防水石英水性涂料及其制备方法与流程

本发明涉及涂料领域，具体涉及一种防水石英水性涂料及其制备方法。

背景技术：

有机溶剂型涂料在生产过程中对环境的污染较大，使用过程中有机溶剂挥发的气味大、有毒性，消费者在选择涂料时，更倾向于选择使用水作为分散介质的水性涂料。有机溶剂型涂料逐渐在许多应用场景中被水性涂料取代。水性涂料的使用在很大程度上减轻了对环境的污染。但是，当使用于外墙等应用场景时，要求涂料具有很好的防水效果。目前市面上的防水水性涂料的防水性能远不如有机溶剂型防水涂料。因此消费者在需要确保涂料的防水性能时，还是不得不选择会造成环境污染的有机溶剂型涂料。因此，急需开发一种具有较好防水性能的水性涂料。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种防水石英水性涂料及其制备方法，能够有效解决现有水性涂料的防水效果差的问题。

本发明提出一种防水石英水性涂料，包括：水性乳液、石英粉体、分散剂、助剂和水构成的主剂；

所述水性乳液的质量占所述主剂质量的百分含量为9％～50％，所述石英粉体的质量占所述主剂质量的百分含量为30％～81％，所述分散剂的质量与所述石英粉体质量的百分比为1％～100％，所述助剂的质量占所述主剂质量的百分含量为0.1％～1％，水为余量；所述石英粉体的粒径范围为，d99小于20μm。

进一步地，所述石英粉体中至少包括第一粒径石英粉体、第二粒径石英粉体和第三粒径石英粉体中的一种或多种，所述第一粒径石英粉体的粒径范围包括1μm～20μm，所述第二粒径石英粉体的粒径范围包括0.2μm～1μm，所述第三粒径石英粉体的粒径范围包括30nm～200nm。

进一步地，所述第一粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量包括50％～70％，所述第二粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量包括20％～30％，所述第三粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量包括0.1％～30％。

进一步地，所述水性乳液包括丙烯酸酯乳液、有机硅乳液、羟基丙烯酸乳液中的一种或几种。

进一步地，所述羟基丙烯酸乳液的羟值大于2mgkoh/g。

进一步地，所述水性乳液为羟基丙烯酸乳液时，所述防水石英水性涂料还包括固化剂，所述固化剂与所述主剂分开储存。

进一步地，所述分散剂中包括多个活性基团，所述活性基团包括：氨基、羧基、羟基中的一种或几种。

进一步地，所述助剂包括流平剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂中的一种或几种。

本发明还提出一种防水石英水性涂料的制备方法，包括：

将第一指定用量的分散剂溶解在水中，形成分散液；

将预先级配的指定粒度范围的石英粉体按照第二指定用量加入所述分散液中，并在指定分散设备中以指定分散工艺分散均匀，形成石英浆料；

将第三指定用量的水性乳液与所述石英浆料混合均匀，形成混合浆料；

将第四指定用量的助剂加入所述混合浆料中，分散均匀，形成所述防水石英水性涂料。

进一步地，所述指定分散工艺包括：以500r/min～1500r/min的转速持续搅拌0.5h～1h。

本发明的有益效果：

本发明的防水石英水性涂料，将d99小于20μm的石英粉体均匀稳定地分散入水性乳液中，石英粉体的质量占所述主剂质量的百分含量为30％～81％，高含量的石英粉体均匀稳定地悬浮于水性乳液中，最终形成的涂料膜层中石英颗粒粉体形成致密结构，使得原先不具备防水性能的水性乳液具备优异的防水性能，将石英粉体应用于水性涂料中，使得防水石英水性涂料的广泛应用成为现实，大大减少了对环境的污染。

附图说明

图1是本发明一实施例中防水石英水性涂料的制备方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“第三”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，本发明一实施例提出一种防水石英水性涂料，包括：水性乳液、石英粉体、分散剂、助剂和水构成的主剂；

上述水性乳液的质量占所述主剂质量的百分含量为9％～50％，上述石英粉体的质量占上述主剂质量的百分含量为30％～81％，上述分散剂的质量与上述石英粉体质量的百分比为1％～100％，上述助剂的质量占上述主剂质量的百分含量为0.1％～1％，水为余量；上述石英粉体的粒径范围为，d99小于20μm。

