CN112961514B - 无机硅酸盐仿清水混凝土涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涂料及其制备方法与应用。该涂料按质量百分比计，包括苯丙乳液5％～8％、硅酸钾5％～20％、硅溶胶15％～30％、钛白粉15％～18％、填料15％～20％、助剂1.6％～4.5％、有机硅疏水剂0.5％～1％、调色色浆0.2％～0.4％以及余量的水；其中，硅酸钾为硅烷改性硅酸钾，模数为3.5～4.0；硅溶胶经过稳定化处理。特定含量的苯丙乳液、硅酸钾及硅溶胶组成的粘结体系，硅酸盐具有较好的渗透性，与水泥墙体发生反应，可渗入墙体基材因而结合力强，苯丙乳液提高了涂料对粉料的包裹性，硅酸钾与硅溶胶协同作用，提高涂膜内聚力和抗裂性。该涂料稳定性好，制得的漆膜光泽感弱，具有良好、逼真的仿清水混凝土效果；且漆膜与基材结合力强，不易剥离，耐黄变性能良好。

Description

无机硅酸盐仿清水混凝土涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及建筑装饰技术领域，具体涉及一种无机硅酸盐仿清水混凝土涂料及其制备方法与应用。

背景技术

清水混凝土是建筑现代主义的一种表现手法，因其极具装饰效果也称装饰混凝土。清水混凝土的制作方法是于混凝土浇铸后，不再有任何涂装、贴瓷砖、贴石材等材料，直接采用现浇混凝土的自然表面效果作为饰面，因此不同于普通混凝土，清水混凝土表面平整光滑，色泽均匀，棱角分明，无碰损和污染。由于清水混凝土构造独特的美学表现，受到广大设计者的喜爱。

然而，清水混凝土在制造过程中也存在很多问题，例如：由于缺乏拆除模板后的装修工程，因此在组模的阶段就大致决定其质量好坏，混凝土配比设计和原材料的质量控制要求每块混凝土所用水泥的配比要严格一致；新混的混凝土必须具备良好的工作性和粘聚性，不允许出现分层离析的现象；原材料尽可能使用同一厂家同一批次，砂、石的色泽和颗粒均匀。

另外，现浇混凝土以水泥作为主要的无机粘结剂，水泥在加水搅拌后会形成水化过程，这种水化会产生收缩应力，水化后的混凝土表面产生裂纹，即使加入减水剂和抗裂纤维仍难以完全消除开裂的风险。

传统的清水混凝土的缺点主要包括如下几个方面：1)现浇清水混凝土中水泥基含量高，水化过程中产生游离的钙离子，容易出现“泛碱”现象；2)现浇清水混凝土容易造成表面颜色不均匀；3)现浇清水混凝土为一次成型，一旦出现瑕疵，就难以修补。

为了解决上述清水混凝土存在的缺点，出现了通过涂料仿制清水混凝土效果的方法。传统的清水混凝土仿制方法主要分为有机类仿清水混凝土体系和无机干粉饰面砂浆仿清水混凝土体系两种仿制体系。有机类仿清水混凝土体系大多通过在有机类乳胶漆产品加入色浆调色仿制，这类有机类仿清水混凝土体系只能在混凝土表面形成漆膜，因此结合力较弱。随着时间推移，漆膜出现的一些起皮、脱落、黄变等乳胶漆常见问题，会导致仿清水混凝土的效果大打折扣。且乳胶漆漆膜封闭性较好，产品不透气，漆膜光泽感较强，也会造成触感上、观感上和无机清水混凝土有较大差别，所以只可远观，不可近看。无机干粉饰面砂浆仿清水混凝土体系采用干粉饰面砂浆加入色粉进行调色，干粉中本身的盐碱容易导致泛碱问题，且采用色粉调色难于控制易导致批次间的色差及接茬问题。因此，一般的有机类仿清水混凝土体系和无机干粉饰面砂浆仿清水混凝土体系两种仿制体系的防止效果均不理想。

发明内容

基于此，有必要提供一种结合力强且仿清水混凝土效果良好的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料及其制备方法与应用。

