CN102528928B - 建筑无机涂料的化纤骨架材料高度分散方法、产品及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑无机涂料的化学纤维骨架材料的高度分散方法及其产品和应用。一种建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法，包括以下步骤：(1)往容器中以1∶40～60重量配比加入化学纤维和有机溶剂，在室温下搅拌使化学纤维溶解成均匀的脂溶性溶液；(2)将步骤(1)形成的脂溶性溶液全部喷洒于与化学纤维1∶400～600重量配比的粉状建筑涂料中，室温下搅拌、混匀，然后加热，使有机溶剂蒸发，化学纤维均匀析出而分散于粉状原料中，再冷却至室温，经搅拌、混匀，即得粉状功能性涂料。与现有技术相比，本发明的有益效果是：所得粉状功能性涂料不仅能够显著提高骨架材料的分散度、化学纤维的骨架作用和可利用度，同时能保证涂料涂层强度和装饰效果。

Description

建筑无机涂料的化纤骨架材料高度分散方法、产品及应用

技术领域

本发明涉及一种建筑无机涂料的化学纤维骨架材料的高度分散方法及其产品和应用；特别是一种水性、无机、粉末、功能性涂料的化学纤维骨架材料的高度分散的方法。

背景技术

建筑涂料是涂料中的一个重要类别。在我国，一般用于建筑物内墙、外墙、顶棚、地面和卫生间等涂覆的涂料，称为建筑涂料。无机系列建筑涂料主要有无机高分子材料，包括水溶性硅酸盐(碱金属硅酸盐)系、硅溶胶系和无机聚合物系等。目前应用最多的还是碱金属硅酸盐系的硅酸钾、硅酸钠和硅溶胶等无机涂料。传统的无机系涂料有水泥-石灰-砂、石灰-粘土-砂等按一定配比搅拌而成的混合物。

固体分散技术最早在1961年由Sekiguchi等提出。它是以尿素为载体材料用熔融法制备磺胺噻唑固体分散体，使难溶性药物组分在载体中成为分散状态，口服后吸收及***均比口服磺胺噻唑明显加快。1963年Levy等用该技术制得了分子分散的固体分散体，溶出速率明显提高且更易吸收。

然而，将固体分散技术用于涂料领域目前还鲜见文献报导。近年来随着人们对居住环境和舒适健康生活要求的提高，极大程度地刺激了建筑内外墙涂料的发展，特别是人们对集环保、低碳、健康、耐用于一体的功能性涂料的迫切需求，水性、无机、粉末(功能性)涂料成为建筑涂料发展的必然趋势。这种涂料的关键技术之一，必需将骨架材料均匀分散在功能性粉状涂料固体介质中，否则将在涂覆涂料时造成各涂层的强度差别很大而龟裂、剥落。通常用于建筑无机涂料中的骨架材料是木质纤维，在建筑无机涂料中起抗裂作用。随着建筑无机涂料的长期应用，木质纤维不仅吸附空气中水分而腐烂，而且成为霉菌的培养基易使涂层表面出现霉斑，既缩短建筑涂料的寿命，又影响建筑涂料的的美观；更重要的是木质纤维由于腐烂，在建筑涂料中无法起抗裂作用，导致建筑无机涂料掉粉、龟裂、剥落，直接影响无机涂料的使用效果。以化学纤维为骨架材料，可克服上述木质纤维为骨架材料的无机涂料所产生的缺陷，从而极大程度发挥无机功能性涂料的应有功能。

与已经广泛采用的药用分散技术不同，无机功能性涂料用的分散技术是将骨架材料(即片状短纤维)用机械分散成单根丝状短纤维，再按一定配比与粉状原料混合，从而分散到粉状涂料固体介质中；其被分散物并非脂溶性、水溶性药物，而是水不溶性的、纤维状的骨架材料；其分散方式并非药物常用的液态-固态分散，而是固态-固态分散方式；其分散后的状态并非药物常见的片状、粒状、胶囊状，而是均匀的单根丝状短纤维；其分散所起的作用并非药物常赋予的能被人体吸收、分解和有效利用，而是能保持原有的结构而起骨架、抗裂和功能作用。由此可见，这种将水不溶性的、纤维状的骨架材料均匀分散于粉状涂料固体介质中的方法，既不同于药用分散技术，又与引用交联剂或固化剂将线型树脂转化为体型缩合物或高聚物起骨架、抗裂和功能作用的有机涂料完全不同，属于固体分散的新技术。

