CN116239904A - 一种可调色的无机矿物外墙涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可调色的无机矿物外墙涂料及其制备方法，包括按重量份计的：水200‑500份、分散剂3‑10份、润湿剂1‑5份、消泡剂3‑10份、颜填料400‑410份、纤维素5‑15份、pH调节剂1‑5份、丙烯酸乳液120‑250份、无机树脂80‑100份、成膜助剂10‑30份、防冻剂10‑30份、增稠剂1‑5份、消泡剂3‑10份、防腐剂1‑5份；所述无机树脂为无机硅酸钾。本发明以无机硅酸钾为主要成膜物质，通过硅化作用与乳液、基材、颜填料等发生化学键合作用，且相互之间具有很强的结合能力，因此，能够在大幅降低乳液用量的同时赋予涂膜优异的机械性能，最终实现外墙乳胶漆涂料能够兼顾装饰性和防火性。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种可调色的无机矿物外墙涂料及其制备方法。
背景技术
近年来各地火灾时有发生，提高材料的阻燃性能是有效降低火灾危害性的有效途径。饰面型防火涂料是涂覆在可燃性基材表面的涂料，因其平整的涂膜能起到装饰作用，又可以在火灾发生时因其涂层对可燃性基材起到防火保护、阻止火焰蔓延作用的膨胀型防火涂料。随着社会的快速发展，如何改进单纯的膨胀型防火涂料色彩单一、缺乏质感等问题成为该领域学者需要持续不断研究的重要课题。
在外墙建筑的装饰涂料中，乳胶漆因其迅速成膜、缩短工期、节省施工费用、透气性优良、环保无异味、耐洗刷等优点，在建筑环保涂料中占据重要地位，然而传统外墙乳胶漆涂料并没有防火功能。虽然饰面防火涂料能有效阻止火焰蔓延，起到防火保护作用，但远不如外墙乳胶漆应用广泛。建筑火灾事故仍然发生在我们身边，损害着国家的经济发展和人民的切身安全，因此，如何开发一款既有装饰性，又有功能性的防火外墙乳胶漆涂料已成为研究的前沿和重点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：本发明提供一种可调色的无机矿物外墙涂料及其制备方法，以解决传统外墙乳胶漆涂料中耐燃性不足的问题，确保兼顾安全之余还能达到良好的装饰效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种可调色的无机矿物外墙涂料，包括按重量份计的：
水200-500份、分散剂3-10份、润湿剂1-5份、消泡剂3-10份、颜填料400-410份、纤维素5-15份、pH调节剂1-5份、丙烯酸乳液120-250份、无机树脂80-100份、成膜助剂10-30份、防冻剂10-30份、增稠剂1-5份、消泡剂3-10份、防腐剂1-5份；
所述无机树脂为无机硅酸钾。
本发明提出的一种可调色的无机矿物外墙涂料，以无机硅酸钾为主要成膜物质，通过硅化作用与乳液、基材、颜填料等发生化学键合作用，且相互之间具有很强的结合能力，因此，能够在大幅降低乳液用量的同时赋予涂膜优异的机械性能，最终实现外墙乳胶漆涂料能够兼顾装饰性和防火性。
可选地，所述无机树脂的固含量为35±2％。
可选地，所述丙烯酸乳液为阴离子与非离子匹配的丙烯酸乳液。
可选地，所述颜填料占总重量百分比的40-41％。
可选地，所述丙烯酸乳液与无机树脂的重量比为1.5-3:1。
第二方面，本发明提供一种可调色的无机矿物外墙涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水、分散剂、润湿剂、消泡剂加入分散机中，以第一转速进行搅拌分散；
S2、继续投入颜填料，以第二转速进行搅拌分散5-10min；
S3、再投入纤维素，搅拌分散3-5min；
S4、设定分散机的转速为第三转速，投入pH调节助剂，搅拌分散15-20min；
S5、设定分散机的转速为第四转速，依次投入丙烯酸乳液、无机树脂、成膜助剂、防冻剂、防腐剂、消泡剂，分散5-10min，即可。
可选地，所述第一转速为200-400r/min，所述第二转速为500-700r/min，所述第三转速为1000-1500r/min，所述第四转速为800-1000r/min。