本发明的一个方面，提供了一种无机硅酸盐仿清水混凝土涂料，按照质量百分比计，包括以下组分：

其中，所述硅酸钾为硅烷改性的硅酸钾，所述硅酸钾的模数为3.5～4.0；所述硅溶胶经过稳定化处理；所述涂料的pH为9～10。

在其中一些实施例中，按照质量百分比计，所述硅酸钾的含量为5％～10％。

在其中一些实施例中，按照质量百分比计，所述硅溶胶的含量为15％～20％。

在其中一些实施例中，按照质量百分比计，所述苯丙乳液的含量为6％；所述硅酸钾的含量为5％；所述硅溶胶的含量为15％。

在其中一些实施例中，所述苯丙乳液的最低成膜温度不高于5℃。

在其中一些实施例中，所述钛白粉为金红石型。

在其中一些实施例中，所述填料选自重钙及石英粉中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述助剂包括以下按照占所述无机硅酸盐仿清水混凝土涂料的质量百分比计的各组分：

本发明的另一方面，还提供了一种无机硅酸盐仿清水混凝土涂料的制备方法，包括以下步骤：

取上述的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料的各组分备用；

将适量水及所述助剂搅拌混合成胶状物质；

向所述胶状物质加入所述钛白粉及所述填料，研磨；

加入所述苯丙乳液，混匀；

依次加入所述硅酸钾、所述硅溶胶、所述有机硅疏水剂及剩余的水，混匀；

加入所述调色色浆，得到无机硅酸盐仿清水混凝土涂料。

本发明的又一方面，还提供了上述无机硅酸盐仿清水混凝土涂料作为仿制清水混凝土的应用。

本发明的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料包括苯丙乳液、硅酸钾、硅溶胶、钛白粉、填料、助剂、有机硅疏水剂调色色浆及水，特定含量的苯丙乳液、硅酸钾及硅溶胶组成的有机无机粘结体系，无机硅酸盐具有较好的渗透性，与混凝土墙体发生反应，可渗入墙体基材因而结合力强，苯丙乳液提高了涂料对粉料的包裹性，硅酸钾与硅溶胶协同作用，提高涂膜内聚力和抗裂性。该涂料稳定性良好，制得的漆膜光泽感弱，具有良好、逼真的仿清水混凝土效果；且漆膜与基材结合力强，不易剥离，耐黄变性能良好。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的重量单位。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一实施方式提供了一种无机硅酸盐仿清水混凝土涂料，按照质量百分比计，包括以下组分：

其中，硅酸钾为硅烷改性的硅酸钾，硅酸钾的模数为3.5～4.0；硅溶胶经过稳定化处理；涂料的pH为9～10。

硅酸钾具有良好的耐水性，不容易产生盐析，且成本较低，尤其适合应用在墙体涂料中使用。硅烷改性的硅酸钾是让硅酸钾中的硅原子上接上有机基团，适当降低硅酸钾的活性官能团数，从而降低硅酸钾的反应活性，使其不易发生脱水缩合自聚合反应，应用在涂料中粘度稳定，不容易产生凝胶化，且与有机乳液相容性好，不易产生絮凝颗粒。硅烷改性的硅酸钾除了能够产生粘结力之外，还能够通过毛细管作用渗透到水泥基材内部，与水泥基材中的Ca(OH)₂发生反应，生成具有粘结性能的CaSiO₃凝胶，硅酸钾缩聚反应形成化学组成为二氧化硅的-Si-O-Si-网状骨架凝胶结构，因而对基材产生很强的粘结力和封闭作用，并且涂膜的具有透气性好、多孔、哑光等优点。

本发明的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料采用的硅酸钾模数高，在3.5～4.0之间。低模数的硅酸钾溶液的硅酸根聚合度低，分子量小，在同等固含量下粘性越低，反应活性高，粘结力更强，稳定性更好，但是固化速度更慢，耐水性差。同时因为碱金属离子含量高，碱性强，更容易出现盐析发白现象。而模数为3.5～4.0的硅酸钾溶液中硅酸根离子的聚合度高，分子量大，固化速度快，耐水性好，碱性较小，盐析发白现象更少，涂膜的化学稳定性较好。但由于粘度较大，难以形成高固含量的溶液，反应活性较低，容易开裂掉粉，涂料的稳定性稍差。在本发明实施方式中，硅酸钾采用上海澳润的K100硅酸钾。

