CN116376331A - 一种地聚合物基无机反光涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无机反光涂料技术领域，公开了一种地聚合物基无机反光涂料及其制备方法和应用，所述一种地聚合物基无机反光涂料，包括以下组分：活性材料，固体水玻璃，氢氧化钠，乳液，钛白粉，滑石粉，消泡剂，流平剂，分散剂，磷酸。本发明以固体水玻璃和活性材料作为成膜物质，可调整涂料的基本力学性能和表观状态；掺入乳液改善涂层的成膜状态，防止涂层开裂。通过掺入颜填料提升涂层的白度，增强所述涂料的反光性能；本发明提供的地聚合物基无机反光涂料的附着力和铅笔硬度性能优异，有较高的反射系数，通过DIALux软件模拟隧道环境下的灯光照明效果，也确定了涂层适用于隧道的可能性。
Description
技术领域
本发明涉及无机反光涂料技术领域，尤其涉及一种地聚合物基无机反光涂料及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国基建工程的大规模推进，道路隧道工程的数量与规模的也不断增加，要通过合理方式方法实现交通路网中的节能环保是目前发展的重点。
无机涂层在反应完成之后化学性质较为稳定，发生其他化学反应的可能性很小，所以无机涂层的使用寿命普遍比有机高分子涂层的使用寿命要长，并且无机涂层相较于有机涂层更为环保，不会对环境产生恶劣的影响。地聚合物是一种性能优异的无机胶凝材料，特殊的三维网状结构使其在某些方面具备比高分子材料、水泥、陶瓷和金属更好的耐高温性能和机械性能。现在的隧道工程中使用的无机涂料含有的有机物含量多，导致涂料本身的防火性能降低，而且现在在隧道里常用的无机涂料，多呈灰色，表面对光线的反射率低，导致隧道的照明度比较低，对行车安全有较大的威胁，地聚合物基无机涂料本身防火性能优异，并且具备较高的反射率，能够隧道的照明度得到有效提高，保障隧道的行车安全。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种地聚合物基无机反光涂料及其制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种地聚合物基无机反光涂料，包括以下重量份数的组分：活性材料40-60份，固体水玻璃20-40份，氢氧化钠3-8份，乳液5-15份，钛白粉5-20份，滑石粉0-15份，消泡剂0-0.5份，流平剂0-0.5份，分散剂0-0.5份，磷酸0-0.09份。
优选的，所述活性材料为偏高岭土、矿渣、粉煤灰、煅烧煤矸石中的一种或几种。
优选的，所述固体水玻璃为速溶硅酸钠，固体水玻璃中SiO2的浓度为49.8％，Na2O的浓度为25％。
优选的，所述地聚合物基无机反光涂料中固体水玻璃和活性材料总的质量含量为50-80％。
优选的，所述消泡剂为有机硅消泡剂；分散剂为5040聚羧酸盐分散剂；乳液为苯丙乳液。
上述地聚合物基无机反光涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将固体水玻璃与氢氧化钠混合在一起，加入水充分溶解搅拌，得到碱激发剂；
步骤2：待步骤1得到的碱激发剂温度降为常温后与活性材料混合搅拌，得到地聚合物基无机涂料的基料；
步骤3：待步骤2得到基料搅拌15min后，在基料中加入钛白粉、滑石粉和分散剂继续搅拌；
步骤4：待步骤3后加入消泡剂、流平剂以及微量磷酸，充分搅拌后得到地聚合物基无机反光涂料。
上述地聚合物基无机反光涂料在隧道内壁涂覆处理中应用。
本发明的有益效果为：
本发明以固体水玻璃和活性材料作为成膜物质，通过调配固体水玻璃的模数、固体水玻璃的掺量以及固体水玻璃与活性材料的比值，调整涂料的基本力学性能和表观状态；掺入乳液改善涂层的成膜状态，防止涂层开裂。通过掺入颜填料提升涂层的白度，增强所述涂料的反光性能；本发明提供的地聚合物基无机反光涂料的附着力和铅笔硬度性能优异，有较高的反射系数，通过DIALux软件模拟隧道环境下的灯光照明效果，也确定了涂层适用于隧道的可能性；本发明提出的地聚合物基无机反光涂料，因为本身具有较强的反光性，所以在同样的照明条件下，能有效提高隧道的照度，能有效提升隧道的照明质量，同时该地聚合物基无机反光涂料本身具备优良的防火隔热性能，应用在隧道工程中不仅能保障隧道的行车安全，还能起到环保的作用。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种地聚合物基无机反光涂料应用在隧道内壁涂覆处理中的反光效果与现有隧道涂料反光效果的对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种地聚合物基无机反光涂料，包括以下重量份数的组分：活性材料40-60份，固体水玻璃20-40份，氢氧化钠3-8份，乳液5-15份，钛白粉5-20份，滑石粉0-15份，消泡剂0-0.5份，流平剂0-0.5份，分散剂0-0.5份，磷酸0-0.09份。