其中，第二方面所提供的一种可调色的无机矿物外墙涂料的制备方法所对应的技术效果参照第一方面所提供的一种可调色的无机矿物外墙涂料的相关描述。
附图说明
图1为实施例1与对比例1的防火性能对比图；
图2为实施例1与对比例2的展色性能对比图；
图3为实施例1与对比例2的耐洗刷性能对比图；
图4为实施例2与对比例3-5相容性测试对比图；
图5为实施例1与对比例6-8热储30天表观状态对比图；
图6为实施例1与对比例10、13和14热储30天表观状态对比图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提供一种可调色的无机矿物外墙涂料，包括按重量份计的：
水200-500份、分散剂3-10份、润湿剂1-5份、消泡剂3-10份、颜填料400-410份、纤维素5-15份、pH调节剂1-5份、丙烯酸乳液120-250份、无机树脂80-100份、成膜助剂10-30份、防冻剂10-30份、增稠剂1-5份、消泡剂3-10份、防腐剂1-5份；
所述无机树脂为无机硅酸钾。
所述无机树脂的固含量为35±2％。
所述丙烯酸乳液为阴离子与非离子匹配的丙烯酸乳液。
所述颜填料占总重量百分比的40-41％。
优选地，所述颜填料占总重量百分比的40％。
所述丙烯酸乳液与无机树脂的重量比为1.5-3:1。
优选地，所述丙烯酸乳液与无机树脂的重量比为3:2。
作为本发明优选的技术方案，所述无机树脂的重量份可为80份、84份、90份或94份等；所述丙烯酸乳液的重量份可为120份、126份、135份或141份等；但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
其通过下述方法制得：
S1、将水、分散剂、润湿剂、消泡剂加入分散机中，以200-400r/min转速进行搅拌分散；
S2、继续投入颜填料，以500-700r/min转速进行搅拌分散5-10min；
S3、再投入纤维素，搅拌分散3-5min；
S4、设定分散机的转速为1000-1500r/min，投入pH调节助剂，搅拌分散15-20min；
S5、设定分散机的转速为800-1000r/min，依次投入丙烯酸乳液、无机树脂、成膜助剂、防冻剂、防腐剂、消泡剂，分散5-10min，即可。
实施例1
一种可调色的无机矿物外墙涂料，包括按重量份计的：
水300份、分散剂5份、润湿剂2份、消泡剂5份、颜填料400份、纤维素9份、pH调节剂3份、丙烯酸乳液144份、无机树脂96份、成膜助剂14份、防冻剂14份、增稠剂2份、消泡剂4份、防腐剂2份；
所述无机树脂为无机硅酸钾。
所述无机树脂的固含量为35±2％。
所述丙烯酸乳液为阴离子与非离子匹配的丙烯酸乳液。
所述颜填料占总重量百分比的40％。
所述丙烯酸乳液与无机树脂的重量比为3:2。
其通过下述方法制得：
S1、将水、分散剂、润湿剂、消泡剂加入分散机中，以200-400r/min转速进行搅拌分散；
S2、继续投入颜填料，以500-700r/min转速进行搅拌分散5-10min；
S3、再投入纤维素，搅拌分散3-5min；
S4、设定分散机的转速为1000-1500r/min，投入pH调节助剂，搅拌分散15-20min；
S5、设定分散机的转速为800-1000r/min，依次投入丙烯酸乳液、无机树脂、成膜助剂、防冻剂、防腐剂、消泡剂，分散5-10min，即可。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，仅含丙烯酸乳液(阴离子与非离子匹配的丙烯酸乳液)与无机树脂(固含量为35±2％的无机硅酸钾)。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，丙烯酸乳液为160份，无机树脂为80份，两者的重量比为2:1。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，丙烯酸乳液为180份，无机树脂为60份，两者的重量比为3:1。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，颜填料为410份，调节颜填料在配方中的占比为41％。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，不含无机树脂。