稳定化处理的硅溶胶在部分活性硅醇基上接有有机基团，降低硅溶胶的反应活性。在硅酸钾溶液中加入硅溶胶能够改善高模数硅酸钾存在的易开裂掉粉的问题，提高涂膜的强度和抗裂性。在本发明实施方式中，硅溶胶采用上海澳润的S308。

苯丙乳液是一种有机树脂乳液，具有良好的耐碱性及较低的吸水性，与硅酸盐的碱性条件相容性更好。

有机硅疏水剂是一种水性、无溶剂的硅氧烷改性的有机乳液。有机硅树脂改性的聚硅氧烷溶液是制造水性外墙涂料以及水性底漆的防水添加剂，能够增强涂料的防水性、耐水性，并保持良好的透气性，同时改善水性涂料的施工性能，起到抗结块的作用。

调色色浆能够调节涂料的色调，更贴近清水混凝土，仿制效果更佳。

本发明的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料包括苯丙乳液、硅酸钾、硅溶胶、钛白粉、填料、助剂、有机硅疏水剂、调色色浆及水，特定含量的苯丙乳液、硅酸钾及硅溶胶组成的有机无机粘结体系，无机硅酸盐具有较好的渗透性，与混凝土墙体发生反应，可渗入墙体基材因而结合力强，苯丙乳液提高了涂料对粉料的包裹性，硅酸钾与硅溶胶协同作用，提高涂膜内聚力和抗裂性。该涂料稳定性良好，制得的漆膜光泽感弱，具有良好、逼真的仿清水混凝土效果；且漆膜与基材结合力强，不易剥离，耐黄变性能良好。

在其中一些实施例中，按照质量百分比计，硅酸钾的含量为5％～10％。

在其中一些实施例中，按照质量百分比计，硅溶胶的含量为15％～20％。

在其中一些实施例中，按照质量百分比计，苯丙乳液的含量为6％；硅酸钾的含量为5％；硅溶胶的含量为15％。在该组成下，无机硅酸盐仿清水混凝土涂料中色浆的相容性良好，涂料整体分散性好，且涂膜不易开裂，具有较好的抗裂性和耐沾污性。

在其中一些实施例中，苯丙乳液的最低成膜温度不高于5℃。在此成膜温度的苯丙乳液在各种天气条件下均可成膜，有助于涂料整体成膜，因而无需另外添加成膜助剂。

在其中一些实施例中，钛白粉为金红石型。金红石型的钛白粉稳定性好。进一步地，金红石型钛白粉经过氧化硅、氧化铝及有机改性。改性的金红石型钛白粉在水性体系中的分散性和稳定性更好，且耐候性良好。

