CN116875092A - 一种无机陶瓷免烧涂料及其装饰材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无机陶瓷免烧涂料及其装饰材料的制备方法，无机陶瓷免烧涂料包括碱性硅溶胶溶液、改性剂和促进剂，且按照质量比，碱性硅溶胶溶液、改性剂和促进剂的混合比例为(160～240)：(80～120)：(1～2)；碱性硅溶胶溶液包括纳米碱性硅溶胶和填料，且按照质量比，纳米碱性硅溶胶和填料的混合比例为(4～6)：(2～3)；改性剂包括水性醇酸树脂、硅氧烷化合物和硅烷偶联剂；其中，硅氧烷化合物包括有机硅氧烷和聚硅氧烷的任意一种或多种的组合。本方案提出的一种无机陶瓷免烧涂料，其具有优异的耐候性、耐酸碱性、耐水性和耐污性，且固化后所形成的涂层表面硬度较高。
Description
技术领域
本发明涉及建筑涂料技术领域，尤其涉及一种无机陶瓷免烧涂料及其装饰材料的制备方法。
背景技术
近年来，随着我国国民经济的飞速发展，建筑行业作为国民经济的支柱产业自然突飞猛进。作为建筑行业使用较多的装饰装潢材料，涂料也取得巨大的进步。涂料是可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。涂料在日常生活中的广泛使用给人们带来了舒适感和美观的视觉效果，给人们丰富多彩的生活添上了更多的色彩。同时，随着人类社会的不断进步，涂料也肩负着更多的使命，人们不仅要要其具有较佳的装饰装潢效果，还需要其具有更多的其他功能和附加价值。现代涂料正朝着功能化、环保化方向发展。
另外，现有建筑行业对装饰方面的要求越来越高，不仅要满足美观度的使用体验，而且要满足功能性的使用体验。例如，对于建筑板材来说，其一般通过丝网印刷、热转印或水转印等装饰工艺实现其表面的装饰性能，但上述装饰工艺一般存在加工成本高、换产困难、图案清晰度较低且易失真等问题，因此逐渐被适用性更高、图案清晰度较高且色彩丰富的喷墨打印工艺取代。
但现有技术中，由于打印墨水附着性的考虑，一般将UV涂层作为喷墨打印图案的打印涂层，但由于UV涂层普遍存在耐候性差的问题，难以满足户外场景的应用需求，因此令使用喷墨打印工艺的装饰材料受到了极大的限制，不利于产品推广。
发明内容
本发明的目的在于提出一种无机陶瓷免烧涂料，其具有优异的耐候性、耐酸碱性、耐水性和耐污性，且固化后所形成的涂层表面硬度较高，有利于克服现有技术中的不足之处。
本发明的另一个目的在于提出一种使用上述一种无机陶瓷免烧涂料的装饰材料的制备方法，能满足无机陶瓷免烧涂料与喷墨打印图案层的附着性需求的前提下，极大地提升了装饰材料的耐候性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种无机陶瓷免烧涂料，包括碱性硅溶胶溶液、改性剂和促进剂，且按照质量比，所述碱性硅溶胶溶液、所述改性剂和所述促进剂的混合比例为(160～240)：(80～120)：(1～2)；
所述碱性硅溶胶溶液包括纳米碱性硅溶胶和填料，且按照质量比，所述纳米碱性硅溶胶和所述填料的混合比例为(4～6)：(2～3)；
所述改性剂包括水性醇酸树脂、硅氧烷化合物和硅烷偶联剂；其中，所述硅氧烷化合物包括有机硅氧烷和聚硅氧烷的任意一种或多种的组合。
优选的，所述纳米碱性硅溶胶的粒径为30～80nm。
优选的，所述纳米碱性硅溶胶的pH值为8.5～10。
优选的，所述促进剂包括醋酸、盐酸、甲酸和柠檬酸的任意一种或多种的组合。
优选的，所述填料包括钛白粉、重钙粉、白炭黑粉、硫酸钡粉、铝粉和双飞粉的任意一种或多种的组合。
一种装饰材料的制备方法，使用上述无机陶瓷免烧涂料，包括以下步骤：
A、按配比制备碱性硅溶胶溶液，再按配比制备无机陶瓷免烧涂料，并熟化备用；
B、准备基材，并对基材的涂覆表面进行预处理；
C、将所述无机陶瓷免烧涂料喷涂在所述基材的涂覆表面，干燥后形成打印涂层；
D、在所述打印涂层的表面按照预设图案进行喷墨打印，干燥后形成喷墨打印图案层；
E、将保护漆喷涂在所述喷墨打印图案层的表面，干燥后形成罩面层，并获得装饰材料。