功能性粉状建筑涂料主要包括防水涂料和保温隔热涂料，属于水分散系功能性涂料。例如专利号为ZL200510129955.8的中国发明专利公开的一种内墙涂料组合物，其构成如下：一种内墙涂料组合物，该组合物按重量比主要由以下组分(按重量百分比)组成：白炭黑8～11％、石灰14～18％、水泥31～36％、石英砂11～14％、涤纶0.10～0.20％、重钙3～6％、膨润土2～5％、凹凸棒2～5％、纳米二氧化钛0.1～0.3％、纳米氧化银0.1～0.3％、电气石1～2％、保温剂4～6％、粘合剂0.6～1.0％、消泡剂0.5～1.0％、腐植酸0.1～0.7％、硅藻土5～7％、钛白粉2～3％。这种内墙涂料组合物能与水按一定比例配合直接使用，专用于内墙涂覆。功能性粉状建筑涂料的原材料中以化学纤维(如，涤纶纤维、丙纶纤维等)为骨架材料，其分散效果尚不能令人满意，造成施工时再好的涂料也不能达到其预期的环保、低碳、健康的使用要求，主要原因是其化学纤维骨架材料存在以下分散技术缺陷：首先是由于化学纤维属于水难溶性固体丝状物，其以单根丝状短纤维固体形式在固体粉末介质中分散均匀性很差，所以难以提高化学纤维组分在粉状功能性涂料中的分散均匀性和可利用度，如上述ZL200510129955.8号专利的内墙涂料组合物，其涤纶组分的重量比仅为0.10～0.20％，测定该内墙涂料组合物中的涤纶含量，其变异系数(亦称相对标准偏差，RSD)大于10％，由此表明将0.10～0.20％涤沦通过固体-固体方式混合均匀分散到99.9～99.8％的固体粉末介质中是非常困难的，因而制约了化学纤维组分在粉状功能性涂料中可利用度和骨架作用；第二是在现有的化学纤维骨架材料经机械分散成单根丝状短纤维，再与涂料的其它固体组分复配、过筛、混合成为分散状态的粉状产品过程中，由于骨架材料在固体粉末介质中的分散均匀性差，使涂料的性能差异性大，从而大大增加了粉状功能性涂料的生产难度；第三是由于很难消除化学纤维骨架材料在粉状功能性涂料中的不均匀性，在涂料的刷涂、滚涂或喷涂施工作业时，不仅涂层中化学纤维分布差异性很大，甚至堵塞喷嘴，既增加了施工难度，又影响涂层表面的美观，更严重的是削弱化学纤维在涂层中的骨架作用及其可利用度，其后果将导致涂层龟裂、剥落。

目前人们试图通过在纳米粉体的浆料中添加分散剂来克服骨架材料分散不均匀的问题，但是由于纳米分散技术仅适合液体或膏状涂料的制备，在生产过程中需要对加入的溶液精确选定酸碱性，以确保不同的固体组分处于等电点，使分散体稳定存在而不会发生聚沉，且使分散剂很好地吸附在多种纳米粉体的表面，形成吸附层，通过电斥力和空间位阻作用来实现对纳米粉体的分散。由于纳米粒子具有很高的表面能，在基料里分散比较困难，必须对其表面改性，提高与聚合物的相容性和自组装性能，才能获得较好的分散。因此它的制备技术过程过于复杂，要求极高。此外，与化学纤维骨架材料相比，纳米涂料所用的骨架材料必须是纳米粉体，且是水溶性或脂溶性的，这种纳米粉体的骨架材料在形态上发生了根本改变，因而在无机涂料的涂层中不能起到骨架作用，使涂层的强度低，甚至出现龟裂、剥落等质量问题，从而大大限制了涂料的应用。由此可见，基于现有的固体分散技术，难以实现期望的骨架材料高度分散在功能性涂料中的技术效果，影响了功能性涂料发挥出其应有的环保性能和装饰效果，急需开发一种水性、无机、粉状功能性涂料的化学纤维骨架材料的高度分散技术，以便解决骨架材料分散不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述各种缺陷，提供一种涂料的化学纤维骨架材料的高度分散方法，尤其适用于涂覆水性、无机、粉状功能性涂料的使用。

一种建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法，包括以下步骤：

(1)、往容器中以1：40～60重量配比加入化学纤维和有机溶剂，在室温下搅拌使化学纤维溶解成均匀的脂溶性溶液；

(2)、将步骤1形成的脂溶性溶液全部喷洒于与化学纤维1：400～600重量配比的粉状建筑涂料中，室温下搅拌、混匀，然后加热，使有机溶剂蒸发，化学纤维均匀析出而分散于粉状原料中，再冷却至室温，经搅拌、混匀，即得粉状功能性涂料。