本发明实施例中，上述的水性乳液可以是市面上普通的不具备防水性能的水性乳液，通过开创性的技术设计，将上述d99小于20μm的石英粉体分散入上述水性乳液中，高含量的石英粉体均匀稳定地悬浮于水性乳液中，最终形成的涂料膜层中石英颗粒粉体形成致密结构，经测试涂料膜层具有优异的防水效果。本发明实施例通过将高含量的小粒径石英粉体均匀稳定分散入水性乳液中，使得原先不具备防水性能的水性乳液具备优异的防水性能，开创性地将石英粉体应用于水性涂料中，使得防水石英水性涂料的广泛应用成为现实，大大减少了对环境的污染。

进一步地，上述石英粉体中至少包括第一粒径石英粉体、第二粒径石英粉体和第三粒径石英粉体中的一种或多种，上述第一粒径石英粉体的粒径范围包括1μm～20μm，上述第二粒径石英粉体的粒径范围包括0.2μm～1μm，上述第三粒径石英粉体的粒径范围包括30nm～200nm。

上述石英粉体由多种粒径的石英粉体级配而成。在由本实施例的防水石英水性涂料形成的涂料膜层中，石英粉体形成致密防水结构：第一粒径石英粉体的粒径最大，第一粒径石英粉体颗粒之间搭建起防水结构的主体结构框架；第二粒径石英粉体的粒径略小，可以填充分布于第一粒径石英粉体颗粒之间，填充颗粒之间的空隙；第三粒径石英粉体的粒径最为细小，再充分填充第一粒径石英粉体和第二粒径石英粉体之间的空隙；从而形成致密的防水结构。本发明实施例通过上述三种粒径的石英粉体进行级配，使得最终形成的涂料膜层具有优异的防水性能。

需要说明的是，仅采用上述三种粒径石英粉体中的一种或两种，也可以提高对应的涂料膜层的防水性能。具体使用时，可以根据具体使用场景对防水性能的要求，对石英粉体的粒径进行级配。例如，防水性能要求较低时，可以仅采用第一粒径石英粉体颗粒；防水性能要求较高时，可以采用三种粒径石英粉体颗粒进行级配。此外，根据本发明的发明构思，在以上三种粒径石英粉体颗粒之外，再添加其它粒径级别的石英粉体颗粒，也应在本发明的保护范围内。

进一步地，上述第一粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量包括50％～70％，上述第二粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量包括20％～30％，上述第三粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量包括0.1％～30％。

对上述第一粒径石英粉体、第二粒径石英粉体和第三粒径石英粉体，采用上述优化的质量百分含量进行混合级配，将得到的级配后的石英粉体稳定分散于水性乳液中，形成的防水石英水性涂料在成膜后能够形成致密防水结构，具有优异的防水性能。

进一步地，上述水性乳液包括丙烯酸酯乳液、有机硅乳液、羟基丙烯酸乳液中的一种或几种。

上述水性乳液中的乳液聚合物粒子以静电斥力和空间位阻稳定作用在水性乳液中保持着分散状态，在水性涂料施工后，水分逐渐挥发，原先保持分散状态的乳液聚合物粒子带动分散的石英粉体颗粒等逐渐靠拢，随着水分的进一步挥发，乳液聚合物粒子带动石英粉体颗粒愈发靠近，颗粒间的间隙越来越小，涂料膜层越来越收缩，当水分挥发完全时，凝集成连续而致密的涂料膜层。

上述丙烯酸酯乳液由丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等单体通过乳液聚合的方式而形成，具有良好的粘结性能；上述有机硅乳液的制备方法有乳液聚合法、直接乳化法，例如甲基苯基有机硅乳液，作为涂料的成膜物具有良好的热稳定性以及氧化稳定性；使用上述羟基丙烯酸乳液时，在使用时需要配合以固化剂，具有无毒、环保的优点。本发明实施例的水性乳液的适用范围广泛，具有良好的市场价值。

