CN103725051A - 一种无机涂料的基体材料及其应用 - Google Patents

一种无机涂料的基体材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无机涂料的基体材料及其应用，所述基体材料为液态硅溶胶和碳酸钙的混合物，所述液态硅溶胶以含固量计与碳酸钙的质量比为1∶3～10。在所述基体材料基础上添加无机涂料总质量的20%以下的辅配材料，可获得无机涂料。本发明的无机涂料具有耐老化、耐候性强、与水泥基层有化学结合力、不脱皮、耐热、防火、无毒、无污染及节约能源等特点，而且它不含钾、钠等强碱性离子，pH值小于10，与颜料的相容性好，不会产生泛碱现象，可制作各种颜色的无机涂料。本发明的基体材料并可用于制备刚性防水材料、彩色饰面砂浆、人造石材料和美术颜料。

Description

一种无机涂料的基体材料及其应用
技术领域
本发明涉及一种无机涂料，具体涉及一种采用硅溶胶的无机涂料及其制备方法和应用。
背景技术
根据国家行业标准JG/26-2002，无机建筑涂料按主要粘结剂种类可分为两类，一是以水玻璃（碱金属硅酸盐）为主要粘结剂，加入颜料、填料及助剂配制而成；二是以硅溶胶为主要粘结剂，加入适量的合成树脂乳液、颜料、填料及助剂配制而成。
常规用于制备无机涂料的硅酸钾及硅溶胶其主要物化指标如下表所示：
Figure 648235DEST_PATH_IMAGE002
。
从硅酸钾与硅溶胶的组成上看，两者的主要区别在含碱量。虽然前者也能与碳酸钙发生钙化反应，甚至有着更低的收缩率，但由于其游离碱含量较高，对硅化反应有阻碍作用，因此对最终产物的耐水性影响较大，而伴生的泛碱现象也会影响着色的均匀性，对实际应用构成了瓶颈。而后者含碱量极低，硅化程度较高，所以耐水性及与颜料的相容性也更好。
然而，单独使用硅溶胶时，常温固化成膜往往存在裂纹、内部微孔等致命缺陷，同时，硅溶胶的价格偏高，一直以来其价格往往是水玻璃的数倍，也远高于同样浓度的合成乳液，因此目前通常将硅溶胶当作助剂使用，常常是加入有机高分子乳液制得有机-无机复合型涂料，而加入有机高分子材料获得的涂料易老化，耐候性差。也有报道采用水溶性三聚氰胺和多元醇对硅溶胶进行改性的，但这类处理会增加制备的复杂性。
近年来，随着硅粉一步水解法生产硅溶胶工艺逐步取代传统的离子交换法生产硅溶胶工艺，硅溶胶的价格已逐步下降到低于水玻璃的水平，所以如今的硅溶胶已成为一种应用前景广阔的基本化工原料。因此，如果能够克服硅溶胶成膜存在裂纹、内部微孔等问题，将能获得性能良好的无机涂料。
发明内容
本发明的发明目的是克服现有技术中存在的上述不足，提供一种无机涂料的基体材料，以及该基体材料的应用。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种无机涂料的基体材料，所述基体材料为液态硅溶胶和碳酸钙的混合物，所述液态硅溶胶以含固量计与碳酸钙的质量比为1∶3～10。
优选的技术方案，所述液态硅溶胶以含固量计与碳酸钙的质量比为1∶5～8。
上述技术方案中，所述液态硅溶胶的含固量至少为30%，氧化钠含量小于1%，pH值小于11。
所述碳酸钙为纯度95%以上、细度200目以上的粉末。
作为上述基体材料的一种应用，本发明提供了一种无机涂料，由上述基体材料与辅配材料液配组成，所述辅配材料为无机涂料总质量的20%以下，辅配材料选自高分子聚合物、填料、颜料、涂料添加剂中的一种或多种的组合。