在其中一些实施例中，填料选自重钙及石英粉中的至少一种。

在其中一些实施例中，调色色浆选自铁黑色浆、炭黑色浆及铁黄色浆中的至少一种。优选地，调色色浆为铁黑色浆及铁黄色浆的混合物。

在其中一些实施例中，无机硅酸盐仿清水混凝土涂料按照质量百分比计，包括以下组分：

上述组成的涂料不仅施工顺畅，耐洗刷性能、耐沾污性良好，且仿制清水混凝土效果良好。

在其中一些实施例中，助剂包括以下按照占所述无机硅酸盐仿清水混凝土涂料的质量百分比计的各组分：

在其中一些实施例中，消泡剂采用矿物油类消泡剂。

在其中一些实施例中，分散剂采用聚丙烯酸盐分散剂。

在其中一些实施例中，润湿剂采用烷基聚氧乙烯醚类润湿剂。

在其中一些实施例中，增稠剂采用纤维素类增稠剂。

在其中一些实施例中，助剂按照质量百分比计，还包括成膜助剂0.5％～1％。进一步地，成膜助剂采用十二醇酯。

在其中一些实施例中，防冻剂为丙二醇。

本发明另一实施方式还提供了一种无机硅酸盐仿清水混凝土涂料的制备方法，包括以下步骤S1～S6。

步骤S1：取上述的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料的各组分备用。

步骤S2：将适量水及助剂搅拌混合成胶状物质。

步骤S3：向胶状物质计入钛白粉及填料，研磨。

步骤S4：继续加入苯丙乳液，混匀。

步骤S5：继续依次加入硅酸钾、硅溶胶、有机硅疏水剂及剩余的水，混匀。

步骤S6：继续加入调色色浆，得到无机硅酸盐仿清水混凝土涂料。

上述无机硅酸盐仿清水混凝土涂料的制备方法制备工艺简单，得到的涂料分散性、稳定性良好。形成漆膜结合牢固，不易老化剥落，且光泽感弱，呈现混凝土色调，仿清水混凝土效果良好。

在其中一些实施例中，步骤S2搅拌的转速为300rpm～500rpm。

在其中一些实施例中，步骤S3中研磨的转速为2000rpm～3000rpm，研磨时间为20min～25min。

在其中一些实施例中，步骤S4中，以转速800rpm～1200rpm混匀。

在其中一些实施例中，步骤S5中，以转速800rpm～1200rpm混匀。

本发明另一实施方式还提供了上述无机硅酸盐仿清水混凝土涂料在仿制清水混凝土中的应用。

在其中一些实施例中，上述无机硅酸盐仿清水混凝土涂料可作为仿清水混凝土的主涂料及拍花涂料。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非仅限于这些实施例。以下所描述的实施例仅为本发明较好的实施例，可用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

下面将结合实施例对本发明内容作进一步说明本发明的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料。以下为具体实施例。

在以下实施例中，仿清水混凝土的实施方式为：依次在水泥基材上涂布透明渗透底漆、主涂料、拍花涂料及加固罩面涂料。主涂料提供仿清水混凝土的主色调，拍花涂料通过拍花擦色修饰仿清水混凝土的涂层的纹理。

在以下实施例中，100％透明渗透底漆的配比为：837苯丙乳液10％、矿物油消泡剂0.1％、K100硅酸钾28％及水余量。

加固罩面涂料的配比为：837苯丙乳液10％、矿物油消泡剂0.1％、K100硅酸钾38％及水余量。

拍花涂料的配比与主涂料配比完全一致。

实施例及对比例的主涂料配比(重量％)参照表1及表2。

表1

表2

实施例1～5及对比例1～8的涂料按照以下方法制备：

在分散缸中加入水，再加入分散剂、润湿剂、消泡剂、成膜助剂、防冻剂、增稠剂、防霉剂及pH调节剂等助剂，400rpm搅拌混合成胶状物质。

在分散缸中加入钛白粉、填料，2500rpm转速下打浆研磨25分钟至细度为50μm。

在分散缸中加入苯丙乳液，1000rpm混合均匀。

在分散缸中依次加入硅酸钾溶液、硅溶胶、有机硅疏水剂及剩余的水，1000rpm混合均匀，然后加入炭黑色浆及铁黄色浆。

根据外墙无机涂料的标准《JG/T26-2002》分别对实施例1～5制得的仿清水混凝土进行检测，结果如表3。

表3

分别利用实施例1～5和对比例1～8提供的主涂料按照JG/T26-2002测试性能，着重测试耐洗刷性和耐沾污性，以及施工性和外观指标。测试结果参见表4。

表4

参见表1及表2，由上述测试结果可以说明，实施例1～3制备的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料施工性基本无异常，对比率大于0.95，耐擦洗大于6000次，低温储存无异常，耐沾污性小于20，耐人工老化1000h，粉化≦1级，变色≦2级，即很轻微粉化，轻微变色。

与实施例1对比，实施例4无机硅酸盐仿清水混凝土涂料中的硅酸钾含量增加，其他性能无明显变化，涂膜具有良好的仿清水混凝土效果，但耐沾污性较差。实施例5涂料中的硅溶胶含量增加，其他性能无明显变化，涂膜具有良好的仿清水混凝土效果，但耐人工老化1000h测试中，粉化≦2级，变色≦2级，即轻微粉化，轻微变色。

