专利名称：一种多效合一水性无机-有机杂化建筑涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及内外墙乳胶漆领域，特别涉及到无机高分子聚合物，具体涉及无机-有机杂化涂料。
背景技术：
水性无机涂料以其高硬度、优异的耐候性、耐沾污性、良好的透气性、长期的耐热性和环境友好性引起人们的广泛关注，现今“四E”(EC0m0my、EffiCienCy、Energy、EC0l0gy， 即经济性、高效、节能、生态)已成为人类发展所共同遵循的基本原则，而无机涂料所用的原材料直接来自于自然界，来源丰富，价格低廉。因此，无机涂料具备广阔的市场前景。水性无机涂料按照成膜物质种类可分为碱金属硅酸盐涂料、硅溶胶涂料、磷酸盐涂料三大类。单独用硅酸盐制备涂料时，涂膜存在早期耐水性不佳、收缩率大、易开裂等不足。单独用硅溶胶制备涂料则会出现涂膜装饰性不好、附着力差、易粉化等缺点，这些都极大阻碍了无机涂料的应用推广。硅溶胶与碱金属硅酸盐混合制备的水性墙体涂料，其涂膜具有优异的耐水、耐火、耐磨和耐沾污等特性，然其成膜性差，成膜物易脆，使用时易脱落。 采用有机聚合物乳液改性可以提高无机涂料的成膜性，常常导致贮存稳定性降低。本发明采用水性硅酸锂、硅酸钾、硅溶胶等无机材料，与有机聚合物乳液共混作为单组份的无机/有机杂化基料，制备了一种环保无毒、保温隔热、超耐擦洗、耐磨、耐黄变、 抗老化、荷叶抗污、透气性和隔音等多种功能的无机-有机杂化建筑涂料。本发明克服了传统双组份无机涂料易开裂、装饰性不佳和贮存稳定性差的缺点，兼具无机涂层和有机涂层优异性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种多效合一水性无机-有机杂化建筑涂料及其制备方法，所述涂料具有环保无毒、保温隔热、超耐擦洗、耐磨、 耐黄变、抗老化、荷叶抗污、透气性和隔音等多种功能，同时克服传统无机涂料储存稳定性差、涂膜易开裂、装饰性不佳或采用双组份包装等缺点。本发明的目的通过以下技术方案实现。一种多效合一水性无机-有机杂化建筑涂料的制备方法，采用无机成膜物与有机聚合物乳液复配作为基料，并添加多种颜填料或功能性填料和各类助剂经打浆、研磨、调漆工艺制得。制备方法包括下列步骤
1)以重量份计，依次加入20-30份的水、0.1-0. 5份的润湿剂、0-0. 4份的分散剂、0-1 份的PH调节剂、0. 1-0. 5份的消泡剂、0-2份的成膜助剂、0. 5-2份的防冻剂、0. 1-0. 4份的增稠剂、10-25份的硅溶胶、0-10份的硅酸锂溶液、0-5份的硅酸钾溶液、0. 1-1份的稳定剂、 0.1-1份的有机硅氧烷，搅拌；
2)加入30-45份的颜填料，搅拌；
3)依次加入0-5份的水、0.1-0. 5份的防霉杀菌剂、5-15份的有机聚合物乳液、0. 2-1. 5份的增稠剂、0. 1-0. 5份的消泡剂，搅拌得所述建筑涂料。作为上述制备方法的进一步优化的技术方案，步骤1)中所述搅拌速度为300-500 转/分，搅拌时间15-30分钟；步骤2)所述搅拌速度为1000-1500转/分，搅拌时间15-30 分钟；步骤3)所述搅拌速度为300-500转/分，搅拌时间为5-15分钟。作为上述制备方法的进一步优化的技术方案，所述硅酸锂的模数为3. 6-4. 8，硅酸钾的模数为2. 5-3. 6，硅溶胶平均粒径为7-30nm，
