本发明涉及内墙涂料技术领域，尤其涉及一种水性内墙无机涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
目前市场上水性室内装修用墙面涂料多为乳胶漆，乳胶漆是指以合成树脂借助乳化剂的作用，将细微粒分散于水中形成乳液，以其为主要成膜物质，并加入颜料、助剂和填料等制成的涂料。其成膜物质以苯丙乳液为主高分子材料，并有少量的醋丙、纯丙乳液，由于乳胶漆从原材料的合成到涂料的生产、涂装过程都会或多或少的添加有机溶剂，使用后释放甲醛，苯类有毒等有毒有机气体，会对室内空气质量产生，从而对人体也会造成一些危害。而且这类涂料还普遍存在耐候性差，容易老化、容易造成涂膜脱粉，且生产过程中需要助剂量大及其易燃性等缺点。为了解决乳胶漆中存在健康、安全和环保等问题。所以开发一种水性内墙无机涂料具有显著积极意义。
水性内墙无机涂料是指以碱金属硅酸盐及乳液为主要黏结剂及无机矿物颜料和无机矿物填料组成，采用刷涂、喷涂或滚涂的方法，在建筑物上形成薄质装饰涂层，不含甲醛，挥发性有机物，重金属等，适用于建筑墙体内墙的涂装。虽然水性内墙无机涂料环保安全，但是在防水、表面硬度、耐磨性等方面还是有很多问题需要解决，以及无机硅酸盐涂料在成膜过程中体积收缩大，形成的涂膜呈刚性，易产生裂纹、微孔等缺陷。目前，现有技术中也存在一些水性内墙无机涂料的应用和研究。如：中国专利cn109777162a一种以无机材料为成膜物的水性内墙涂料及其制备方法，公开了水、硅溶胶、硅酸钾和硅藻土，其中硅藻土为负载有纳米二氧化钛的硅藻土，其中还包含各种功能助剂，成分复杂繁多，且从实施例方式可知，各组分均是其关键条件，缺少或被代替均会对涂料性能带来不利影响，且其中并未对耐水性、耐摩擦性以及硬度等方面性能未进行更客观全面的说明。cn201510766239.4一种环保水性pva改性内墙功能涂料中，以改性pva乳液为主要原料，配合憎水性，能防止水汽的渗透的蜡乳液使用，达到耐水、耐刷洗的效果。
在目前存在的的水性内墙无机涂料中，为了解决水性内墙无机涂料防水、表面硬度、耐磨性等技术问题，采用的技术手段也不尽相同。如何能进一步提高水性内墙无机涂料的防水、与前面的结合力以及耐刷洗性等性能，是本发明着重所要解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明为了解决背景技术中的问题，提供了一种水性环保内墙无机涂料及其制备方法，通过对原料的选择、改性以及各成分间的相互协同作用，使制备的无机水性涂料在用于室内墙时，不仅能达到不脱落、不粉化、无气味，而且在防水、耐洗刷性等方面均能取得显著的进步。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水性环保内墙无机涂料，按重量份数计，原料为：
硅酸盐5～20份
水性硅烷溶胶3～10份
胶体二氧化硅10～25份
改性无机填料40～60份
增稠剂1～3份
分散剂0～2份
水性润湿剂0.5～1.2份
水150～200份
其中，无机填料由二氧化钛、高岭土、碳酸钙、滑石粉、硅藻土中的两种或两种以上多种混合。还可以根据要求，加入其它颜色的颜料，配制不同颜色的内墙涂料。
作为优选，当无机填料先进行复合，然后再表面改性，对各填料之间的质量比不作具体限定。
以二氧化钛/高岭土为例，其具体复合方法为：将二氧化钛纳米粒子分散液和高岭土纳米粒子分散液以质量比1：1～5混合，超声处理30～100min后在60～100℃干燥8～36h，取出固体研磨，研磨后过筛，得到粒径小于0.3μm的二氧化钛/高岭土复合物粉末。
进一步优选，还需要对无机粉末填料表面进行改性：将无机复合粉末分散在水中，然后加入表面处理剂，加热至60～80℃搅拌分散30～100min，搅拌后过滤、干燥，得到改性后的无机粉末填料。
其中表面处理剂为：3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，加入量为无机粉末质量的0.3～0.5％。
1、复合后的无机粉末，相比于未复合前在体系中分散更均匀，储存更稳定外，而且还能显著提高使用后涂层的耐洗刷性，复合颗粒还能更好降低建筑物表面温度。