本发明的涂料用的化学纤维骨架材料高度分散方法的原理是，先以有机溶剂为载体溶剂，将化学纤维均匀溶解在载体溶剂中处理为脂溶性溶液，后者全部喷洒于粉状原料中，室温下搅拌、混匀，然后，加热至高于有机溶剂沸点2-5(℃)，随着有机溶剂的蒸发化学纤维均匀析出而分散于粉状原料中，即得化学纤维骨架材料高度分散的水性、无机、粉状功能性内墙涂料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：纤维分散均匀，所得粉状功能性涂料性能得到改善。

具体实施方式

一种建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法，包括以下步骤：

(1)、往容器中以1：40～60重量配比加入化学纤维和有机溶剂，在室温下搅拌使化学纤维溶解成均匀的脂溶性溶液；

(2)、将步骤1形成的脂溶性溶液全部喷洒于与化学纤维1：400～600重量配比的粉状建筑涂料中，室温下搅拌、混匀，然后加热，使有机溶剂蒸发，化学纤维均匀析出而分散于粉状原料中，再冷却至室温，经搅拌、混匀，即得粉状功能性涂料。

步骤(2)所述的加热温度是高于有机溶剂沸点2-5(℃)。

步骤(2)所述的有机溶剂蒸发所得的蒸汽经冷凝、收集、循环使用。

所述的有机溶剂是丙酮(沸点：56.5℃)、乙酸乙酯(沸点：77℃)，丁酮(沸点：79.6℃)，四氢呋喃(沸点：66℃)、四氯化碳(沸点：76.8℃)溶剂中的一种。

所述的化学纤维是涤纶纤维、丙纶纤维中的一种。

所述的化学纤维与有机溶剂的重量配比优选为1：50。

所述的粉状建筑涂料含有以下组分：白炭黑8～11％、石灰14～18％、水泥31～36％、石英砂11～14％、重钙3～6％、膨润土2～5％、凹凸棒2～5％、纳米二氧化钛0.1～0.3％、纳米氧化银0.1～0.3％、电气石1～2％、保温剂4～6％、粘合剂0.6～1.0％、消泡剂0.5～1.0％、腐植酸0.1～0.7％、硅藻土5～7％、钛白粉2～3％。

粉状功能性涂料，依照上述建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法制得。

粉状功能性涂料的应用，所述的粉状功能性涂料与水以1：1～1.5重量配比混合、搅拌均匀，可获得施工膏状涂料。

所述的粉状功能性涂料与水的重量配比优选为1：1.2。

所述的施工膏状涂料与功能性内墙涂料都不含载体溶剂，其区别在于膏状涂料经涂覆内墙可自发产生负氧离子和净化甲醛等VOC功能，实现预期的环保、低碳、健康的功能。

分别采用本发明粉状功能性涂料作为试验品；非本发明专利技术粉状功能性涂料作为对照品(对照品：短纤维固体加入同样粉状原料中，经固态-固态搅拌、混合而成)。分别取样进行如下实验：测定涂料中涤纶纤维含量(表1)，结果表明，试验品中涤纶纤维的含量逼近真值(涤纶纤维添加量)，测定值的相对误差(Er，％)≤5；同时，试验品比对照品中涤纶纤维含量测定值的的相对标准偏差RSD(％)小得多，且试验品RSD(％)≤5，进一步说明应用本发明专利技术生产的粉状功能性涂料中涤纶纤维分散均匀。不仅能够显著提高骨架材料的分散度、化学纤维的骨架作用和可利用度，而且能使涂覆简单易行，同时能提高涂料的强度和保证涂料涂层的装饰效果(表2)。

表1涤纶纤维分散度的比较(分别从2吨的试验品和对照品中取样20公斤，然后用“四分法”缩分至2公斤，再用“四分法”取1公斤试验品和对照品供试。称取10g(±0.1mg)试验品和对照品，依次用65目(即220μm)的分样筛筛分，称量筛上物(涤纶纤维)的重量，重复10次，计算测定值的RSD％。同时，以真值[即取样量平均值×涤纶纤维添加量(0.20％)]计算测定值的Er％。

表2本发明粉状功能性涂料的应用的性能指标(组分配比为粉：水=1：0.9，按JG／T26规定的方法测试)

下面通过三个具体实施例，进一步举例说明本发明的涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法的具体实施方式。

实施例1

往容器中加0.1Kg的38mm束状单丝涤纶短纤维，5.5Kg丙酮，室温下搅拌溶解成均匀脂溶性化学纤维溶液；将溶液全部喷洒于50Kg粉状建筑涂料中并搅拌混匀。然后，加热至60℃，随着有机溶剂的蒸发化学纤维均匀析出而分散于粉状建筑涂料中；收集蒸发出来的丙酮，经冷凝、返回容器与补充的有机溶剂混合、循环使用；处理过的粉状建筑涂料先冷却至室温，搅拌、混匀，即得本发明的不含载体溶剂的粉状功能性涂料。该涂料与水配合成膏状，即可供施工、装饰内墙。