作为本发明的一种优选实施例，活性材料为偏高岭土、矿渣、粉煤灰、煅烧煤矸石中的一种或几种。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃为速溶硅酸钠，固体水玻璃中SiO2的浓度为49.8％，Na2O的浓度为25％。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃优选为速溶硅酸钠或液体硅酸钠，所述速溶硅酸钠的质量分数优选为30-40份，所述速溶硅酸钠的模数优选为1.7；所述液体硅酸钠的质量分数优选为20-25份，所述液体硅酸钠的模数优选为1.6。
作为本发明的一种优选实施例，地聚合物基无机反光涂料中固体水玻璃和活性材料总的质量含量为50-80％。
作为本发明的一种优选实施例，所述消泡剂为有机硅消泡剂；分散剂为5040聚羧酸盐分散剂。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃的质量为20-40份计，本发明提供的地聚合物基无机反光涂料还包括活性材料40-60份，优选为45-55份。本发明以固体水玻璃和活性材料为成膜物质，通过优化活性材料的掺量，进一步提高了涂料的附着力和铅笔硬度等基本性能。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃的质量优选为活性材料质量的70-90％，更优选为75-80％。本发明通过优化活性材料掺量与固体水玻璃掺量的比值，进一步优化了涂料的附着力和铅笔硬度等基本性能。
作为本发明的一种优选实施例，所述地聚物基无机涂料中固体水玻璃和活性材料的总质量含量优选为40-60％，更优选为45～60％。本发明通过优化活性材料与固体水玻璃中的硅铝比，进一步提高了所述涂料的附着力和铅笔硬度等基本性能。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃的质量以30-45份计，活性材料的质量以45-55份计，所述地聚合物基无机反光涂料还包括钛白粉5-20份，优选为5-15份，以此来提高所述涂层的白度，提高其反射系数。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃的质量以30-45份计，活性材料的质量以45-55份计，所述地聚合物基无机反光涂料还包括乳液，乳液为苯丙乳液，固含量为40％-50％，乳液质量分数以0-15份计，优选为4-8份，以此提高所述地聚合物基无机反射涂料的成膜效果，避免涂层开裂的现象出现。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃的质量以30-45份计，活性材料的质量以45-55份计，所述地聚合物基无机反光涂料还包括滑石粉，滑石粉质量分数以0-15份计，优选为2-6份，以此提高涂料的密实度。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃的质量以30-45份计，活性材料的质量以45-55份计，所述地聚合物基无机反光涂料还包括消泡剂，所述消泡剂为有机硅消泡剂，消泡剂质量分数以0-0.5份计，优选为0.2-0.3份。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃的质量以30-45份计，活性材料的质量以45-55份计，所述地聚合物基无机反光涂料还包括流平剂，流平剂种类无特殊限定，采用常见的市售流平剂即可，流平剂质量分数以0-0.5份计，优选为0.2-0.3份。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃的质量以30-45份计，活性材料的质量以45-55份计，所述地聚合物基无机反光涂料还包括分散剂，分散剂为市售的5040聚羧酸盐分散剂，分散剂质量分数为0-0.5份，优选为0.2-0.3份。
作为本发明的一种优选实施例，固体水玻璃的质量以30-45份计，活性材料的质量以45-55份计，所述地聚合物基无机反光涂料还包括磷酸，所述磷酸作用是对固体水玻璃进行改性，调节PH值，磷酸质量分数为0-0.1份，优选为0.05-0.09份。
上述地聚合物基无机反光涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将固体水玻璃与氢氧化钠混合在一起，加入水充分溶解搅拌，得到碱激发剂；
步骤2：待步骤1得到的碱激发剂温度降为常温后与活性材料混合搅拌，得到地聚合物基无机涂料的基料；
步骤3：待步骤2得到基料搅拌15min后，在基料中加入钛白粉、滑石粉和分散剂继续搅拌；
