CN115353758A - 一种高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料及其制备方法，其包括如下质量份数的成分：苯丙乳液6‑8份、聚二甲基硅氧烷乳液5‑8份、颜填料20‑30份、助剂2.3‑6份、改性硅溶胶30‑40份、水；其中，所述改性硅溶胶是有机硅烷经水解自缩聚后，然后与稳定化硅溶胶表面的硅羟基反应所得的产物。本发明赋予涂料更好的渗透性和硬度，并且能够降低漫反射，形成具有柔和光泽的涂层，进一步提高了漆膜的防涂鸦能力。本发明实现了较高的光泽、较高的硬度和较好的耐擦洗性能，同时具有更强的稳定性、成膜性和防火能力，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于涂料领域，具体涉及一种高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料及其制备方法。
背景技术
目前在国内流行的建筑涂料品种中，以合成树脂丙烯酸乳液的衍生产品为主，如乳胶漆、真石漆、多彩涂料等。在室内装饰涂料领域，主要采用内墙乳胶漆，因其便捷高效的施工性、优异的物理性能、丰富的装饰性和良好的性价比而受到市场的欢迎。内墙乳胶漆因乳液的种类不同，亦可分为多种产品类别，如苯丙乳胶漆、纯丙乳胶漆、醋丙乳胶漆等。不同的乳液给涂料产品带来不同的物理特性，乳胶漆的优点有净味环保、耐水性好、遮盖力好、色彩柔和等，通过赋予一些功能性助剂，也可以使涂膜实现一定的防涂鸦功能。然而该类涂料也有一些难以实现的性能：如产品的硬度一般，且产品自身不具备耐燃性能，不能作为A级不燃材料使用，在目前对安全环保关注越来越多的今天，极大地限制了产品的使用和推广。
在一些公共建筑领域，如学校、医疗、隧道等区域，经常会要求使用A级不燃材料。以硅酸盐为主要粘结物质的无机涂料在这种领域使用有较大优势：这是因为硅酸盐的不燃特性，符合A级不燃的燃烧等级要求。
虽然目前内墙装饰的产品有从有机往无机转化的趋势，但是，常规的硅酸盐无机涂料多为哑光涂料，且硬度一般、寿命较短，难以实现与有机涂层相同的陶瓷釉面效果，且由于哑光无机涂料微观孔隙较多，污渍较易渗入到漆膜内部，因此难以实现有机涂料的防涂鸦性能，还具有较多缺陷。
综上所述，针对现有无机陶瓷涂料的产品技术中存在的不足，亟需研发一种新的技术方案，来解决以上缺陷。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料及其制备方法，本发明采用改性硅溶胶为主要粘结剂，苯丙乳液和聚二甲基硅氧烷乳液为辅助粘结剂，通过多种组分的混合赋予涂料更好的渗透性，以及更好的加固性能和硬度。并且，硅溶胶和颜填料能够产生协同作用，从而降低了漫反射，形成具有柔和光泽的涂层，进一步提高了漆膜的防涂鸦能力。本发明实现了较高的光泽、较高的硬度和较好的耐擦洗性能，同时具有更强的稳定性、成膜性和防火能力，具有良好的应用前景。
本发明的一个目的在于，提供一种高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料，所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料包括如下质量份数的成分：
其中，所述改性硅溶胶是有机硅烷经水解自缩聚后，然后与稳定化硅溶胶表面的硅羟基反应所得的产物。
苯丙乳液的最低成膜温度≤5℃，其具备一定的柔韧性，因硅溶胶为刚性材料，单独作为粘结物质在漆膜成膜时可能出现固化收缩，易出现开裂、脱落等现象，具备柔韧性的乳液可以和硅溶胶协同作用，降低漆膜应力，防止开裂情况的产生。同时成膜温度低可以不用添加成膜助剂，有利于节能环保。
聚二甲基硅氧烷树脂乳液，是一种水性、无溶剂的硅氧烷改性的有机硅乳液，可作为防涂鸦助剂用于水性涂料。它具有优异的疏水性和疏油性，具有一定防涂鸦效果，本发明中的最佳用量为5-8％。
进一步地，所述助剂选自分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、防霉剂、成膜助剂或pH调节剂的一种或多种。
进一步地，所述消泡剂为矿物油类消泡剂；所述分散剂为聚丙烯酸钠盐类的分散剂；所述润湿剂为烷基聚氧乙烯醚类润湿剂；所述增稠剂为纤维素类增稠剂，如纤维素醚；所述成膜助剂为十二醇酯。
进一步地，所述颜填料选自钛白粉或硫酸钡的一种或两种。
进一步地，所述钛白粉为金红石型钛白粉。
金红石型钛白粉采用硅和铝沉淀作表面处理和有机物处理，提高了钛白粉在水性体系分散性和稳定性。
进一步地，所述硫酸钡的粒径≤0.4μm。
进一步地，所述改性硅溶胶的粒径为100-140nm。
本发明的另一个目的在于，提供上述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料的制备方法，所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料的制备方法包括如下步骤：
改性硅溶胶的制备：
S1.将有机硅烷进行水解反应，得到中间产物1；
S2.将所述中间产物1进行自缩聚反应，得到中间产物2；
S3.将所述中间产物2与稳定化硅溶胶进行反应，得到所述改性硅溶胶；
高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料的制备：
L1.将水、助剂加入容器中，共混搅拌后，得到胶状物质；
L2.将颜填料加入所述胶状物质中，打浆研磨后，搅拌加入苯丙乳液；
L3.加入改性硅溶胶、聚二甲基硅氧烷乳液和剩余助剂，混合均匀后得到产物。
