酸锂内外墙涂料，选用经过硅烷水解和偶联的改性硅酸锂树脂为基料，具有优异的涂料性能，从根本上避免了因涂料本身导致的墙面泛碱引起的发花现象，具有优良的耐候性和稳定性；本发明的目的之二在于提供一种硅酸锂内外墙涂料的制备方法，步骤简便，反应条件温和。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种硅酸锂内外墙涂料，包括以下按重量份计的原料：水16～25份、羟乙基纤维素0.2～0.5份、分散剂0.3～0.6份、润湿剂0.1～0.3份、消泡剂0.2～0.5份、凹凸棒土0.5～1份、硅藻土4～8份、煅烧高岭土4～8份、重质碳酸钙10～20份、钛白粉6～15份、保湿剂0.2～0.5份、丙烯酸乳液3～12份、改性硅酸锂树脂12～36 份、增稠剂0.1～0.3份、成膜助剂0.6-2份和流平剂0.4～0.6份；其中，改性硅酸锂树脂为经过硅烷偶联和水解的改性硅酸锂树脂。

进一步，所述改性硅酸锂树脂包括以下按重量份计的原料：硅酸锂溶液 30～60份、3-脲丙基三乙氧基硅烷1～5份、氢氧化锂溶液10～30份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷5～20份和甲基三乙氧基硅烷5～20份。其中，硅酸锂溶液的浓度为20～25％，模数为4～10。氢氧化锂溶液的浓度为5～15％，氢氧化锂稳定性好；氨水之类容易挥发；氢氧化钾、氢氧化钠容易引入钾离子和钠离子，造成返碱现象。

再进一步，所述改性硅酸锂树脂还包括有机硅树脂0.1～10份和/或硅丙乳液 0.1～10份；有机硅树脂带甲基和苯基的有机硅树脂乳液。由于改性硅酸锂树脂中硅烷偶联剂和硅烷水解物的物理化学作用，使长链的有机硅树脂或硅丙乳液与无机树脂键合形成了更长链的无机复合树脂，该树脂有更好的韧性和对基材的附着力。也正是由于有机硅树脂或硅丙乳液的加入形成了更长链的硅酸锂基无机复合树脂，使该树脂和用该树脂制成的无机涂料有了更好的性能稳定性。

具体地，所述改性硅酸锂树脂的合成方法，包括以下步骤：

1)加入硅酸锂溶液到恒温装置内，搅拌；

2)加入3-脲丙基三乙氧基硅烷，再加入氢氧化锂溶液调节pH为11～12.5；

3)继续加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入甲基三乙氧基硅烷，进行搅拌反应，得到改性硅酸锂树脂，冷却后备用。

进一步，所述分散剂为经过疏水改性的聚羧酸钠盐和/或经过马来酸酐改性的钠盐，使涂料具有良好的耐水性和稳定性；所述润湿剂为具有EO/PO结构的烷基聚氧乙烯醚表面活性剂，对无机粉料具有良好的润湿性，便于生产中粉料的加入。

再进一步，所述消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂和/或聚醚改性矿物油消泡剂，有机硅消泡剂具有良好的抑泡功能，改性矿物油消泡剂具有良好的消泡功能；所述保湿剂为羟乙基纤维素和/或带有羟甲基的多元醇，具有良好的保湿性。

进一步，所述增稠剂为羟乙基纤维素、瓜儿胶、改性硅酸镁锂、聚氨酯增稠剂中的一种或两种以上组合物，优选上面四种增稠剂复合，复合的增稠体系保证了涂料的稳定性。

再进一步，所述成膜助剂为醇酯十二；所述流平剂为聚氨酯改性聚醚，赋予涂料优异的流平性和增稠性。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

上述的硅酸锂内外墙涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)首先将水加入分散装置中，边搅拌边加入羟乙基纤维素和凹凸棒土，继续搅拌，再加入消泡剂、分散剂和润湿剂，继续搅拌；

2)再加入钛白粉、硅藻土、重质碳酸钙和煅烧高岭土，搅拌至均匀，接着继续搅拌；

3)再加入剩余物料，搅拌后，得到硅酸锂内外墙涂料。

具体地，包括以下步骤：

1)首先将水加入分散装置中，在转速为400～500r/min的条件下边搅拌边加入羟乙基纤维素和凹凸棒土，然后提高转速至600～700r/min下搅拌3～5min，再加入消泡剂、分散剂和润湿剂，继续搅拌5～10min；