对比例2
本对比例为普通无机涂料，采用达立DWQ600市售产品。
对比例3
本对比例与实施例2的区别在于，丙烯酸乳液类型不同，以阴离子型丙烯酸乳液替代阴离子与非离子匹配的丙烯酸乳液。
对比例4
本对比例与实施例2的区别在于，丙烯酸乳液类型不同，以阴离子型丙烯酸乳液替代阴离子与非离子匹配的丙烯酸乳液(本对比例与对比例3的区别在于乳液供应商不同)。
对比例5
本对比例与实施例2的区别在于，丙烯酸乳液类型不同，以阴离子与反应型乳化剂结合的丙烯酸乳液替代阴离子与非离子匹配的丙烯酸乳液。
对比例6
本对比例与实施例1的区别在于，不含丙烯酸乳液。
对比例7
本对比例与实施例1的区别在于，丙烯酸乳液为96份，无机树脂为144份，两者的重量比为2:3。
对比例8
本对比例与实施例1的区别在于，丙烯酸乳液为120份，无机树脂为120份，两者的重量比为1:1。
对比例9
本对比例与实施例1的区别在于，丙烯酸乳液为131份，无机树脂为109份，两者的重量比为6:5。
对比例10
本对比例与实施例1的区别在于，颜填料为375份，调节颜填料在配方中的占比为37.5％。
对比例11
本对比例与实施例1的区别在于，颜填料为390份，调节颜填料在配方中的占比为39％。
对比例12
本对比例与实施例1的区别在于，颜填料为420份，调节颜填料在配方中的占比为42％。
对比例13
本对比例与实施例1的区别在于，颜填料为425份，调节颜填料在配方中的占比为42.5％。
对比例14
本对比例与实施例1的区别在于，颜填料为450份，调节颜填料在配方中的占比为45％。
将实施例1和对比例1所制得的产品进行防火性能测试，将实施例1和对比例2所制得的产品进行展色性和耐洗刷性测试，考察有机-无机复配体系对无机矿物外墙涂料防火性能、展色性能和耐洗刷性能的影响。
(一)防火性测试
作为一种具有A级防火功能的外墙矿物涂料，产品的防火性能对其至关重要。
测试方法：通过使用便携式火焰枪对准样板一个区域灼烧15s，观察灼烧区域烧毁程度，其结果如表1和图1所示。
表1实施例1与对比例1的防火性能测试结果
由上述测试结果可知，无机矿物外墙涂料(实施例1)较普通外墙乳胶漆(对比例1)的防火性能明显更优。
(二)展色性测试
与传统外墙平涂产品不同的是：无机产品对颜填料的要求较高，同色浆的相容性较差，调色困难，颜色稳定性差。但有机-无机复配体系无机矿物外墙涂料中因无机体系选用的是高固含、高稳定化的无机树脂，其对颜填料要求更低，宽容性更好，同色浆相容性更佳，调色更方便，颜色更稳定，因此，成品具有优异的展色性。
测试方法：本发明以样品在测试前后之间的△E值(衡量色准的参数)来定义样品展色性的好坏，即△E值越小，展色性越好，△E值越大，展色性越差，其测试结果见表2和图2。
表2实施例1与对比例2的展色性测试结果
从表2测试数据可知，不管是浅基展色性测试还是深基展色性测试(展色性效果见图2，如图2-A为普通无机涂料添加浅基3％大红色浆震荡5min后展色效果图，其余图示编号参照理解)，无机外墙矿物涂料的△E值均小于市售的普通无机涂料，即无机矿物外墙涂料的展色性较普通无机涂料好。
(三)耐洗刷性测试
有机-无机复配体系无机矿物涂料中无机体系选用的是高固含、高稳定化的无机树脂，此无机树脂具有优异的无机矿物基材附着力，对基材的渗透力极强，能渗透到基材内部，并与基材中多价金属离子、砂等产生化学交联反应，使涂膜具有较强的附着力，耐擦洗性能更好，远高于硅溶胶基无机涂料。
本发明通过对比普通无机涂料，在恒温恒湿养护条件下养护相同时间，测试其耐洗刷性。以漆膜磨损程度及测试次数来定义样品耐洗刷性的好坏，即相同次数，磨损程度越轻微，耐洗刷性越好；或相同磨损程度，耐擦洗次数越多，耐洗刷性越好，测试结果如表3和图3所示。
表3实施例1与对比例2的耐洗刷性测试结果
通过上述测试结果可知，在相同的测试次数下，无机矿物外墙涂料的磨损程度优于普通无机外墙平涂，即无机矿物外墙涂料的耐洗刷性较普通无机涂料好。
(四)不同乳液与无机树脂复配相容性测试