进一步地，上述羟基丙烯酸乳液的羟值大于2mgkoh/g。

上述羟值是指1g样品中的羟基所相当的氢氧化钾(koh)的毫克数。在上述羟基丙烯酸乳液的优化的羟值范围内，对成膜的致密性具有很大的影响。

进一步地，上述水性乳液为羟基丙烯酸乳液时，所述防水石英水性涂料还包括固化剂，所述固化剂与所述主剂分开储存。

上述固化剂用于增进涂料的固化反应。优选地，上述固化剂选用异氰酸酯固化剂。当储存时，本实施例的使用羟基丙烯酸乳液的主剂和固化剂分开储存，在使用时，按照比例混合后进行施工。

进一步地，上述分散剂中包括多个活性基团，所述活性基团包括：氨基、羧基、羟基中的一种或几种。

本实施例中，分散剂的分子量大于两万，且分散剂中含有多个活性基团，上述活性基团包括氨基、羧基、羟基中的一种或多种，本发明实施例优选分散剂为硅烷偶联剂。分散剂的分子结构中有足够的上述活性基团，且该活性基团能与石英粉体表面基团产生化学结合力，使得石英粉体均匀地稳定分散于水性乳液或水中。由于上述分散剂与水有很好的结合力，使得被分散剂包裹的石英粉体颗粒可以稳定地在水中或水性乳液中悬浮，有效时间可长达一年，即使超过有效时间后，石英粉体颗粒有部分沉降导致不均匀，只需稍加搅拌即可恢复均匀。

进一步地，上述助剂包括流平剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂中的一种或几种。

上述流平剂能够促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，能有效降低涂料表面张力，提高其流平性和均匀性，流平剂在改善涂料的渗透性的同时，还能减少刷涂时产生斑点和斑痕的可能性，增加覆盖性，使成膜均匀、自然。本实施例的流平剂主要是表面活性剂，在水性涂料中常用有机硅类、氟碳化合物类、聚丙烯酸或羧甲基纤维素等，本发明实施例中优选聚丙烯酸作为流平剂。

上述润湿剂是表面活性剂，能够降低液/固之间的界面张力，有利于涂料在基材表面形成连续相，能增强涂料对基材表面的润湿，提高附着力，同时能帮助涂料流平，消除涂抹表面不平整现象。本发明实施例的润湿剂包括：磺化油、肥皂、大豆卵磷脂、硫醇类和硫醇缩醛类等，本发明实施例中优选硫醇缩醛类作为流平剂。

上述消泡剂能够降低表面张力，抑制泡沫产生或消除已产生泡沫，本发明实施例的消泡剂包括：乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷等。本发明实施例中优选二甲基硅氧烷。

上述增稠剂可以使涂料增稠，防止施工中出现流挂现象，增强涂料的机械性能和储存稳定性。本发明实施例中的增稠剂包括：无机增稠剂、纤维素类、聚丙烯酸酯和缔合型聚氨酯增稠剂等，本发明实施例中优选聚丙烯酸酯。

参照图1，本发明实施例还提供了一种防水石英水性涂料的制备方法，包括：

s1、将第一指定用量的分散剂溶解在水中，形成分散液；

s2、将预先级配的指定粒度范围的石英粉体按照第二指定用量加入所述分散液中，并在指定分散设备中以指定分散工艺分散均匀，形成石英浆料；

s3、将第三指定用量的水性乳液与所述石英浆料混合均匀，形成混合浆料；

s4、将第四指定用量的助剂加入所述混合浆料中，分散均匀，形成所述防水石英水性涂料。

本发明实施例中，上述步骤s1中，上述分散剂分散于水中，形成的分散液用于分散石英粉体。上述第一指定用量为分散剂的质量与水的质量的比例，其范围包括1:1～1:10；上述分散剂的分子量大于两万，且分散剂中含有多个活性基团，上述活性基团包括氨基、羧基、羟基中的一种或多种。

上述步骤s2中，所述第二指定用量为石英粉体的质量与水的质量的比例，其范围包括10:1～1:1；上述石英粉体的粒径范围为，d99小于20μm。上述指定分散工艺包括：以500r/min～1500r/min的转速持续搅拌0.5h～1h。在上述优化的分散工艺下，石英粉体颗粒稳定悬浮于水中。