2)再加入钛白粉、硅藻土、重质碳酸钙和煅烧高岭土，搅拌至均匀，接着调整转速至1500～2000r/min，搅拌10～20min，直到细度≤50μm；

3)接着调整转速至700～800r/min，再加入剩余物料，搅拌5～10min，得到硅酸锂内外墙涂料。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的硅酸锂内外墙涂料以改性硅酸锂树脂作为原料，再辅以羟乙基纤维素、分散剂、润湿剂、消泡剂、凹凸棒土、硅藻土、煅烧高岭土、重质碳酸钙、钛白粉、保湿剂、丙烯酸乳液、增稠剂和成膜助剂，改性硅酸锂树脂是通过硅烷偶联和水解合成的稳定的硅酸锂基树脂，具有高强度、高韧性和自干成膜的特性，从根本上避免了因涂料本身导致的墙面泛碱引起的发花现象。以该乳液为基料生产出的硅酸锂基无机涂料全面达到了无机涂料各项性能指标，显著提高了墙面的美观效果，并能利用经过硅烷偶联和水解的改性硅酸锂树脂提高涂料的耐候性和稳定性。另外，该硅酸锂内外墙涂料还具有无机涂料优异的自清洁效果、耐沾污性，因而在实际应用中具有重大的应用前景。

(2)本发明所用的改性硅酸锂树脂的主要成分是硅酸锂溶液，锂离子在水中会与溶于水中的CO₂发生反应生成难溶于水的碳酸锂，在常温下溶解性几乎可以忽略不计，并通过利用3-脲丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷对硅酸锂进行改性，进而使得本发明的无机树脂的稳定性大大提高。选用3-脲丙基三乙氧基硅烷作为偶联剂，氢氧化锂溶液稳定性好，且不易挥发，用于调整pH值，而γ-氨丙基三乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷的作用是引发水解反应，从而提高无机树脂的稳定性。还加入了有机硅树脂和硅丙乳液以进一步提高无机树脂的稳定性和耐热性。

(3)本发明所用的改性硅酸锂树脂的合成方法中，先加入硅酸锂溶液搅拌，再加入3-脲丙基三乙氧基硅烷进行偶联反应，接着加入氢氧化锂溶液调节pH为 11～12.5，再先后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷进行水解反应，得到硅酸锂基无机树脂，冷却后备用。在硅酸锂溶液中先加入硅烷偶联剂，使偶联剂先与硅酸锂产生偶联作用，既能够增加硅酸锂在温度和PH值变化时的稳定性，又能在接下来的硅烷水解时及时与水解产物键合，形成更长链的无机树脂。这种长链的无机树脂比单独的硅酸锂韧性好、强度高、性能稳定，故用这种合成的硅酸锂基无机树脂制成的涂料比用硅酸锂制成的涂料有更好的稳定性，大大提升了硅酸锂基系列无机涂料的产品稳定性。

其中，采用氢氧化锂溶液进行调节pH值，因氢氧化锂溶液不易挥发，而且能避免采用氢氧化钾、氢氧化钠容易引入钾离子和钠离子造成返碱的现象。

(4)发明的硅酸锂内外墙涂料的制备方法，先加入水，边搅拌边加入羟乙基纤维素和凹凸棒土，继续搅拌，再加入消泡剂、分散剂和润湿剂，继续搅拌；再加入钛白粉、硅藻土、重质碳酸钙和煅烧高岭土，搅拌至均匀，接着继续搅拌；最后加入剩余物料，搅拌后，得到硅酸锂内外墙涂料。该制备方法，步骤简单，反应条件温和，适合大规模生产制备。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1～5的硅酸锂内外墙涂料的配方(重量份)，具体如表1。

表1实施例1～5的硅酸锂内外墙涂料的配方

其中，实施例1～2的分散剂为经过疏水改性的聚羧酸钠盐，实施例3的分散剂为质量比为1：1的经过疏水改性的聚羧酸钠盐和经过马拉酸酐改性的钠盐，实施例4～5的分散剂为经过马拉酸酐改性的钠盐。实施例1～5的润湿剂为具有 EO/PO结构的烷基聚氧乙烯醚表面活性剂，具体为科莱恩化工(中国)有限公司GENAPOL ED3060。实施例1～2的消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂，实施例 3～5为质量比为1：1的聚醚改性有机硅消泡剂和改性矿物油消泡剂，其中，聚醚改性有机硅消泡剂为赢创特种化学(上海)有限公司FOAMEX810；改性矿物油消泡剂为圣诺普科有限公司NOPCO NXZ。实施例1～5的保湿剂为带有羟甲基的多元醇，具体为三羟甲基丙烷。实施例1～5的增稠剂为质量比为1：1：3： 2的羟乙基纤维素、瓜儿胶、改性硅酸镁锂和聚氨酯增稠剂。实施例1～5的成膜助剂为醇酯十二，流平剂为聚氨酯改性聚醚增稠剂。