2、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷是本发明经过大量实验优选后的结果，在该表面处理剂相比于其它处理剂，不仅能够显著改善涂料的耐水性，提高涂料在墙面的附着力，结合力，而且经其改性后的无机填料储存稳定，长时间储存也不发生黄变，变色等现象。除此之外，经3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷改性后的无机粉末填料表面的还带有环氧基，在制备过程中，会与优选后水性硅烷溶胶的氨基进行反应，从而进一步提高无机颗粒在体系中分散性、相容性，以及改善内墙无机建筑涂料的脆性，提高内墙涂料的结合力和耐水性等性能。
进一步，硅酸盐为硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂中的一种或几种混合。
进一步，水性硅烷溶胶为选自德国赢创德固赛偶联剂
上述水性硅烷溶胶是本发明经过大量实验优选后的结果，这两种水性硅烷溶胶中均不含voc，对环境友好，而且在使用过程中，硅醇基团可与墙面之间键合反应，氨基基团也能与含有环氧基的无机填料相互作用，从而显著改善涂料的力学性能，以及耐水性。
进一步，胶体二氧化硅的粒径小于100nm，无机硅溶胶中sio2质量含量为20～30％。
进一步，增稠剂为羟乙基纤维素；
进一步，水性分散剂为日本诺普科分散剂sn-5027；
分散剂可根据需求进行加入，经过改性的有机颗粒还能显著降低传统分散剂的用量，进一步优选用量为0.3～0.6份。
进一步，水性润湿剂为巴斯夫(科宁)水性涂料润湿剂hydropalat875。
一种水性环保内墙无机涂料的制备方法为：先将改性后的无机填料加入水中，分散10～20min后再加入硅酸盐、水性硅烷溶胶、胶体二氧化硅、增稠剂、分散剂和水性润湿剂，混合后调节ph为9～12，继续搅拌混合均匀，然后研磨得到水性内墙无机涂料。
在制备无机涂料时，需要调节ph值9～12(优选9～10)。在该ph范围中，得到的水性内墙无机涂料储存稳定性高，使用后与矿物质墙面发生化学反应，而且与墙体同属碱性，所以不受墙面碱性侵袭，能有效防止粉化及脱落等现象，与墙面结合效果好，能提高涂料的附着力、耐洗刷性和耐水性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明以碱金属硅酸盐、水性硅烷溶胶和硅溶胶为主要粘接剂，复配有机改性填料制备得水性环保内墙无机涂料，各成分之间相互协同，不仅解决传统乳胶漆的不环保，不阻燃，掉粉甚至脱落等问题，还能有效解决现有的水性无机内墙涂料储存稳定性差、耐水性能差的问题。最终使本发明制备的具有环境友好、阻燃、耐水、耐洗刷、、贮存稳定性好等综合性能。
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述：其中胶体二氧化硅为mos-2012购买厂家为厦门培藤材料科技有限公司，其它材料无特别限定均为常规市售产品。
实施例1
一种水性环保内墙无机涂料，按重量份数计，原料为：
硅酸钠12份
水性硅烷溶胶(
胶体二氧化硅15份
改性无机填料45份
羟乙基纤维素1份
分散剂(sn-5027)0.5份
水性润湿剂(hydropalat875)0.8份
水180份
改性无机填料的制备方法为：
将二氧化钛纳米粒子分散液、高岭土纳米粒子分散液和碳酸钙纳米粒子分散液按质量比为1：3:1混合，超声处理50min后在60℃干燥8h，复合物研磨，研磨后过筛，得到粒径小于0.15μm的二氧化钛/高岭土/碳酸钙复合物粉末；
按质量比1:10，取二氧化钛/高岭土/碳酸钙复合物粉末分散在水中，然后加入复合物粉末质量0.4％3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，加热至60℃搅拌分散50min，搅拌后过滤、干燥、研磨、过筛，得到粒径小于0.15μm的改性无机填料。
水性环保内墙无机涂料的制备方法为：将改性无机填料加入水中，分散后再加入硅酸钠、水性硅烷溶胶、胶体二氧化硅、增稠剂、水性分散剂和水性润湿剂，混合后调节ph为9，继续搅拌混合均匀，研磨得到水性内墙无机涂料。
