一种抗裂耐水全无机涂料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种抗裂耐水全无机涂料及其制备方法 (Crack-resistant and water-resistant all-inorganic coating and preparation method thereof ) 是由 王飞 付琬璐 于帅 刘春和 孙洪涛 许仙鹤 陆遥 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明属于建筑涂料领域,具体涉及一种抗裂耐水全无机涂料及其制备方法。该涂料基料为改性硅酸钾,硅溶胶,填料为矿物活性填料,钛白粉及以重钙粉为主的无机复合填料,加入消泡剂、分散剂、增稠剂以及多功能助剂,以一定比例混合均匀而成。本发明涂料不含重金属及有机挥发物(VOC)等有害物质,绿色环保,防火等级高,与常规无机涂料相比,通过对硅酸钾进行改性,在未降低其活性的前提下获得高模数的硅酸钾,从而提高了涂料的抗裂性；并且加入了活性矿物活性填料,与涂料中的极性基团吸附而形成了紧密的网络结构,从而增强了涂料的耐水性。并且为单组分涂料,施工简单,具有良好的储存性和耐候性。(The invention belongs to the field of building coatings, and particularly relates to an anti-cracking waterproof all-inorganic coating and a preparation method thereof. The base material of the paint is modified potassium silicate, silica sol, mineral active filler, titanium dioxide and inorganic composite filler mainly comprising coarse whiting powder, and is prepared by adding a defoaming agent, a dispersing agent, a thickening agent and a multifunctional auxiliary agent and uniformly mixing the materials in a certain proportion. The coating disclosed by the invention does not contain harmful substances such as heavy metals and Volatile Organic Compounds (VOC), is environment-friendly and high in fire-proof level, and compared with the conventional inorganic coating, the coating is modified to obtain high-modulus potassium silicate on the premise of not reducing the activity of the potassium silicate, so that the crack resistance of the coating is improved; and the active mineral active filler is added to be adsorbed with polar groups in the coating to form a compact network structure, so that the water resistance of the coating is enhanced. And the coating is a single-component coating, is simple to construct and has good storage property and weather resistance.)
技术领域
本发明属于建筑涂料领域，具体涉及一种抗裂耐水全无机涂料及其制备方法。
技术背景
在现代建筑工业中，涂料的使用非常普遍，有机涂料是目前市场上应用最广泛的涂料，由于种类多样，装饰性好，价格低廉而在实际应用中备受青睐。但随之而来的是有机涂料的种种缺陷，例如，使用过程中耐热性差，受热易起皮脱落，并且有机涂料组成部分为大多为树脂，填料，溶剂和各种助剂，防火性往往不能满足较高要求。并且生产时与施工后干燥过程中释放出的大量挥发性有机物(VOC)对环境以及人类都有极大都得危害，在有机涂料的使用中不可避免。