其中，实施例1～5的改性硅酸锂树脂配方如表2所示。

表2实施例1～5的改性硅酸锂树脂配方(质量份)

其中，所述有机硅树脂为厂家为瓦克，型号为50E的带甲基和苯基的有机硅树脂乳液。

实施例1～2的改性硅酸锂树脂的合成方法，包括以下步骤：

1)加入硅酸锂溶液到恒温装置内，控制温度在50～60℃，搅拌；

2)加入3-脲丙基三乙氧基硅烷，再加入氢氧化锂溶液调节pH为11～12.5；

3)继续加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入甲基三乙氧基硅烷，搅拌反应 2h，得到改性硅酸锂树脂，冷却后备用。

实施例3～4的改性硅酸锂树脂的合成方法，包括以下步骤：

1)加入硅酸锂溶液到恒温装置内，控制温度在50～60℃，搅拌；

2)加入3-脲丙基三乙氧基硅烷，再加入氢氧化锂溶液调节pH为11～12.5；

3)继续加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入甲基三乙氧基硅烷，搅拌反应 2h；

4)再加入硅树脂和/或硅丙乳液，搅拌反应3h，得到改性硅酸锂树脂，冷却后备用。

上述的硅酸锂内外墙涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)首先将水加入分散装置中，在转速为400r/min的条件下边搅拌边加入羟乙基纤维素和凹凸棒土，然后提高转速至650r/min下搅拌3min，再加入消泡剂、分散剂和润湿剂，继续搅拌5min；

2)再加入钛白粉、硅藻土、重质碳酸钙和煅烧高岭土，搅拌至均匀，接着调整转速至1500r/min，搅拌20min，直到细度≤50μm；

3)接着调整转速至800r/min，再加入剩余物料，搅拌5min，得到硅酸锂内外墙涂料。

对比例1

对比例1与实施例5的不同之处在于：对比例1将改性硅酸锂树脂替换为硅酸钾溶液。其余组分和合成方法与实施例3相同。

对比例2

对比例2与实施例5的不同之处在于：对比例2将改性硅酸锂树脂替换为不经过改性的硅酸锂乳液。

对比例3

对比例3与实施例5的不同之处在于：对比例3的改性硅酸锂树脂中的氢氧化锂溶液替换为氨水，其余组分和合成方法与实施例5相同。

性能测试

取实施例1～5和对比例1～4的涂料根据JG/T 26-2002《外墙无机建筑涂料》 (I型)进行13项性能测试，结果如表3。再取实施例1～5的涂料分别静置在常温(20～30℃)下3个月、6个月、10个月、18个月和24个月，观察涂料在容器中有无结块、凝聚和霉变现象，结果见表4。

表3各组涂料的性能测试结果

表4实施例1～5的涂料在长时间放置后的情况

由表3可知，实施例1～5的涂料全面达到了无机涂料各项性能指标。对比例1将改性硅酸锂树脂替换为硅酸钾树脂，稳定性好，但是耐水耐碱性不佳，这是因为引起这种问题的主要原因是钾离子溶解在水中与水中的CO₂反应，形成了溶于水的碳酸钾，碳酸钾随着水份而析出，留在涂料表面。对比例2的硅酸锂乳液不经过改性，虽然耐水性提高，但储存稳定性差，很难制成长期(保质期12个月)稳定的产品，采用不经过改性的硅酸锂乳液制成的涂料，只能稳定保存不超过7天时间。对比例3将改性硅酸锂树脂中的氢氧化锂溶液替换为氨水，氨水容易挥发，耐热性不佳，挥发后涂料会分层，同理，也不能把调节 pH的氢氧化锂溶液替换为氢氧化钠或氢氧化钾，引入钾离子和钠离子，会造成返碱现象。所以利用改性硅酸锂树脂制成的涂料不会造成返碱现象，且稳定性良好。