步骤4：待步骤3后加入消泡剂、流平剂以及微量磷酸，充分搅拌后得到地聚合物基无机反光涂料。
上述地聚合物基无机反光涂料在隧道内壁涂覆处理中应用。
作为本发明的一种优选实施例，所述涂料涂覆2次，2次间隔1个小时以上，待第1层涂层达到表干的程度之后进行第2次的涂覆。
实施例1
称取速溶硅酸钠32份，偏高岭土45份，氢氧化钠3份，乳液5份，钛白粉5份，滑石5份，分散剂0.3份，流平剂0.2份，消泡剂0.3份，磷酸0.09份；
成膜物质原料参数：速溶硅酸钠：模数2，Na2O含量25.0％，SiO2含量49.2％，呈白色粉末状；偏高岭土：细度≥500目，Al2O3含量48.5％，SiO2含量48.3％，乳液：苯丙乳液，固含量40％-50％，粘度80-2000mPa·s,PH值8-9，乳白色液体。
填料参数：钛白粉：金红石型R-902+二氧化钛，细度≥300目。滑石粉：细度≥300目，主要成分为含水硅酸镁。
助剂参数：消泡剂、流平剂、分散剂、磷酸选择市售产品。
上述地聚合物基无机反光涂料的制备方法为：
步骤1：按上述原料质量组分称取原材料；
步骤2：将固体水玻璃与氢氧化钠混合在一起，加入水充分溶解搅拌，水胶比设0.6；
步骤3：将步骤2中所述激发剂与偏高岭土置于高速分散机中，转速设为500r，搅拌15min；
步骤4：将分散剂、填料加入步骤3中所述浆体，500r继续搅拌15min；
步骤5：步骤4搅拌完成后依次加入乳液、消泡剂、流平剂和磷酸，300r搅拌10min得到涂料1，通过喷涂或刮涂的方式涂覆在基材表面。
实施例2
本实施例的原料要求和制备方法同实施例1，具体用量调整为：速溶硅酸钠32份，偏高岭土45份，氢氧化钠4份，乳液10份，钛白粉10份，滑石2份，分散剂0.3份，流平剂0.2份，消泡剂0.3份，磷酸0.09份得到涂料2。
实施例3
本实施例的原料要求和制备方法同实施例1，具体用量调整为：速溶硅酸钠32份，偏高岭土45份，氢氧化钠5份，乳液5份，钛白粉10份，滑石2份，分散剂0.3份，流平剂0.2份，消泡剂0.3份，磷酸0.09份得到涂料3。
实施例4
本实施例的原料要求和制备方法同实施例1，具体用量调整为：速溶硅酸钠32份，偏高岭土45份，氢氧化钠4.5份，乳液15份，钛白粉10份，滑石粉2份，分散剂0.3份，流平剂0.2份，消泡剂0.3份，磷酸0.09份得到涂料4。
实施例5
本实施例的原料要求和制备方法同实施例1，具体用量调整为：速溶硅酸钠36份，偏高岭土45份，氢氧化钠4.5份，乳液5份，钛白粉10份，滑石2份，分散剂0.3份，流平剂0.2份，消泡剂0.3份，磷酸0.09份得到涂料5。
实施例6
本实施例的原料要求和制备方法同实施例1，具体用量调整为：速溶硅酸钠36份，偏高岭土45份，氢氧化钠5.8份，乳液10份，钛白粉10份，滑石2份，分散剂0.3份，流平剂0.2份，消泡剂0.3份，磷酸0.09份得到涂料6。
实施例7
本实施例的原料要求和制备方法同实施例1，具体用量调整为：速溶硅酸钠36份，偏高岭土45份，氢氧化钠3.5份，乳液15份，钛白粉10份，滑石2份，分散剂0.3份，流平剂0.2份，消泡剂0.3份，磷酸0.09份得到涂料7。
实施例8
本实施例的原料要求和制备方法同实施例1，具体用量调整为：速溶硅酸钠36份，偏高岭土45份，氢氧化钠3.5份，乳液5份，钛白粉5份，滑石10份，分散剂0.3份，流平剂0.2份，消泡剂0.3份，磷酸0.09份得到涂料8。
实施例9
本实施例的原料要求和制备方法同实施例1，具体用量调整为：速溶硅酸钠36份，偏高岭土45份，氢氧化钠3.5份，乳液5份，钛白粉15份，滑石5份，分散剂0.3份，流平剂0.2份，消泡剂0.3份，磷酸0.09份得到涂料9。
实施例10
本实施例的原料要求和制备方法同实施例1，具体用量调整为：速溶硅酸钠36份，偏高岭土45份，氢氧化钠3.5份，乳液5份，钛白粉20份，滑石10份，分散剂0.3份，流平剂0.2份，消泡剂0.3份，磷酸0.09份得到涂料10。
本发明对实施例1-10制备的地聚合物基无机反光涂料相关性能进行测试，具体测试项目包括：附着力；铅笔硬度；黏度；浆体状态；涂层状态；表干时间。
检测项目及检测标准(方法)如下：浆体状态，涂层状态测试方法：目测；附着力，测试方法：国标GB/T1720-1979；铅笔硬度，测试方法：国标GB/6739-2006；耐水性，测试方法：国标GB/T1733-93；黏度，测试方法：国标；表干时间，测试方法：国标GB/T1728-1979，检测结果如表1所示：
表1
本发明以固体水玻璃和活性材料作为成膜物质，通过调配固体水玻璃的模数、固体水玻璃的掺量以及固体水玻璃与活性材料的比值，调整涂料的基本力学性能和表观状态；掺入乳液改善涂层的成膜状态，防止涂层开裂。通过掺入颜填料提升涂层的白度，增强所述涂料的反光性能。