进一步地，步骤S2中，所述自缩聚反应的条件为：在pH 9-10、有机胺催化条件下，转速200-300r反应1-2h。
进一步地，步骤S3中，所述反应的条件为：在70-80℃下，转速200-300r反应1-2h。
进一步地，步骤S3中，所述中间产物2与稳定化硅溶胶的质量比为2-6:100。
本发明中采用有机硅烷及其水解、自缩聚产物，与稳定化硅溶胶表面羟基进行反应，其具体反应机理如下：
如上面结构所示，硅烷中的-SiOH会与硅溶胶的-SiOH发生缩合反应，使其牢牢锚定在硅溶胶表面，从而发挥硅烷中官能团的双疏作用，与聚二甲基硅氧烷乳液共混后，进一步提升了漆膜的防涂鸦性能。
本发明中的改性硅溶胶具有较大粒径，与乳液混合后具有良好的渗透性，能够较好的渗入墙体中，并且其-Si-O-Si-网状骨架凝胶结构，与特定粒径的颜填料组合、镶嵌后，能够产生协同效应，硅溶胶的硅氧键和颜填料的分子间作用力相互结合，形成更加规整的表面，使涂层更加坚固、紧密，还能够达到涂膜平整光滑的效果，降低了漫反射，形成具有柔和光泽有光涂层；另外，意外地发现，本发明的高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料在保证强度的同时，还显著改善了产品的稳定性，从而有效延长了产品的使用寿命。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供了一种高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料，其材料中有机物含量较低，因此可实现A级不燃性能(A1级或A2级)，满足了公共建筑项目的需求。
2.本发明大大提高了涂料产品的耐沾污性，可以通过定期清洗的方式极大地减少涂料的翻修成本，例如医院和学校内走道墙面通常会有医学污渍和生活污渍残留，如清洗不了则需要定期翻新，造成极大的社会成本浪费，若墙面能实现抗涂鸦效果，则有效降低了建设成本，意义重大。
3.本发明的高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料具有良好的光反射性能，在隧道等环境中可以通过涂刷该涂料，提高隧道空间亮度、节能减排、减少事故发生，实现美化、安全等效果。
4.与常规乳胶漆等涂料相比，本发明提供的高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料稳定性更好，能有效防止产生漆膜剥落的问题，延长了使用寿命。同时本发明的涂料施涂于墙面上可以大幅提升基材的强度和硬度，使得墙体具有一定的抗冲击性和附着力，具有良好的应用前景。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，列举如下实施例。实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料，以及本领域技术人员所熟知的技术手段。
本发明实施例中的苯丙乳液为万华ARCHSOL 8019。
本发明实施例中的聚二甲基硅氧烷树脂乳液为赢创Protect 5100N。
本发明实施例中的颜填料为钛白粉和硫酸钡。
本发明实施例中的金红石型钛白粉为龙蟒R-996钛白粉。
本发明实施例中的硫酸钡为改性超细高光硫酸钡，粒径≤0.4μm，BaSO4含量≥98％。
本发明实施例中的稳定化硅溶胶为培藤材料的MOS-S380。
本发明实施例中的有机硅烷为A-187环氧硅烷。
本发明对比例中的未改性硅溶胶为奥润S380硅溶胶，粒径为7-10μm。
本发明实施例中的分散剂为高泰P30。
本发明实施例中的润湿剂为科莱恩LCN070。
本发明实施例中的消泡剂为巴斯夫ST2410AC。
本发明实施例中的纤维素增稠剂为HBR250。
本发明实施例中的成膜助剂为TEXANOL。
本发明实施例中的pH调节剂为AMP-95。
本发明对比例中的重钙为GF110，粒径为1000目。
本发明实施例中的改性硅溶胶的制备方法为：
S1.将有机硅烷在pH为9，有机胺催化下，以常温300r转速搅拌反应1h，得到中间产物1；
S2.将所述中间产物1在70℃温度下，以300r转速反应1h，得到中间产物2；
S3.将所述中间产物2与稳定化硅溶胶常温下(中间产物2：稳定化硅溶胶＝3.5:100，m/m)，以300r转速反应1h，得到所述改性硅溶胶，其粒径为100nm。
实施例1-3和对比例1-2的原料组分如表1所示，数值所表示的为质量份数。说明书中所涉及的“份”，也均指质量份数。
表1实施例1-3和对比例1-2的成分(单位：份)
| 成分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 苯丙乳液 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| 聚二甲基硅氧烷乳液 | 5 | 6 | 8 | 5 | 5 |
| 金红石钛白粉 | 20 | 18 | 18 | 20 | 20 |
| 硫酸钡 | 10 | 10 | 8 | / | 10 |
| 重钙 | / | / | / | 10 | / |