作为上述制备方法的进一步优化的技术方案，所述的有机聚合物乳液可以是巴德富公司的J-998A、巴斯夫公司的四6 DS、罗门哈斯的SD-2000、maincote 8104、江苏日出集团的 TBH-I中的一种或多种。作为上述制备方法的进一步优化的技术方案，所述的稳定剂可以是科莱恩公司的 DISPERSOGEN SPS、DISPERSOGEN SPV、湖北德邦化工有限公司的 DM-042、Degussa 公司的 TEG0-1300、TEGO-1400, TEG0-1500N 中的一种或多种。作为上述制备方法的进一步优化的技术方案，所述的有机硅氧烷可以是Degussa 公司的Dynasylan Hydrosil 2926、Dynasylan GLYE0、湖北新蓝天新材料股份有限公司的 KH560、KH570，美国道康宁公司的Z-6040、Z-6030的一种或多种。本发明其他助剂与常规建筑乳胶漆类似，作为上述制备方法的进一步优化的技术方案，具体包括
所述的润湿剂可以是Degussa公司的TEG0-245、TEG0_500、德国比克公司的BI — 346 和罗迪亚公司的C0-630中的一种或两种以上混合物；所述的分散剂可以是罗门哈斯公司的OROTAN快易分散剂、六偏磷酸钠、德国比克公司的BKY-151、BI-1M、BI-155中的一种或多种；所述的PH调节剂可以是AMP-95、N，N- 二甲基乙醇胺(DMEA)、氨水、二乙醇胺、三乙胺中的一种或多种。所述的消泡剂可以是德国比克公司的BI-Oll、BI-012、DeguSSa公司的 TEGO — 800、TEG0 — 805、TEG0 — 810、罗迪亚公司的 DF-681、布莱克本公司的 pispelair CF439、海川化工的Nopco 267-A中的一种或多种以上的混合物。所述的成膜助剂可以是丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、三丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、 丙二醇丁醚醋酸酯和二丙二醇甲醚醋酸酯、2，2，4 一三甲基一 1，3—戊二醇单异丁酸酯中的一种或两种以上。所述的防冻剂可以是乙二醇、丙二醇中的一种或两种。所述的增稠剂可以是科莱恩公司的HYS-30000、罗门哈斯公司的碱溶胀增稠剂TT-935、ASE-60中的一种或者两种以上。所述的颜填料可以是钛白粉、重质碳酸钙、高岭土、滑石粉、空心玻璃微珠、红外陶瓷粉中的一种或多种。所述的防霉杀菌剂可以是科莱恩公司的Nipacide C 115、 Nipacide CFX-3、Nipacide BIT 20、广东天辰生物技术有限公司的NB-200、TB-203的一种或多种。本发明的基本原理如下
硅酸盐无机涂料也称水玻璃基无机涂料，水玻璃分子式的通式为M2O .m SiO2. riH20，M 可以是钠、钾、锂和铵4种离子，m为模数。其中，锂水玻璃和铵水玻璃价格太高，钠水玻璃的价格低廉，应用范围最广，但钠水玻璃的耐水性很差，一般需要外加固化剂才能满足实际的需求。此类无机涂料的成膜机理为水玻璃与空气中的CO2反应形成硅酸溶胶，随着水分的蒸发，脱水形成无机硅氧链网状大分子，但由于碱金属以离子形式分散在涂膜中，当涂膜遇水时，涂膜会因碱金属离子的离解而破坏，即造成涂膜的耐水性差。常用的改性方法有水玻璃的酸改性、与合成树脂乳液复合使用、不同种类的水玻璃的共混改性等。硅溶胶涂料是以胶体二氧化硅的水分散液为成膜物质，混以颜料、填料、助剂搅拌研磨分散调制而成的一种无机涂料。其成膜机理是，在硅溶胶失去水分时，单体硅酸逐渐聚合，随着水分蒸发，胶体分子增大，SiO2粒子间能形成牢固的Si-O-Si键面，继而形成硅氧链网状结构，成为连续涂膜。由于硅溶胶中可溶性的盐分含量低，因而使涂膜具有较好的耐水性，并且硅溶胶价格低廉，已经广泛用作有机/无机杂化涂料的研究和应用。由于毛细孔效应，单独用硅溶胶作为成膜物，容易发生涂层附着力差、开裂甚至是粉化等现象。