上述无机涂料的制备方法，包括以下步骤：
Ⅰ、按上述质量比称量液态硅溶胶、碳酸钙以及辅配材料，所述辅配材料由高分子聚合物、填料、颜料、涂料添加剂组成；
Ⅱ、将液态硅溶胶加入到调速分散釜中，搅拌并缓缓加入碳酸钙及辅配材料，添加完毕后加速搅拌至均匀，制成浆状物并密封保存。
使用时，涂布的无机涂料中的液态硅溶胶与碳酸钙发生气硬性反应，生成水化硅酸钙。其过程为，硅溶胶水溶液中的无定型活性二氧化硅与碳酸钙颗粒表面上的钙反应生成水化硅酸钙，并包裹在碳酸钙颗粒的表面，将碳酸钙颗粒通过水化硅酸钙胶联起来，当处于空气中时，体系中的水蒸发，析出水化硅酸钙晶体，并形成水化硅酸钙晶体/碳酸钙为主要成分的、不溶于水的、具有力学强度的人造石结构。由此使涂层与水泥基层具有较强的化学结合力，并使涂层不会发生开裂等问题。
上述技术方案中，所述高分子聚合物为EVA可再分散乳胶粉、丙烯酸酯类乳液及其可再分散乳胶粉、氟碳乳液、硅丙乳液、纯丙乳液、水性环氧树脂、水性聚氨酯、水性环氧酯、水性醇酸树脂之一或多种组合；所述填料为钛白粉、云母、高岭土之一或多种组合；所述颜料为有机颜料、无机颜料或由多种颜料混合成的液体色浆；所述涂料添加剂为聚丙烯酸分散剂、硅烷防水剂、PVA增稠剂、防腐剂、含钙化合物、含锌化合物之一或多种组合。含钙化合物和含锌化合物中的金属离子可与硅溶胶反应生成硅酸盐不溶解物，可促进无机涂料的硬化速度，提高无机涂料的抗裂强度。
优选的，高分子聚合物的最低成膜温度（MFT）在零度左右。
本发明同时提供上述无机涂料的基体材料在制备刚性防水材料、彩色饰面砂浆、人造石材料中的应用。
上述基体材料中加20%以下颜料，可以作为美术颜料使用，用于绘制类似油画的图画。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明揭示了一种很有价值的胶凝性化学反应，这种化学反应的特点是液体硅溶胶可以和一定细度的碳酸钙发生气硬性反应生成不溶于水、具有强度的水化硅酸钙人造石材料，并据此构建了一种无机涂料的基体材料，通过限定液体硅溶胶和碳酸钙的比例，获得了显著的技术效果。
2、本发明的无机涂料较之于现有无机硅酸盐涂料具有突出的优点：它具有耐老化、耐候性强、与水泥基层有化学结合力、不脱皮、耐热、防火、无毒、无污染及节约能源等特点，而且它不含钾、钠等强碱性离子，pH值小于10，与颜料的相容性好，不会产生泛碱现象，可制作各种颜色的无机涂料。
3、本发明利用的碳酸钙属于一种微溶性盐，其游离出的碳酸离子会被硅酸离子置换，从而形成不溶性且综合性能更好的硅酸钙，其在白色涂料中还具有一定的遮盖作用，可以取代一大部分的钛白粉的作用。
附图说明
图1是实施例一中硅溶胶的XRD衍射图。
图2是实施例一中硅溶胶和碳酸钙混合气硬化产物的XRD衍射图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种无机涂料的基体材料，所述基体材料为液态硅溶胶和碳酸钙的混合物，分别称取100克液态硅溶胶（含固量为30%）、100克粉体碳酸钙，将硅溶胶注入调速分散釜中，边搅拌边加入碳酸钙，再高速搅拌分散均匀。
图1为硅溶胶原料的XRD衍射图，它是一种无定型的二氧化硅；图2为本实施例的产物放置在空气中3天后的硬化产物的XRD衍射图，其中能够发现无定型的二氧化硅已经全部消失，生成了具有晶体结构良好的水化硅酸钙，余留部分未反应的碳酸钙。从机理上讲，硅溶胶水溶液中的无定型活性二氧化硅与碳酸钙颗粒表面上的钙反应生成水化硅酸钙，并包裹在碳酸钙颗粒的表面，将碳酸钙颗粒通过水化硅酸钙胶联起来，当放于空气中时，体系中的水蒸发，析出水化硅酸钙晶体，并形成水化硅酸钙晶体/碳酸钙为主要成分的、不溶于水的、具有力学强度的人造石结构。