实施例2

往容器中加0.1Kg涤纶纤维，4.0Kg乙酸乙酯，室温下搅拌溶解成均匀脂溶性化学纤维溶液；将溶液喷洒于40Kg粉状建筑涂料中并搅拌混匀。然后，加热至80℃、随着有机溶剂的蒸发化学纤维均匀析出而分散于粉状建筑涂料中，收集蒸发出来的乙酸乙酯，经冷凝、返回容器与补充的有机溶剂混合、循环使用；处理过的粉状建筑涂料先冷却至室温，搅拌、混匀，即得本发明的不含载体溶剂的粉状功能性涂料。该涂料与水配合成膏状，即可施工应用。

实施例3

往容器中加0.1Kg丙纶纤维，5.0Kg四氯化碳，室温下搅拌溶解成均匀脂溶性化学纤维溶液(2％)；将溶液喷洒于50Kg粉状建筑涂料中并搅拌混匀，室温下搅拌、混匀，然后，加热至80℃、随着有机溶剂的蒸发化学纤维均匀析出而分散于粉状原料中，有机溶剂经冷凝、返回容器与补充的有机溶剂混合、循环使用；处理过的粉状原料先冷却至室温，搅拌、混匀，即得本发明的不含载体溶剂的粉状功能性涂料。该涂料与水配合成膏状，即可供施工、装饰内墙。

经国家和行业主管检测机构检测，采用本发明方法的以上实施例获得的粉状功能性涂料具有的理化和功能指标均达到国家或行业标准、性能指标达到企业标准(表3)。

表3本发明涂料的性能指标(组分配比为粉：水=1：0.9，按JG／T26规定的方法测试)

本发明的涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法还可用于在上述涂料组合物的组分及其含量的基础上增加、减少或互换部分组分而获得的涂料组合物，不仅可以用于内墙涂料，而且也适用于外墙涂料，充分发挥出涂料的无毒、无刺激的环保特性和优异的防水性、抗老化性和低温柔性等性能，以及持续产生负离子和净化甲醛等功能。

Claims (9)

1.一种建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、往容器中以1：40～60重量配比加入化学纤维和有机溶剂，在室温下搅拌使化学纤维溶解成均匀的脂溶性溶液；

(2)、将步骤1形成的脂溶性溶液全部喷洒于与化学纤维1：400～600重量配比的粉状建筑涂料中，室温下搅拌、混匀，然后加热，使有机溶剂蒸发，化学纤维均匀析出而分散于粉状原料中，再冷却至室温，经搅拌、混匀，即得粉状功能性涂料；

所述的粉状建筑涂料含有以下组分：白炭黑8～11％、石灰14～18％、水泥31～36％、石英砂11～14％、重钙3～6％、膨润土2～5％、凹凸棒2～5％、纳米二氧化钛0.1～0.3％、纳米氧化银0.1～0.3％、电气石1～2％、保温剂4～6％、粘合剂0.6～1.0％、消泡剂0.5～1.0％、腐植酸0.1～0.7％、硅藻土5～7％、钛白粉2～3％。

2.根据权利要求1所述的建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法，其特征在于，步骤(2)所述的加热温度是高于有机溶剂沸点2-5(℃)。

3.根据权利要求1所述的建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法，其特征在于，步骤(2)所述的有机溶剂蒸发所得的蒸汽经冷凝、收集、循环使用。

4.根据权利要求1所述的建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法，其特征在于，所述的有机溶剂是丙酮、乙酸乙酯，丁酮，四氢呋喃、四氯化碳中的一种。

5.根据权利要求1所述的建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法，其特征在于，所述的化学纤维是涤纶纤维、丙纶纤维中的一种。

6.根据权利要求1所述的建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法，其特征在于，步骤(1)所述的化学纤维与有机溶剂的重量配比优选为1：50。

7.粉状功能性涂料，其特征在于，依照权利要求1～6所述建筑涂料的化学纤维骨架材料高度分散方法制得。

8.权利要求7所述粉状功能性涂料的应用，其特征在于，所述的粉状功能性涂料与水以1：1～1.5重量配比混合、搅拌均匀，可获得施工膏状涂料。

9.根据权利要求8所述的粉状功能性涂料的应用，其特征在于，所述的粉状功能性涂料与水的重量配比优选为1：1.2。