目前市面上也有无机涂料产品，虽然都冠以无机涂料的名号，但其中也都包含少量的有机成分，例如加入乳液以及有机助剂，不能达到百分之百纯无机，所以在耐火方面的性能不能达到较高的要求。现有的无机涂料在成膜干燥过程中，随着涂膜的干燥，涂膜的强度也在不断提高，涂抹内部的内聚力增强，导致涂层较脆，若内聚强度过大，则可能会引起起皮开裂的现象发生。无机涂料的最大痛点就是耐水性不佳，由于无机涂料中常常带有硅酸盐，所以吸水性较高，特别是作为外墙涂料使用，如何降低无机涂料吸水率成为一大难题。因此，本发明提出一种抗裂耐水全无机涂料以解决上述问题。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种抗裂耐水全无机涂料及其制备方法，具有良好的抗裂耐水性，并且为单组分涂料，施工简单，具有良好的储存性和耐候性。
为了实现上述目的，本发明通过对硅酸钾进行改性，在未降低其活性的前提下获得了高模数的硅酸钾，从而提高了涂料的抗裂性。并且将改性钾水玻璃同硅溶胶一起使用，改善了由于涂料面层粘结剂的不足而易出现掉粉的现象。
本发明采用纤维状无机复合填料作为填料，可降低涂膜收缩固化应力；并且加入了活性矿物活性填料，矿物活性填料的晶体结构间带有负电荷，可将溶液中的极性基团吸附，形成紧密的网状立体结构，使涂料的耐水性大大提高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种抗裂耐水全无机涂料，包括以下重量份的原料组成：
去离子水10-15份、改性硅酸钾25-30份、硅溶胶10-15份、矿物活性填料7-12份、无机复合填料20-35份、颜料10-12份、消泡剂0.1-0.3份、流平剂0.1-0.2份、疏水剂0.1-0.2份、分散剂0.5-3份、增稠剂0.1-0.2份。
进一步地，所述改性硅酸钾为硅烷改性硅酸钾，模数为3.5-4.5，此模数下的钾水玻璃具有较高的防水性能。即可保证稳定性，又可保证反应活性。
进一步地，所述硅溶胶经过有机改性，在部分有机活性硅醇基接上有机基团，粒径约为10nm，具有很高的稳定性。
进一步地，所述矿物活性填料为硅灰石、蒙脱石、膨润土、高岭土、蛭石中的一种或多种任意组合，目数为500-1000。
进一步地，所述无机复合填料为目数为800-1500的高纯度碳酸钙填料，有显著的固化及抗裂性能。
进一步地，所述颜料为钛白粉，粒径小于1.2μm。
进一步地，所述消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。
进一步地，所述流平剂为聚丙烯酸丁酯，为液体流平剂。
进一步地，所述疏水剂为非离子表面活性剂。
进一步地，所述分散剂为改性膦酸盐类分散稳定剂。
进一步地，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
一种抗裂耐水无机涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按计量称取各组分，将增稠剂加入去离子水中，以300-400rad/分钟的速度搅拌2-5分钟后得到混合液；
步骤2、依次向步骤1中得到的混合溶液中加入分散剂、消泡剂、流平剂、疏水剂，将搅拌机的转速调整800-1000rad/分钟，然后分散15-20分钟后得到混合液；
步骤3、分散机转速调至600rad/min，向步骤2得到的混合液中依次加入钛白粉，无机复合填料，矿物活性填料，将搅拌机的转速调整900rad/min，搅拌20-30min；
步骤4、调整搅拌机的转速至500-600rad/分钟，然后将改性硅酸钾与硅溶胶加入，继续搅拌15-20分钟后，即可得到无机水性涂料。
进一步地，所述步骤2中的无机复合填料细度为800-1500目。
进一步地，所述步骤2中的矿物活性填料细度为500-1000目。
进一步地，所述步骤3中的改性硅酸钾的浓度为20-40wt％。
与现有技术比，本发明有益效果如下。
利用高模数的改性硅酸钾，提高了涂料的抗裂性，并且加入了活性矿物活性填料，与涂料中的极性基团吸附而形成了紧密的网络结构，从而增强了涂料的耐水性。防火等级高，对环境友好无污染。并且为单组分，使施工效率大大提高，同时具有良好的储存性与耐候性。
矿物活性填料有良好的触变性，可塑性，使涂料具有良好的稳定性和施工性。并且矿物活性填料的晶体结构间带有负电荷，可将溶液中带有-OH的极性基团吸附，形成相互交联的复合物，呈网状立体结构，并且此复合物形成后具有不可逆性，使涂料的耐水性大大提高。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
一种抗裂耐水全无机涂料，包括以下重量份的原料组成：
去离子水10-15份、改性硅酸钾25-30份、硅溶胶10-15份、矿物活性填料7-12份、无机复合填料20-35份、颜料10-12份、消泡剂0.1-0.3份、流平剂0.1-0.2份、疏水剂0.1-0.2份、分散剂0.5-3份、增稠剂0.1-0.2份。
进一步地，所述改性硅酸钾为硅烷改性硅酸钾，模数为3.5-4.5，此模数下的钾水玻璃具有较高的防水性能。即可保证稳定性，又可保证反应活性。