相容性作为有机-无机复配体系的首要问题，需筛选合适的乳液与无机树脂复配，保证乳液与无机树脂之间存在良好的相容性。将实施例2和对比例3-5中的乳液与无机树脂进行1:1混合，测试两者之间的相容性，其结果如表4和图4所示。
表4不同乳液与无机树脂复配相容性测试结果
表4和图4的测试结果表明，无机树脂与对比例3-5中所用乳液直接混和后热储3天会发生凝胶过程，相容性差，而其与实施例2所用的阴离子与非离子匹配的丙烯酸乳液具有较好的相容性。因此，本发明选择实施例2中所用乳液与无机树脂进行复配。
(五)不同有机-无机配比下浆料储存稳定性测试
将由不同有机-无机配比(乳液：无机树脂)所制备的实施例1、3和4以及对比例6-9制备的浆料进行储存性能对比测试，其结果如表5和图5所示。
表5不同有机-无机配比制备浆料储存性能测试结果
由表5测试结果可知，随着无机树脂占比减少，浆料的初始粘度随之增加，pH值随之降低，热储表观状态随之好转(部分样品热储表观状态参见图5)，热储后稠程度整体呈减小趋势。当有机-无机配比＝1.5-3:1时，浆料的热储稳定性均满足要求，但由于《建筑内外墙用液体无机涂料》标准中要求：外墙涂料中的高分子有机含量不超过8％，而乳液占比越高，有机物含量越高，因此，以测试合格配方中有机物占比最少的配方即有机-无机配比＝3:2为较优实施例。
(六)不同颜填料占比制备浆料储存稳定性测试
为进一步优化产品的储存稳定性，选择不同的颜填料占比所制备的实施例1和5以及对比例10-14进行对比测试，其结果如表6和图6所示。
表6不同颜填料占比制备浆料储存稳定性测试结果
从表6的测试结果不难看出，浆料的初始粘度随着颜填料占比的增加而上升，当配方40％≤颜填料占比≤41％时，配方的热储稳定性合格(部分样品热储30天表观状态参见图6)，且当颜填料占比为40％时，配方的热储粘度变化最小。因此，本发明颜填料占比为40％时为产品的热储性能佳。
本发明采用有机-无机复配体系，通过筛选合适的乳液，设计合理的配比体系，平衡乳液与无机树脂的相容性以及产品的热储稳定性，提高了外墙乳胶漆的防火性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种可调色的无机矿物外墙涂料，包括按重量份计的：
水200-500份、分散剂3-10份、润湿剂1-5份、消泡剂3-10份、颜填料400-410份、纤维素5-15份、pH调节剂1-5份、丙烯酸乳液120-250份、无机树脂80-100份、成膜助剂10-30份、防冻剂10-30份、增稠剂1-5份、消泡剂3-10份、防腐剂1-5份；
所述无机树脂为无机硅酸钾。
2.如权利要求1所述的一种可调色的无机矿物外墙涂料，其特征在于，所述无机树脂的固含量为35±2％。
3.如权利要求1所述的一种可调色的无机矿物外墙涂料，其特征在于，所述丙烯酸乳液为阴离子与非离子匹配的丙烯酸乳液。
4.权利要求1所述的一种可调色的无机矿物外墙涂料，其特征在于，所述颜填料占总重量百分比的40-41％。
5.权利要求1所述的一种可调色的无机矿物外墙涂料，其特征在于，所述丙烯酸乳液与无机树脂的重量比为1.5-3:1。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的可调色的无机矿物外墙涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水、分散剂、润湿剂、消泡剂加入分散机中，以第一转速进行搅拌分散；
S2、继续投入颜填料，以第二转速进行搅拌分散5-10min；
S3、再投入纤维素，搅拌分散3-5min；
S4、设定分散机的转速为第三转速，投入pH调节助剂，搅拌分散15-20min；
S5、设定分散机的转速为第四转速，依次投入丙烯酸乳液、无机树脂、成膜助剂、防冻剂、防腐剂、消泡剂，分散5-10min，即可。
7.如权利要求6所述的一种可调色的无机矿物外墙涂料制备方法，其特征在于，所述第一转速为200-400r/min，所述第二转速为500-700r/min，所述第三转速为1000-1500r/min，所述第四转速为800-1000r/min。
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