综上所述，本发明提供的新型环保无机建筑涂料以碱金属硅酸盐、硅溶胶为主要成膜物质，使得无机成膜物中的总可溶性盐含量降低，避免了硅溶胶单独成膜出现毛细孔效应，从而改善涂料的耐水性和成膜性能，并保持涂料最终成本低廉，同时通过少量的有机乳液改性，进一步提高涂料的早期耐水性，使最终制备的涂料保持超高硬度、耐磨、超耐擦洗、耐黄变、耐沾污、良好的透气性的同时，其机械性能以及热应变性能得到改善；利用无机成膜物导热系数低的特点，通过添加功能性填料(玻璃微珠、陶瓷粉)使涂料具备保温隔热、 隔音等特性；涂料中的稳定剂因其特殊的分子结构，加大了 SiO2聚集体表面空间位阻，能够有效的防止基料在储存或受热过程中的进一步缩合而凝胶，大大延长了基料的有效储存时间；通过添加有机硅氧烷，有效的提高了有机无机两相的相容性，避免了有机相在储存过程中破乳反粗引发凝胶，使有机成膜物和无机成膜物形成有效的穿插交互的网络结构，与此同时带来的疏水改性也进一步提高了涂料的对底材的附着、耐擦洗性能和荷叶抗污性能；
本发明具有如下优点及有益效果
(1)本发明采用硅酸盐溶液之间的复配，并与硅溶胶共混改性，使得无机成膜液与有机乳液共混时发生破乳、反粗、黏度明显上升乃至凝胶的风险大大降低，使最终制得的涂料形成具有良好的防水透气性的微晶体结构，同时由于硅在表面的富集而具有自洁功能和耐磨性能。(2)本发明采用有机乳液改性制备单组份无机建筑涂料，同时添加了适当的稳定剂，克服了传统无机涂料易开裂、双组份、装饰性不佳、储存稳定性差的缺点。(3)本发明通过添加功能性填料(玻璃微珠、红外陶瓷粉)，同时利用无机成膜物自身低导热系数的优点，使最终制得的涂料具有优良的保温隔热性能。(4)本发明通过添加有机硅偶联改性，最终提高了涂料的早期耐性水和耐擦洗性能。(5)本发明提供的无机建筑涂料性能优异，VOC含量极低，可减少或避免成膜助剂的含量，工艺简单，成本低廉，抗老化性能优异。
具体实施例方式以下是本发明的具体实施例，但本发明的实施和保护范围不限于所述实施例。实施例1
(A)无机-有机杂化建筑涂料的制备方法
1)以重量份计，依次加入21. 5份的水、0. 1份的润湿剂、0. 25份的分散剂、0. 1份的PH 调节剂、0. 3份的消泡剂、0. 5的防冻剂、0. 2份的增稠剂、21份的硅溶胶、0. 3份的有机硅，保持低速搅拌300-500转持续分散15分钟。
2)依次加入7份的钛白粉、14份的重质碳酸钙、10份的高岭土、5份的玻璃微珠、1 份的红外陶瓷粉，保持搅拌速度1000转分散30分钟。3)依次加入3. 5份的水、0. 4份的防霉杀菌剂、14份的有机乳液、0. 75份的增稠齐U、 0. 1份的消泡剂，保持低速搅拌300转持续10分钟即可。(B)无机-有机杂化建筑涂料的组成(见表1) 表权利要求
1.一种多效合一水性无机-有机杂化建筑涂料的制备方法，其特征在于包括下列步骤1)以重量份计，依次加入20-30份的水、0.1-0. 5份的润湿剂、0-0. 4份的分散剂、0-1 份的PH调节剂、0. 1-0. 5份的消泡剂、0-2份的成膜助剂、0. 5-2份的防冻剂、0. 1-0. 4份的增稠剂、10-25份的硅溶胶、0-10份的硅酸锂溶液、0-5份的硅酸钾溶液、0. 1-1份的稳定剂、 0.1-1份的有机硅氧烷，搅拌；2)加入30-45份的颜填料，搅拌；3)依次加入0-5份的水、0.1-0. 5份的防霉杀菌剂、5-15份的有机聚合物乳液、0. 2-1. 5 份的增稠剂、0. 1-0. 5份的消泡剂，搅拌得所述建筑涂料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤1)所述搅拌速度为300-500转 /分，搅拌时间15-30分钟；步骤2)所述搅拌速度为1000-1500转/分，搅拌时间15-30分钟；步骤3)所述搅拌速度为300-500转/分，搅拌时间为5-15分钟。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述硅酸锂的模数为3.6-4. 8，硅酸钾的模数为2. 5-3. 