优选的，步骤D中，进行喷墨打印的墨水为无机墨水。
优选的，步骤E中，所述保护漆为氟碳清漆。
优选的，步骤A中，所述无机陶瓷免烧涂料的pH值为7。
优选的，步骤A中，所述熟化步骤的熟化时间为1.5～2h。
本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1、碱性硅溶胶溶液中的硅溶胶进行缩聚反应形成硅氧烷键链接而成的立体多孔网络状[—Si—O—Si—]n结构，硅氧烷键的键能高且十分稳定，有利于提升涂料的硬度和耐老化性能。另外，改性剂为配方体系提供水解产物，其水解产物与硅溶胶进行脱水缩合反应，在硅溶胶部分硅氧醇基(-SiOH)或羟基(-OH)上接枝形成带“尾巴”的有机物，该反应产物穿插在多孔网络状[—Si—O—Si—]n结构的网格中，使得反应后的涂料具有优异的耐候性、耐酸碱性、耐水性和耐污性，且固化后所形成的涂层表面硬度较高。
2、碱性硅溶胶溶液包括纳米碱性硅溶胶和填料，并将上种两种原料的混合比例限定为(4～6)：(2～3)，有利于保证碱性硅溶胶溶液的性能稳定，延长涂料的储存时间。
3、涂料中的改性剂包括水性醇酸树脂和硅氧烷化合物，水性醇酸树脂提供水解过程中的酸性环境和部分羟基，其与硅氧烷化合物在酸性环境下进行水解反应，可为涂料的配方体系提供水解产物。此外，上述改性剂反应后的产物与用于喷墨打印的墨水的相容性较好，有利于涂层与墨水之间的结合；而硅烷偶联剂的添加，则可以进一步促进涂覆基材与涂料的结合。同时，硅氧烷化合物的加入有利于耐水、耐污和耐化学腐蚀性能的提高。
具体实施方式
一种无机陶瓷免烧涂料，包括碱性硅溶胶溶液、改性剂和促进剂，且按照质量比，所述碱性硅溶胶溶液、所述改性剂和所述促进剂的混合比例为(160～240)：(80～120)：(1～2)；
所述碱性硅溶胶溶液包括纳米碱性硅溶胶和填料，且按照质量比，所述纳米碱性硅溶胶和所述填料的混合比例为(4～6)：(2～3)；
所述改性剂包括水性醇酸树脂、硅氧烷化合物和硅烷偶联剂；其中，所述硅氧烷化合物包括有机硅氧烷和聚硅氧烷的任意一种或多种的组合。
现有技术中，一般作为喷墨打印图案的打印涂层为UV涂层，但由于UV涂层普遍存在耐候性差的问题，难以满足户外场景的应用需求，因此令使用喷墨打印工艺的装饰材料受到了极大的限制，不利于产品推广。
因此，为了在确保涂料与喷墨打印图案层的附着力的前提下，提升其耐候性，本技术方案提出了一种包括碱性硅溶胶溶液、改性剂和促进剂的无机陶瓷免烧涂料。
具体地，碱性硅溶胶溶液用于进行缩聚反应后形成立体多孔网状结构，起到骨架作用以提升涂料固化后的涂层硬度；改性剂的加入有利于改善涂层的柔性，避免涂层的干燥开裂和重涂性能，提升与喷墨打印图案层的附着力，为后续图案打印提供可能性；促进剂是为了调节反应中的pH，既可以促进改性剂的和硅溶胶的反应，同时维持体系中pH的稳定性，当促进剂添加过多时，涂料易呈酸性，容易腐蚀基材。
另外，本方案的无机陶瓷免烧涂料中主要反应原料为碱性硅溶胶溶液和改性剂，在涂料的配方体系中，碱性硅溶胶溶液中的硅溶胶进行缩聚反应形成硅氧烷键链接而成的立体多孔网络状[—Si—O—Si—]n结构，硅氧烷键的键能高且十分稳定，有利于提升涂料的硬度和耐老化性能。另外，改性剂为配方体系提供水解产物，其水解产物与硅溶胶进行脱水缩合反应，在硅溶胶部分硅氧醇基(-SiOH)或羟基(-OH)上接枝形成带“尾巴”的有机物，该反应产物穿插在多孔网络状[—Si—O—Si—]n结构的网格中，使得反应后的涂料具有优异的耐候性、耐酸碱性、耐水性和耐污性，且固化后所形成的涂层表面硬度较高。
进一步地，本方案所使用的碱性硅溶胶溶液包括纳米碱性硅溶胶和填料，并将上种两种原料的混合比例限定为(4～6)：(2～3)，有利于保证碱性硅溶胶溶液的性能稳定，延长涂料的储存时间。若纳米碱性硅溶胶过多，会促进涂料反应，不利于保存；若纳米碱性硅溶胶过少，涂料有效反应成分过少，涂层性能容易下降。而填料则起到遮盖作用，有利于令附着在该涂层表面的装饰图案效果更有清晰和明显，从而提升使用该涂料的装饰材料的装饰作用；另外，填料的加入也可以扩展硅溶胶的适应性。