以下实施例中，使用的硅溶胶可为：pH值大于8的活性二氧化硅胶体在水中的分散液，其固含量范围为30-40%。
碳酸钙可为：由天然碳酸钙矿石经粉碎、研磨而成的粉体，或人工合成的碳酸钙，其碳酸钙含量不少于95%，白度不小于85%，细度不小于200目。特别地，采用重质碳酸钙比轻质碳酸钙所获的密度更大、性能更好。
高分子聚合物可为具有柔韧性的乳胶粉、乳液及水性树脂分散液，其中包括EVA可再分散乳胶粉，丙烯酸酯类可再分散乳胶粉，氟碳乳液（经过增塑的氟碳乳液为佳）、硅丙乳液、纯丙乳液、苯丙乳液，及水性环氧树脂、水性聚氨酯、水性环氧酯、水性醇酸树脂等。采用高分子聚合物的作用可提高“硅溶胶-碳酸钙”体系的稳定性和施工性，而且能增加其硬化材料的抗裂性和柔韧性。
颜料、填料、涂料添加剂等辅配材料可根据涂料的使用性能要求进行调整。
实施例二：先分别称取100克的液态硅溶胶（含固量=30%，以下简称硅溶胶，下同）、300克的粉体碳酸钙，然后将硅溶胶注入调速分散釜中，再逐步加入碳酸钙及辅配材料，辅配材料用量不大于总质量的20%，再高速搅拌分散均匀，制成浆状物，装桶后密封保存，贮存时间达到6个月，其七天测试的抗压强度大于12MPa，白度大于85%，莫氏硬度大于5。
实施例三：先将100克的硅溶胶、约200克的粉体碳酸钙、20克的膨胀珍珠岩及10克的玻璃化温度MFT在零度左右的EVA可再分散乳胶粉混合后在调速分散釜中以同样方法分散均匀，本产品可作为一种无机防火保温涂料使用，使用装桶后贮存时间达到6个月。与实施例二产品相比，其抗开裂性能得到改善。
实施例四：先将100克的硅溶胶、约150克的粉体碳酸钙、30克的钛白粉、10克的丙烯酸酯乳胶粉及2克的氧化铁颜料混合后在调速分散釜中分散均匀，本产品可作为一种无机外墙涂料使用，装桶后贮存时间达到6个月。与实施例二、三产品相比，其可呈现丰富的色彩。
所得产品采用JG/T 26-2002《外墙无机建筑涂料》标准试验，得技术指标如表1所示，
Figure 158851DEST_PATH_IMAGE004
。
采用实施例二至四制备的无机涂料，经涂刷上墙后，在空气中干燥时，无定型硅溶胶（二氧化硅）将与碳酸钙反应，脱水后交联成网状的“水化硅酸钙”结构，从而形成具有抗压、抗拉强度的人造石涂层。其最终产物以离子键与共价键为主，范德华键为辅，其性能类似于岩石矿物。该无机涂料涂刷于水泥基墙面后（如混凝土、水泥基腻子、水泥基保温面层等），能渗透进入水泥基墙表面，并和水泥中的钙质材料反应生成不溶于水的硅酸钙，形成锚固效应，使涂料与墙面牢固地结合为一体。
实施例五：先将100克的硅溶胶、约200克的粉体碳酸钙、20克的钛白粉、20克的氟碳乳液及3克的铬绿颜料混合后在调速分散釜中分散均匀，本产品可作为一种无机外墙涂料使用，装桶后贮存时间达到6个月。与实施例二、三产品相比，其可呈现绿的色彩。
实施例六：先将100克的硅溶胶、约250克的粉体碳酸钙、20克的高岭土、20克的苯丙乳液及5克的群青蓝颜料混合后在调速分散釜中分散均匀，本产品可作为一种无机外墙涂料使用，装桶后贮存时间达到6个月。与实施例二、三产品相比，其可呈现蓝的色彩。
实施例七：先将100克的硅溶胶、约150克的粉体碳酸钙、20克的丙烯酸乳液及100克的氧化铁红颜料混合后在调速分散釜中分散均匀，本产品可作为一种美术颜料使用，装桶后贮存时间达到6个月。