优选地，上述石英粉体采用多种粒径的石英粉体预先进行级配，上述石英粉体中至少包括第一粒径石英粉体、第二粒径石英粉体和第三粒径石英粉体中的一种或多种，上述第一粒径石英粉体的粒径范围包括1μm～20μm，上述第二粒径石英粉体的粒径范围包括0.2μm～1μm，上述第三粒径石英粉体的粒径范围包括30nm～200nm。其中，上述第一粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量包括50％～70％，上述第二粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量包括20％～30％，上述第三粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量包括0.1％～30％。

上述步骤s3中，所述第三指定用量为水性乳液的质量与石英浆料的质量的比例，其范围包括1:1～1:10；上述水性乳液包括丙烯酸酯乳液、有机硅乳液、羟基丙烯酸乳液中的一种或几种。当上述水性乳液为羟基丙烯酸乳液时，还需另外配置固化剂，优选地选用异氰酸酯固化剂。当储存时，本实施例的使用羟基丙烯酸乳液的主剂和固化剂分开储存。异氰酸酯固化剂可以采用市面上现有产品，具体制备方法本发明在此不做赘述。

上述步骤s4中，所述第四指定用量为助剂的质量占所述混合浆料的质量的百分比，其范围包括0.1％～1.0％。上述助剂包括流平剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂中的一种或几种。

本发明实施例中通过以下具体实例，进一步具体说明本发明实施例中所涉及的防水石英水性涂料的应用情况。

实施例一：按质量份数先称取10份水，加入10份硅烷偶联剂，分散均匀后形成分散液；再称取100份d99小于20μm的石英粉体加入上述分散液中，于分散机中以500r/min的转速持续搅拌1h，形成石英浆料；然后将120份丙烯酸酯乳液与上述石英浆料混合均匀，形成混合浆料；再将总质量为0.24份的流平剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂等助剂加入混合浆料中，分散均匀，形成防水石英水性涂料。

其中，d99小于20μm的石英粉体由以下不同粒径的石英粉体级配而得：第一粒径石英粉体的粒径范围包括1μm～20μm，第二粒径石英粉体的粒径范围包括0.2μm～1μm，第三粒径石英粉体的粒径范围包括30nm～200nm，其中，上述第一粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量50％，第二粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量30％，上述第三粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量20％。

实施例二：按质量份数先称取25份水，加入25份硅烷偶联剂，分散均匀后形成分散液；再称取25份d99小于20μm的石英粉体加入上述分散液中，于分散机中以1500r/min的转速持续搅拌1h，形成石英浆料；然后将7.5份有机硅乳液与上述石英浆料混合均匀，形成混合浆料；再将总质量为0.0825份的流平剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂等助剂加入混合浆料中，分散均匀，形成防水石英水性涂料。

其中，d99小于20μm的石英粉体由以下不同粒径的石英粉体级配而得：第一粒径石英粉体的粒径范围包括1μm～20μm，第二粒径石英粉体的粒径范围包括0.2μm～1μm，第三粒径石英粉体的粒径范围包括30nm～200nm，其中，上述第一粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量60％，第二粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量30％，上述第三粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量10％。

实施例三：按质量份数先称取35份水，加入3.5份硅烷偶联剂，分散均匀后形成分散液；再称取350份d99小于20μm的石英粉体加入上述分散液中，通过分散机中以500r/min的转速持续搅拌0.5h，形成石英浆料；然后将38.85份丙烯酸酯乳液与上述石英浆料混合均匀，形成混合浆料；再将总质量为4.27份的流平剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂等助剂加入混合浆料中，分散均匀，形成防水石英水性涂料。

其中，d99小于20μm的石英粉体由以下不同粒径的石英粉体级配而得：第一粒径石英粉体的粒径范围包括1μm～20μm，第二粒径石英粉体的粒径范围包括0.2μm～1μm，第三粒径石英粉体的粒径范围包括30nm～200nm，其中，上述第一粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量70％，第二粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量29.9％，上述第三粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量0.1％。