实例的结果表明，本发明提供的地聚合物基无机反光涂料的附着力和铅笔硬度性能优异，有较高的反射系数，通过DIALux软件模拟隧道环境下的灯光照明效果，也确定了涂层适用于隧道的可能性。
偏高岭土是以高岭土为原料，在600-900℃的高温下煅烧脱水形成的无水硅酸铝，高岭土属于层状硅酸盐结构，由范德华键连接，OH-在其中结合牢固，高岭土受热之后，内部层状结构会因为脱水而破坏，形成非晶态的过渡相—偏高岭土，而偏高岭土分子排列不规则，处在热力学介稳状态，包含大量的无定形硅酸铝，具有很高的火山灰活性，经过碱激发可以形成性能优异的地聚合物胶凝材料。并且偏高岭土本身白度较高，用偏高岭土作为原材料制备地聚合物无机涂料，形成的涂料本身白度能达到85以上，这样涂料的反光性能极为优异，应用在隧道中可以有效的提高隧道的光照度。
硅酸钠模数由氢氧化钠调节，模数的变化对所述地聚合物涂料的基本性能有较大的影响，在模数较高时，体系中碱性过低，聚合反应发生不完全；模数较低时，体系中碱性过强会导致涂料成型之后出现泛碱现象，影响涂层基本性能，根据实验研究，硅酸钠的模数应该维持在1.2-1.8较为适宜。
如图1所示，图左隧道是所述地聚合物基无机涂料在隧道中的灯光模拟，图右隧道是目前隧道中使用的市售涂料的灯光模拟，地聚合物基无机涂层的反射率为80.6％，市售涂料的反射率为77.8％，涂覆与隧道侧壁。可以看出，本发明所述涂料的在隧道中的灯光效果明显优于目前常见的隧道涂料，同样的光源下，光照度更高。
对本发明实施例1-10制备的地聚合物基无机反光涂料和市售涂料，在相同的能耗和灯具铺设情况下达到的平均照度、最小照度和最大照度进行测试，测试结果如表2所示：
表2
| 工作平面 | 竖直照明度(lx)高度 | 平均照度 | 最小照度 | 最大照度 |
| 地聚合物基涂料 | 0.8m | 181 | 3.44 | 226 |
| 市售涂料 | 0.8m | 179 | 3.01 | 223 |
由表2可知，在相同的灯具铺设条件下，使用地聚合物基无机涂料的隧道的照度要优于使用市售无机涂料的隧道，这就证明了地聚合物基无机涂料应用于隧道之中是可行的，在相同的能耗和灯具铺设情况下，使用地聚合物基无机涂料能够达到更高的照度，证明该涂料在节能环保方面有很大的优势，具有广阔的应用前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种地聚合物基无机反光涂料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：活性材料40-60份，固体水玻璃20-40份，氢氧化钠3-8份，乳液5-15份，钛白粉5-20份，滑石粉0-15份，消泡剂0-0.5份，流平剂0-0.5份，分散剂0-0.5份，磷酸0-0.09份。
2.根据权利要求1所述的一种地聚合物基无机反光涂料，其特征在于，所述活性材料为偏高岭土、矿渣、粉煤灰、煅烧煤矸石中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种地聚合物基无机反光涂料，其特征在于，所述固体水玻璃为速溶硅酸钠，固体水玻璃中SiO2的浓度为49.8％，Na2O的浓度为25％。
4.根据权利要求1所述的一种地聚合物基无机反光涂料，其特征在于，所述地聚合物基无机反光涂料中固体水玻璃和活性材料总的质量含量为50-80％。
5.根据权利要求1所述的一种地聚合物基无机反光涂料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂；
分散剂为5040聚羧酸盐分散剂；
乳液为苯丙乳液。
6.如权利要求1-5任一所述的一种地聚合物基无机反光涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将固体水玻璃与氢氧化钠混合在一起，加入水充分溶解搅拌，得到碱激发剂；
步骤2：待步骤1得到的碱激发剂温度降为常温后与活性材料混合搅拌，得到地聚合物基无机涂料的基料；
步骤3：待步骤2得到基料搅拌15min后，在基料中加入钛白粉、滑石粉和分散剂继续搅拌；
步骤4：待步骤3后加入消泡剂、流平剂以及微量磷酸，充分搅拌后得到地聚合物基无机反光涂料。
7.如权利要求1-5任一所述的一种地聚合物基无机反光涂料在隧道内壁涂覆处理中应用。
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| CN113511845A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-10-19 | 合肥工业大学 | 一种基于粉煤灰地质聚合物的无机涂料及其制备方法 |
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