更进一步地，涂料中的改性剂包括水性醇酸树脂和硅氧烷化合物，水性醇酸树脂提供水解过程中的酸性环境和部分羟基，其与硅氧烷化合物在酸性环境下进行水解反应，可为涂料的配方体系提供水解产物。此外，上述改性剂反应后的产物与用于喷墨打印的墨水的相容性较好，有利于涂层与墨水之间的结合；而硅烷偶联剂的添加，则可以进一步促进涂覆基材与涂料的结合。同时，硅氧烷化合物的加入有利于耐水、耐污和耐化学腐蚀性能的提高。
更进一步说明，所述纳米碱性硅溶胶的粒径为30～80nm。
在本技术方案的一个优选实施例中，将纳米碱性硅溶胶的粒径优选为30～80nm，其具有较高的表面活性，有利于提高胶凝后结构的致密性，从而提升涂料固化后的涂层强度。
更进一步说明，所述纳米碱性硅溶胶的pH值为8.5～10。
进一步地，本方案还将所使用的纳米碱性硅溶胶的pH值优选为8.5～10，有利于保证溶胶的稳定状态，减少颗粒聚集沉降，保持碱性硅溶胶的颗粒尺寸，以提升涂层强度。
更进一步说明，所述促进剂包括醋酸、盐酸、甲酸和柠檬酸的任意一种或多种的组合。
在本技术方案的另一个优选实施例中，将醋酸、盐酸、甲酸和柠檬酸的任意一种或多种的弱氧化性酸组合作为涂料中的促进剂，其可到起到缓冲pH的作用，对改性剂的水解反应，以及水解产物与硅溶胶之间的缩聚反应起到调控作用。
更进一步说明，所述填料包括钛白粉、重钙粉、白炭黑粉、硫酸钡粉、铝粉和双飞粉的任意一种或多种的组合。
需要说明的是，本方案所使用的双飞粉为市售原料，购自广东源磊粉体有限公司。
一种装饰材料的制备方法，使用上述无机陶瓷免烧涂料，包括以下步骤：
A、按配比制备碱性硅溶胶溶液，再按配比制备无机陶瓷免烧涂料，并熟化备用；
B、准备基材，并对基材的涂覆表面进行预处理；
C、将所述无机陶瓷免烧涂料喷涂在所述基材的涂覆表面，干燥后形成打印涂层；
D、在所述打印涂层的表面按照预设图案进行喷墨打印，干燥后形成喷墨打印图案层；
E、将保护漆喷涂在所述喷墨打印图案层的表面，干燥后形成罩面层，并获得装饰材料。
本方案还提出了一种使用上述一种无机陶瓷免烧涂料的装饰材料的制备方法，能满足无机陶瓷免烧涂料与喷墨打印图案层的附着性需求的前提下，极大地提升了装饰材料的耐候性。
具体地，首先按配比制备无机陶瓷免烧涂料，并熟化备用；然后对涂覆基材的表面进行预处理，包括但不限于清洗基材的涂覆表面，以去除其涂覆表面的灰尘和杂质，或对涂覆表面进行抛光处理，以粗化其表面等，从而提升基材的涂覆表面与涂料的界面结合性。接着依次在涂覆表面喷涂无机陶瓷免烧涂料、喷墨打印和喷涂保护漆，以形成具有打印涂层、喷墨打印图案层和罩面层的装饰材料。
需要说明的是，本方案的基材包括陶瓷砖、人造石、陶瓷岩板等建筑领域的装饰材料，在此不作限定。
更进一步说明，步骤D中，进行喷墨打印的墨水为无机墨水。
另外，为了进一步提升装饰材料的耐老化性能，本案中的喷墨打印图案层特别采用无机墨水进行喷墨打印。进一步地，由于本案中所使用的改性剂反应后的产物与无机墨水的相容性较好，因此，无机墨水的使用还有利于提升喷墨打印图案层和打印涂层的结合性，进一步提升喷墨打印图案层和打印涂层的之间的附着力。
更进一步说明，步骤E中，所述保护漆为氟碳清漆。
为了避免装饰材料的喷墨打印图案层中的图案被刮花，本方案还在其表面增设一层起到保护作用的保护漆，同时罩面层的增设也可满足装饰材料所需要的光泽度需求。
需要说明的是，本方案中所采用的保护漆为建筑涂料领域常用的氟碳清漆，在此不对氟碳清漆的配方组分进行赘述。
更进一步说明，步骤A中，所述无机陶瓷免烧涂料的pH值为7。
在本技术方案的一个优选实施例中，可通过对涂料配方体系中各原料的添加量控制，将其pH值严格控制为7，呈现中性的涂料可以使得涂料性能更加稳定，且不会对涂覆基材造成影响。
更进一步说明，步骤A中，所述熟化步骤的熟化时间为1.5～2h。
在本技术方案的另一个优选实施例中，对涂料的熟化时间进行控制，有利于确保涂料配方体系得到充分反应，以确保涂料固化后涂层的性能。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例组