实施例四：按质量份数先称取20份水，加入10份硅烷偶联剂，分散均匀后形成分散液；再称取100份d99小于20μm的石英粉体加入上述分散液中，通过分散机中以1000r/min的转速持续搅拌0.8h，形成石英浆料；然后将65份羟基丙烯酸乳液与上述石英浆料混合均匀，形成混合浆料；再将总质量为0.975份的流平剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂等助剂加入混合浆料中，分散均匀，形成防水石英水性涂料的主剂。

其中，d99小于20μm的石英粉体由以下不同粒径的石英粉体级配而得：第一粒径石英粉体的粒径范围包括1μm～20μm，第二粒径石英粉体的粒径范围包括0.2μm～1μm，第三粒径石英粉体的粒径范围包括30nm～200nm，其中，上述第一粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量50％，第二粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量20％，上述第三粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量30％。

当使用时，需要按比例与异氰酸酯固化剂混合后再应用。异氰酸酯固化剂采用市面上现有产品，具体制备方法本发明在此不做赘述。

实施例五：按质量份数先称取8份水，加入5份硅烷偶联剂，分散均匀后形成分散液；再称取10份d99小于20μm的石英粉体加入上述分散液中，通过分散机中以1500r/min的转速持续搅拌0.5h，形成石英浆料；然后将5.75份丙烯酸酯乳液乳液与上述石英浆料混合均匀，形成混合浆料；再将总质量为0.0575份的流平剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂等助剂加入混合浆料中，分散均匀，形成防水石英水性涂料。

其中，d99小于20μm的石英粉体由以下不同粒径的石英粉体级配而得：第一粒径石英粉体的粒径范围包括1μm～20μm，第二粒径石英粉体的粒径范围包括0.2μm～1μm，第三粒径石英粉体的粒径范围包括30nm～200nm，其中，上述第一粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量55％，第二粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量25％，上述第三粒径石英粉体占所述石英粉体的质量百分含量20％。

对比例一：将总质量为0.025份的流平剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂等助剂加入25份水性乳液中，分散均匀，形成水性涂料。

对上述实施例一～实施例五，以及对比例一的涂料分别制备测试样品进行性能测试：

试件制备：

将实施例一～实施例五，以及对比例一的涂料称量相同质量，在不混入气泡的情况下倒入模框中涂覆。试样制备时分二次或三次涂覆，后道涂覆应在前道涂层实干后进行，两道间隔时间为(12～24)h，使试样厚度达到(1.5±0.2)mm。将最后一道涂覆试样的表面刮平后，于温度(23±2)℃、相对湿度(50±10)％的条件下静置96h，然后脱模。将脱模后的试样反面向上在(40±2)℃干燥箱中处理48h，取出后置于干燥器中冷却至室温。

浸水处理后拉伸性能测试：

用切片机将试样切成试件，试件尺寸为(120*25)mm，每个实施例/对比例的试件准备6个，其中5个用于测试，1个备用。将制备的试件进入(23±2)℃的水中，浸水时间(168±1)h。取出后用水充分冲洗，擦干后放入(60±2)℃的干燥箱中烘18h，取出后置于干燥箱中冷却至室温，用切片机冲切成哑铃形试件，按照gb/t16777-2008中的9.2.1的规定进行试验，拉伸速度为200mm/min。

不透水性测试：

从实施例以及对比例的测试样品上分别裁取三个约(150*150)mm的试件，放置2h，试验在(23±5)℃进行，将不透水仪中充水直到满出，彻底排除不透水仪中空气。

将各实施例以及对比例的试件放置在透水盘上，再在试件上加一相同尺寸的金属网，盖上七孔圆盘，慢慢夹紧直到试件夹紧在盘上，用布或压缩空气干燥试件的非迎水面，慢慢加压到规定的压力。

达到规定压力后，保持压力(30±2)min，观察试件的透水情况(水压忽然下降或试件的非迎水面有水)。

如果各实施例/对比例的三个试件在规定时间内均无透水现象，则判定通过不透水性测试。

测试结果如表1所列。

表1实施例一～实施例五以及对比例一的涂料的防水性能测试

测试结果表明，通过本发明实施例的防水石英水性涂料的制备方法，制备得到的防水石英水性涂料具有优异的防水性能，可取代现有的有机溶剂型防水涂料，大大减少了对环境的污染，具有较好的市场应用前景。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。