| 分散剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 润湿剂 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 消泡剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 增稠剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 成膜助剂 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| pH调节剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 改性硅溶胶 | 32 | 36 | 40 | 32 | / |
| 未改性硅溶胶 | / | / | / | / | 32 |
| 水 | 22.6 | 19.6 | 15.6 | 22.6 | 22.6 |
实施例1-3的高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料的制备方法包括如下步骤：
L1.按上述质量份数，将水、分散剂、润湿剂、消泡剂、成膜助剂、纤维素增稠剂加入分散缸中，共混后500RPM搅拌，得到胶状物质；
L2.将金红石钛白粉和硫酸钡加入所述胶状物质中，3000RPM转速下打浆研磨20min至细度少于60μm，然后1200RPM下搅拌加入苯丙乳液；
L3.加入改性硅溶胶、聚二甲基硅氧烷乳液和剩余助剂，1000RPM下搅拌均匀得到产物。
对比例1-2与实施例1所用成分、成分质量份数和制备方法均相同，唯一不同在于，对比例1-2中，将实施例1中的颜填料或改性硅溶胶等质量份数替换。
测试例
对实施例1-3和对比例1-2进行性能测试。
测试方法：按照JG/T26-2002、GB/T 6739-2006、JGT 304-2011标准进行性能测试。
测试结果如表2所示。
表2实施例1-3和对比例1-2性能测试结果
根据表2可以得出，实施例1-3制备的高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料各项性能优异，对比率大于0.95，耐擦洗大于6000次，低温储存无异常，耐沾污性小于20％，同时具有良好的防火性能，而对比例1-2中将颜填料、改性硅溶胶组分替换，导致组分间无法产生或降低了协同效应，颜料与硅溶胶的分子间作用力低，无法形成致密的疏水涂层，且与基材的结合力弱，从而在光泽、硬度、稳定性、防涂鸦性和成膜性上均有明显降低，无法满足实际使用的需求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料，其特征在于，所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料包括如下质量份数的成分：
其中，所述改性硅溶胶是有机硅烷经水解自缩聚后，然后与稳定化硅溶胶表面的硅羟基反应所得的产物。
2.根据权利要求1所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料，其特征在于，所述助剂选自分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、防霉剂、成膜助剂或pH调节剂的一种或多种。
3.根据权利要求1所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料，其特征在于，所述颜填料选自钛白粉或硫酸钡的一种或两种。
4.根据权利要求3所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料，其特征在于，所述钛白粉为金红石型钛白粉。
5.根据权利要求3所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料，其特征在于，所述硫酸钡的粒径≤0.4μm。
6.根据权利要求1所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料，其特征在于，所述改性硅溶胶的粒径为100-140nm。
7.权利要求1-6任一项所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料的制备方法包括如下步骤：
改性硅溶胶的制备：
S1.将有机硅烷进行水解反应，得到中间产物1；
S2.将所述中间产物1进行自缩聚反应，得到中间产物2；
S3.将所述中间产物2与稳定化硅溶胶进行反应，得到所述改性硅溶胶；
高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料的制备：
L1.将水、助剂加入容器中，共混搅拌后，得到胶状物质；
L2.将颜填料加入所述胶状物质中，打浆研磨后，搅拌加入苯丙乳液；
L3.加入改性硅溶胶、聚二甲基硅氧烷乳液和剩余助剂，混合均匀后得到产物。
8.根据权利要求7所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述自缩聚反应的条件为：在pH9-10、有机胺催化条件下，转速200-300r反应1-2h。
9.根据权利要求7所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述反应的条件为：在70-80℃下，转速200-300r反应1-2h。
10.根据权利要求7所述高硬度防涂鸦的无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述中间产物2与稳定化硅溶胶的质量比为2-6:100。
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