实施例2
一种水性环保内墙无机涂料，按重量份数计，原料为：
硅酸钾10份
水性硅烷溶胶(
胶体二氧化硅10份
改性无机填料55份
羟乙基纤维素2份
分散剂(sn-5027)1份
水性润湿剂(hydropalat875)0.7份
水180份
其中，改性无机填料的制备方法为：将二氧化钛纳米粒子分散液、高岭土纳米粒子分散液分散液按质量比为1：5混合，超声处理50min后在80℃干燥10h，复合物研磨，研磨后过筛，得到粒径小于0.2μm的二氧化钛/高岭土复合物粉末；
按质量比1:10，取二氧化钛/高岭土复合物粉末分散在水中，然后加入复合物粉末质量0.3％3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，加热至80℃搅拌分散100min，搅拌后过滤、干燥、研磨、过筛，得到粒径小于0.2μm的改性无机填料。
水性环保内墙无机涂料的制备方法为：将改性后的无机填料加入水中，分散后再加入硅酸钾、水性硅烷溶胶、胶体二氧化硅、增稠剂、分散剂和水性润湿剂，混合后调节ph为10，继续搅拌混合均匀，然后研磨得到水性内墙无机涂料。
实施例3
一种水性环保内墙无机涂料，按重量份数计，原料为：
硅酸锂5份
水性硅烷溶胶(
胶体二氧化硅20份
改性无机填料40份
羟乙基纤维素3份
分散剂(sn-5027)0份
水性润湿剂(hydropalat875)0.5份
水150份
改性无机填料的制备方法为：
将滑石粉纳米粒子分散液和碳酸钙纳米粒子分散液按质量比为2:3混合，超声处理100min后在100℃干燥12h，复合物研磨，研磨后过筛，得到粒径小于0.3μm的二氧化钛/高岭土/碳酸钙复合物粉末；
按质量比1:10，取滑石粉/碳酸钙复合物粉末分散在水中，然后加入复合物粉末质量0.5％3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，加热至80℃搅拌分散100min，搅拌后过滤、干燥、研磨、过筛，得到粒径小于0.3μm的改性无机填料。
水性环保内墙无机涂料的制备方法为：将改性后的无机填料加入水中，分散后再加入硅酸锂、水性硅烷溶胶、胶体二氧化硅、增稠剂、水性分散剂和水性润湿剂，混合后调节ph为10，继续搅拌混合均匀，然后研磨得到水性内墙无机涂料。
对比例1
对比例1与实施例1相比，区别在于：采用kh-550硅烷偶联剂对无机填料表面进行改性，其它操作与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例1相比，区别在于：未对无机填料表面进行改性，其它操作与实施例1相同。
对比例3
对比例3与实施例1相比，区别在于：未加入水性硅烷溶胶，等质量替换成胶体二氧化硅，其它操作与实施例1相同。
对比例4
对比例4与实施例1相比，区别在于：未加入胶体二氧化硅，按所含的二氧化硅含量等质量替换成二氧化硅粉末加入，其它操作与实施例1相同。
对比例5
对比例5与实施例1相比区别在于：
将实施例1-3制备的水性环保内墙无机涂料置于容器中，搅拌后无结块，无沉淀，呈均匀状态，然后将涂料进行施工，配制后可直接使用的，如有必要可稍微稀释，以获得较合适的施工浓度，在水泥平板上刷涂，刷涂2次，每次涂刷干膜100μm左右，涂刷过程无障碍，施工性好，且voc排放量为0，游离甲醛均无检出，完全达到gb18582-2008《室内装饰装修材料、内墙涂料中有害物质限量》的标准要求，且防火等级达到a级。
将实施例1-3和对比例1-5制备得到的水性环保内墙无机涂料采用相同的方法刷涂2次，涂刷后的干漆膜厚度在200μm并检测，检测结果详情见表1、表2。
表1
表2
其中热贮存稳定性、耐水性检测依据jg/t26－2002《外墙无机建筑涂料》进行检测。耐洗刷性根据gb/t9266-2009建筑涂料进行测定。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。以上所述仅为本发明的较好实施方式，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改，均包含在本发明的保护范围之内。