实施例八：先将100克的硅溶胶、约250克的粉体碳酸钙及15克的疏水型可再分散乳胶粉在调速分散釜中混合后分散均匀呈厚浆状，本产品可作为一种刚性防水材料使用，其抗渗性可达0.3MPa。
实施例九：先将100克的硅溶胶、250克的粉体碳酸钙、100克的级配砂石、10克的丙烯酸酯乳胶粉及4克的氧化铁颜料及适量的稠化粉（浆）、木质纤维素等混合均匀呈触变性砂浆，本材料可作为一种不泛碱、无需罩面处理的彩色饰面砂浆使用。
实施例十：先将100克的硅溶胶、约200克的粉体碳酸钙、150克的级配砂石、20克的EVA可再分散乳胶粉、4克的氧化铁颜料及适量流平剂在调速分散釜中混合后分散均匀呈流变性砂浆，然后倒入人造石板的模具中，加筋并震动成型，脱模后经表面抛光可得到一种光亮的人造石板。
实施例十一：先分别称取二个样品，100克的液态硅溶胶、200克的粉体碳酸钙，然后将硅溶胶注入调速分散釜中，再逐步加入碳酸钙。一个样品中加1克氯化钙，另一个样品不加，再同时高速搅拌分散均匀，制成浆状物，装桶后密封保存，贮存时间达到6个月。结果发现，加氯化钙的样品上墙后的硬化速度大于不加氯化钙的样品。
应用本发明的技术方案，较之于现有无机硅酸盐涂料具有突出的优点：它具有耐老化、耐候性强、与水泥基层有化学结合力、不脱皮、耐热、防火、无毒、无污染及节约能源等特点，而且它不含钾、钠等强碱性离子，pH值小于10，与颜料的相容性好，不会产生泛碱现象，可制作各种颜色的无机涂料，它实现了一种无碱且开放期可控的无机胶凝材料，并具有良好的着色性，可用于无机涂料、彩色饰面砂浆、人造台板及美术颜料等行业。

Claims (10)

1. 一种无机涂料的基体材料，其特征在于：所述基体材料为液态硅溶胶和碳酸钙的混合物，所述液态硅溶胶以含固量计与碳酸钙的质量比为1∶3～10。
2. 根据权利要求1所述的无机涂料的基体材料，其特征在于：所述液态硅溶胶以含固量计与碳酸钙的质量比为1∶5～8。
3. 根据权利要求1所述的无机涂料的基体材料，其特征在于：所述液态硅溶胶的含固量至少为30%，氧化钠含量小于1%，pH值小于11。
4. 根据权利要求1所述的无机涂料的基体材料，其特征在于：所述碳酸钙为纯度95%以上、细度200目以上的粉末。
5. 一种无机涂料，其特征在于：由权利要求1所述基体材料与辅配材料液配组成，所述辅配材料为无机涂料总质量的20%以下，辅配材料选自高分子聚合物、填料、颜料、涂料添加剂中的一种或多种的组合。
6. 根据权利要求5所述的无机涂料，其特征在于：所述高分子聚合物为EVA可再分散乳胶粉、丙烯酸酯类可再分散乳胶粉、氟碳乳液、硅丙乳液、纯丙乳液、水性环氧树脂、水性聚氨酯、水性环氧酯、水性醇酸树脂之一或多种组合；所述填料为钛白粉、云母、高岭土之一或多种组合；所述颜料为有机颜料、无机颜料或由多种颜料混合成的液体色浆；所述涂料添加剂为聚丙烯酸分散剂、硅烷防水剂、PVA增稠剂、防腐剂、含钙化合物、含锌化合物、水玻璃之一或多种组合。
7. 权利要求1所述无机涂料的基体材料在制备刚性防水材料中的应用。
8. 权利要求1所述无机涂料的基体材料在制备彩色饰面砂浆中的应用。
9. 权利要求1所述无机涂料的基体材料在制备人造石材料中的应用。
10. 权利要求1所述无机涂料的基体材料在制备美术颜料中的应用。
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