与实施例1对比，对比例1～8的涂料调整了苯丙乳液、硅酸钾及硅溶胶的含量。对比例1～8的涂料在成膜性、对粉料的粘结力或耐沾污上均有欠缺，尤其是外观上基本达不到较好的仿清水混凝土效果。

具体地，对比例1不添加苯丙乳液，制得的涂料涂膜耐洗刷次数较低，且涂膜表面起粉。而对比例6添加了12％的苯丙乳液，虽然施工性、耐洗刷性、耐沾污性没有明显的影响，但涂膜观感上光泽感较强，达不到仿清水混凝土的效果。

对比例2不添加硅酸钾，制得的涂料涂膜耐洗刷次数较低，漆膜轻微开裂。而对比例7添加了25％的硅酸钾，虽然施工性、耐洗刷性和外观没有明显的不佳，但耐沾污性差。

对比例3不添加硅溶胶，制得的涂料涂膜表面起粉，颜色不均，发花，仿制效果较差。而添加了35％硅溶胶的实施例8的涂料，成膜性差，且漆膜轻微开裂，耐沾污性差。

对比例4～5仅使用硅酸钾或者硅溶胶单一粘结体系，涂膜耐洗刷性、耐沾污性及外观性能均不同程度的不佳。

这充分说明无机硅酸盐仿清水混凝土涂料需要将三者结合起来，通过三者的协同作用，提高涂膜的内聚力和强度，提高耐擦洗，降低内应力，降低开裂风险，同时通过硅酸钾和硅溶胶的互补作用，提升耐沾污性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种无机硅酸盐仿清水混凝土涂料，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下组分：

苯丙乳液 5% ~ 8%；

硅酸钾 5% ~ 10%；

硅溶胶 15% ~ 20%；

钛白粉 15% ~ 18%；

填料 15% ~ 20%；

助剂 1.6% ~ 4.5%；

有机硅疏水剂 0.5% ~ 1%；

调色色浆 0.2% ~ 0.4%；以及

水 余量；

其中，所述硅酸钾为硅烷改性的硅酸钾，所述硅酸钾的模数为3.5~4.0；所述硅溶胶经过稳定化处理；所述涂料的pH为9~10；

所述硅溶胶经过稳定化处理是指：所述硅溶胶中的部分活性硅醇基上接有有机基团。

2.根据权利要求1所述的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料，其特征在于，按照质量百分比计，所述苯丙乳液的含量为6%；所述硅酸钾的含量为5%；所述硅溶胶的含量为15%。

3.根据权利要求1所述的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料，其特征在于，所述苯丙乳液的最低成膜温度不高于5℃。

4.根据权利要求1~3任一项所述的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料，其特征在于，所述钛白粉为金红石型。

5.根据权利要求1~3任一项所述的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料，其特征在于，所述填料选自重钙及石英粉中的至少一种。

6.根据权利要求1~3任一项所述的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料，其特征在于，所述助剂包括以下按照占所述涂料的质量百分比计的各组分：

防冻剂 0.5% ~ 1%；

分散剂 0.3% ~ 0.5%；

润湿剂 0.1% ~ 0.2%；

消泡剂 0.1% ~ 0.2%；

增稠剂 0.3% ~ 0.5%；以及

防霉剂 0.2% ~ 0.3%。

7.一种无机硅酸盐仿清水混凝土涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

取权利要求1~6任一项所述的涂料的各组分备用；

将适量水及所述助剂搅拌混合成胶状物质；

向所述胶状物质加入所述钛白粉及所述填料，研磨；

加入所述苯丙乳液，混匀；

依次加入所述硅酸钾、所述硅溶胶、所述有机硅疏水剂及剩余的水，混匀；

加入所述调色色浆，得到涂料。

8.如权利要求1~6任一项所述的无机硅酸盐仿清水混凝土涂料作为仿制清水混凝土的应用。