A、按下表1的配比制备无机陶瓷免烧涂料，并熟化1.5h备用；其中，纳米碱性硅溶胶的粒径为30～80nm，pH值为9；
B、清洗纤维增强水泥板，并对纤维增强水泥板的涂覆表面进行抛光和烘干处理；
C、将无机陶瓷免烧涂料喷涂在纤维增强水泥板的涂覆表面，干燥后形成打印涂层；
D、利用无机墨水在打印涂层的表面按照预设图案进行喷墨打印，干燥后形成喷墨打印图案层；
E、将氟碳清漆喷涂在喷墨打印图案层的表面，干燥后形成罩面层，并获得装饰材料。
观察上述实施例获得的装饰材料的表面效果，将上述实施例的步骤A中熟化后的无机陶瓷免烧涂料进行建筑涂料领域常规的性能指标测试，如下表2所示；同时对上述实施例的步骤C中获得的具有打印涂层的纤维增强水泥板进行建筑涂料领域常规的涂层附着力测试，其结果如下表3所示。
表2实施例组的性能测试方法
| 性能测试项目 | 测试依据 |
| 耐候性 | GB/T16259-2008 |
| 耐酸雨性 | GB/T9274-1988 |
| 耐碱性 | GB/T9265-2009 |
| 耐水性 | GB/T1733-1993 |
| 耐沾污性 | GB/T9780-2013 |
| 硬度 | GB/T6739-2006 |
| 附着力 | GB/T9286-2021 |
表3实施例组的性能测试结果
由表3的性能测试结果可知，本方案所提出的无机陶瓷免烧涂料，其具有优异的耐候性、耐酸碱性、耐水性和耐污性，且固化后所形成的涂层表面硬度较高，与喷墨打印图案层的结合力较强。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无机陶瓷免烧涂料，其特征在于：包括碱性硅溶胶溶液、改性剂和促进剂，且按照质量比，所述碱性硅溶胶溶液、所述改性剂和所述促进剂的混合比例为(160～240)：(80～120)：(1～2)；
所述碱性硅溶胶溶液包括纳米碱性硅溶胶和填料，且按照质量比，所述纳米碱性硅溶胶和所述填料的混合比例为(4～6)：(2～3)；
所述改性剂包括水性醇酸树脂、硅氧烷化合物和硅烷偶联剂；其中，所述硅氧烷化合物包括有机硅氧烷和聚硅氧烷的任意一种或多种的组合。
2.根据权利要求1所述的一种无机陶瓷免烧涂料，其特征在于：所述纳米碱性硅溶胶的粒径为30～80nm。
3.根据权利要求1所述的一种无机陶瓷免烧涂料，其特征在于：所述纳米碱性硅溶胶的pH值为8.5～10。
4.根据权利要求1所述的一种无机陶瓷免烧涂料，其特征在于：所述促进剂包括醋酸、盐酸、甲酸和柠檬酸的任意一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种无机陶瓷免烧涂料，其特征在于：所述填料包括钛白粉、重钙粉、白炭黑粉、硫酸钡粉、铝粉和双飞粉的任意一种或多种的组合。
6.一种装饰材料的制备方法，其特征在于，使用权利要求1～5任意一项所述的无机陶瓷免烧涂料，包括以下步骤：
A、按配比制备碱性硅溶胶溶液，再按配比制备无机陶瓷免烧涂料，并熟化备用；
B、准备基材，并对基材的涂覆表面进行预处理；
C、将所述无机陶瓷免烧涂料喷涂在所述基材的涂覆表面，干燥后形成打印涂层；
D、在所述打印涂层的表面按照预设图案进行喷墨打印，干燥后形成喷墨打印图案层；
E、将保护漆喷涂在所述喷墨打印图案层的表面，干燥后形成罩面层，并获得装饰材料。
7.根据权利要求6所述的一种装饰材料的制备方法，其特征在于：步骤D中，进行喷墨打印的墨水为无机墨水。
8.根据权利要求6所述的一种装饰材料的制备方法，其特征在于：步骤E中，所述保护漆为氟碳清漆。
9.根据权利要求6所述的一种装饰材料的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述无机陶瓷免烧涂料的pH值为7。
10.根据权利要求6所述的一种装饰材料的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述熟化步骤的熟化时间为1.5～2h。
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