6，硅溶胶平均粒径为7-30nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的有机聚合物乳液为巴德富公司的J-998A、巴斯夫公司的四6 DS、罗门哈斯的SD-2000、maincote 8104、江苏日出集团的 TBH-I中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的稳定剂为科莱恩公司的 DISPERSOGEN SPS、DISPERSOGEN SPV、湖北德邦化工有限公司的 DM-042、Degussa 公司的 TEGO-1300、TEGO-1400、TEGO-1500N 中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的有机硅氧烷是Degussa公司的 Dynasylan Hydrosil 2926、Dynasylan GLYE0、湖北新蓝天新材料股份有限公司的KH560、 KH570，美国道康宁公司的Z-6040、Z-6030的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的润湿剂为Degussa公司的 TEG0-245, TEG0-500、德国比克公司的BYK — 346和罗迪亚公司的C0-630中的一种或两种以上混合物；所述的分散剂为罗门哈斯公司的OROTAN快易分散剂、六偏磷酸钠、德国比克公司的BKY-151、Β (-154、BI-155中的一种或多种；所述的pH调节剂为AMP-95、N， N-二甲基乙醇胺、氨水、二乙醇胺、三乙胺中的一种或多种；所述的消泡剂为德国比克公司的 BYK-Ol 1、BYK-012, Degussa 公司的 TEGO — 800、TEGO 一 805、TEGO 一 810、罗迪亚公司的DF-681、布莱克本公司的pispelair CF439、海川化工的Nopco 267-A中的一种或多种以上的混合物；所述的成膜助剂为丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、 三丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯和二丙二醇甲醚醋酸酯、2，2，4 一三甲基一 1，3—戊二醇单异丁酸酯中的一种或两种以上；所述的防冻剂为乙二醇、丙二醇中的一种或两种；所述的增稠剂为科莱恩公司的HYS-30000、罗门哈斯公司的碱溶胀增稠剂 TT-935.ASE-60中的一种或者两种以上。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的颜填料为是钛白粉、重质碳酸钙、高岭土、滑石粉、空心玻璃微珠、红外陶瓷粉中的一种或多种；所述的防霉杀菌剂为科莱恩公司的Nipacide C 115、Nipacide CFX-3、Nipacide BIT 20、广东天辰生物技术有限公司的NB-200、TB-203的一种或多种。
9.由权利要求1所述制备方法制得的多效合一水性无机-有机杂化建筑涂料。
全文摘要
本发明涉及一种多效合一水性无机-有机杂化建筑涂料及其制备方法，采用水性无机成膜物与有机聚合物乳液的复配作为基料，添加多种颜填料和助剂经打浆、研磨、调漆工艺制得。本发明通过碱金属硅酸盐与小粒径的硅溶胶复配在成膜过程中能形成的Si-O-Si聚合物网状结构，极大的提高涂膜早期耐水性，涂膜最终硬度、抗刮擦性和耐沾污性；添加有机聚合物乳液能改善涂料的成膜性能，克服了传统双组份无机涂料易开裂、装饰性不佳、储存稳定性差等缺点。该法制得的涂料具有环保无毒、保温隔热、超耐擦洗、耐磨、耐黄变、抗老化、抗污、透气性好和隔音等多种功能。
文档编号C09D7/12GK102408220SQ20111022580
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者彭刚阳, 瞿金清 申请人:华南理工大学