由表4可知，实施例1和2的涂料中改性硅酸锂树脂中由于没有加入有机硅树脂和硅丙乳液，只能稳定储存12个月，而实施例3和4分别都只加入了有机硅树脂和硅丙乳液中的一种，能稳定储存18个月。实施例5由于加入了有机硅树脂和硅丙乳液，所以能稳定储存24个月，说明同时加入有机硅树脂和硅丙乳液的改性硅酸锂树脂能有效提高涂料的稳定性。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种硅酸锂内外墙涂料，其特征在于，包括以下按重量份计的原料：水16～25份、羟乙基纤维素0.2～0.5份、分散剂0.3～0.6份、润湿剂0.1～0.3份、消泡剂0.2～0.5份、凹凸棒土0.5～1份、硅藻土4～8份、煅烧高岭土4～8份、重质碳酸钙10～20份、钛白粉6～15份、保湿剂0.2～0.5份、丙烯酸乳液3～12份、改性硅酸锂树脂12～36份、增稠剂0.1～0.3份、成膜助剂0.6-2份和流平剂0.4～0.6份；其中，改性硅酸锂树脂为经过硅烷偶联和水解的改性硅酸锂树脂。

2.如权利要求1所述的硅酸锂内外墙涂料，其特征在于，所述改性硅酸锂树脂包括以下按重量份计的原料：硅酸锂溶液30～60份、3-脲丙基三乙氧基硅烷1～5份、氢氧化锂溶液10～30份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷5～20份和甲基三乙氧基硅烷5～20份。

3.如权利要求2所述的硅酸锂内外墙涂料，其特征在于，所述改性硅酸锂树脂还包括有机硅树脂0.1～10份和/或硅丙乳液0.1～10份；有机硅树脂为带甲基和苯基的有机硅树脂乳液。

4.如权利要求2所述的硅酸锂内外墙涂料，其特征在于，所述改性硅酸锂树脂的合成方法，包括以下步骤：

1)加入硅酸锂溶液到恒温装置内，搅拌；

2)加入3-脲丙基三乙氧基硅烷，再加入氢氧化锂溶液调节pH为11～12.5；

3)继续加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入甲基三乙氧基硅烷，进行搅拌反应，得到改性硅酸锂树脂，冷却后备用。

5.如权利要求1所述的硅酸锂内外墙涂料，其特征在于，所述分散剂为经过疏水改性的聚羧酸钠盐和/或经过马来酸酐改性的钠盐；所述润湿剂为具有EO/PO结构的烷基聚氧乙烯醚表面活性剂。

6.如权利要求1所述的硅酸锂内外墙涂料，其特征在于，所述消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂和/或聚醚改性矿物油消泡剂；所述保湿剂为羟乙基纤维素和/或带有羟甲基的多元醇。

7.如权利要求1所述的硅酸锂内外墙涂料，其特征在于，所述增稠剂为羟乙基纤维素、瓜儿胶、改性硅酸镁锂、聚氨酯增稠剂中的一种或两种以上组合物。

8.如权利要求1所述的硅酸锂内外墙涂料，其特征在于，所述成膜助剂为醇酯十二；所述流平剂为聚氨酯改性聚醚。

9.权利要求1～8任一项所述的硅酸锂内外墙涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先将水加入分散装置中，边搅拌边加入羟乙基纤维素和凹凸棒土，继续搅拌，再加入消泡剂、分散剂和润湿剂，继续搅拌；

2)再加入钛白粉、硅藻土、重质碳酸钙和煅烧高岭土，搅拌至均匀，接着继续搅拌；

3)再加入剩余物料，搅拌后，得到硅酸锂内外墙涂料。

10.如权利要求9所述的硅酸锂内外墙涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先将水加入分散装置中，在转速为400～500r/min的条件下边搅拌边加入羟乙基纤维素和凹凸棒土，然后提高转速至600～700r/min下搅拌3～5min，再加入消泡剂、分散剂和润湿剂，继续搅拌5～10min；

2)再加入钛白粉、硅藻土、重质碳酸钙和煅烧高岭土，搅拌至均匀，接着调整转速至1500～2000r/min，搅拌10～20min，直到细度≤50μm；

3)接着调整转速至700～800r/min，再加入剩余物料，搅拌5～10min，得到硅酸锂内外墙涂料。