进一步地，所述硅溶胶经过有机改性，在部分有机活性硅醇基接上有机基团，粒径约为10nm，具有很高的稳定性。
进一步地，所述矿物活性填料为硅灰石、蒙脱石、膨润土、高岭土、蛭石中的一种或多种任意组合，目数为500-1000。
进一步地，所述无机复合填料为目数为800-1500的高纯度碳酸钙填料，有显著的固化及抗裂性能。
进一步地，所述颜料为钛白粉，粒径小于1.2μm。
进一步地，所述消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。
进一步地，所述流平剂为聚丙烯酸丁酯，为液体流平剂。
进一步地，所述疏水剂为非离子表面活性剂。
进一步地，所述分散剂为改性膦酸盐类分散稳定剂。
进一步地，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
一种抗裂耐水无机涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按计量称取各组分，将增稠剂加入去离子水中，以300-400rad/分钟的速度搅拌2-5分钟后得到混合液；
步骤2、依次向步骤1中得到的混合溶液中加入分散剂、消泡剂、流平剂、疏水剂，将搅拌机的转速调整800-1000rad/分钟，然后分散15-20分钟后得到混合液；
步骤3、分散机转速调至600rad/min，向步骤2得到的混合液中依次加入钛白粉，无机复合填料，矿物活性填料，将搅拌机的转速调整900rad/min，搅拌20-30min；
步骤4、调整搅拌机的转速至500-600rad/分钟，然后将改性硅酸钾与硅溶胶加入，继续搅拌15-20分钟后，即可得到无机水性涂料。
进一步地，所述步骤2中的无机复合填料细度为800-1500目。
进一步地，所述步骤2中的矿物活性填料细度为500-1000目。
进一步地，所述步骤3中的改性硅酸钾的浓度为20-40wt％。
实施例1。
一种抗裂耐水无机涂料的制备方法，包括以下重量份原料:去离子水12份、改性硅酸钾30份、硅溶胶15份、矿物活性填料7份、无机复合填料25份、钛白粉10份、消泡剂0.2份、流平剂0.1份、疏水剂0.1份、分散剂0.5份、增稠剂0.1份。
选择合适的分散缸与分散机等其他工具，确保洁净，能够正常使用。
按计量称取各组分，在容器中加入去离子水，在搅拌状态下加入羟乙基纤维素，以400rad/min的速度搅拌5分钟后得到混合液。
依次向上述步骤中得到的混合溶液中加入分散剂、消泡剂、流平剂、疏水剂，，将搅拌机的转速调整1000rad/分钟，分散15分钟至均匀状态。
浆料制作，分散机转速调至600rad/min，向上步得到的混合液中依次加入钛白粉，无机复合填料，矿物活性填料，将搅拌机的转速调整900rad/min，然后分散20分钟后得到混合液，检测其细度，细度≤40μm为达到标准。
调整搅拌机的转速至550rad/min，然后将改性硅酸钾与硅溶胶加入，继续搅拌20分钟后，即可得到无机水性涂料。
实施例2。
一种抗裂耐水无机涂料的制备方法，包括以下重量份原料:去离子水13份、改性硅酸钾27份、硅溶胶14份、矿物活性填料9份、无机复合填料26份、钛白粉10份、消泡剂0.1份、流平剂0.1份、疏水剂0.1份、分散剂0.6份、增稠剂0.1份。
选择合适的分散缸与分散机等其他工具，确保洁净，能够正常使用。
按计量称取各组分，在容器中加入去离子水，在搅拌状态下加入羟乙基纤维素，以400rad/min的速度搅拌5分钟后得到混合液。
依次向上述步骤中得到的混合溶液中加入分散剂、消泡剂、流平剂、疏水剂，，将搅拌机的转速调整800rad/分钟，分散15分钟至均匀状态。
浆料制作，分散机转速调至600rad/min，向上步得到的混合液中依次加入钛白粉，无机复合填料，矿物活性填料，将搅拌机的转速调整900rad/min，然后分散20分钟后得到混合液，检测其细度，细度≤40μm为达到标准。
调整搅拌机的转速至550rad/min，然后将改性硅酸钾与硅溶胶加入，继续搅拌20分钟后，即可得到无机水性涂料。
实施例3。
一种抗裂耐水无机涂料的制备方法，包括以下重量份原料:去离子水15份、改性硅酸钾26份、硅溶胶13份、矿物活性填料11份，无机复合填料24份、钛白粉10份、消泡剂0.2份、流平剂0.1份、疏水剂0.1份、分散剂0.5份、增稠剂0.1份。
选择合适的分散缸与分散机等其他工具，确保洁净，能够正常使用。
按计量称取各组分，在容器中加入去离子水，在搅拌状态下加入羟乙基纤维素，以400rad/min的速度搅拌5分钟后得到混合液。
依次向上述步骤中得到的混合溶液中加入分散剂、消泡剂、流平剂、疏水剂，将搅拌机的转速调整800rad/分钟，分散15分钟至均匀状态。
浆料制作，分散机转速调至600rad/min，向上步得到的混合液中依次加入钛白粉，无机复合填料，矿物活性填料，将搅拌机的转速调整900rad/min，然后分散20分钟后得到混合液，检测其细度，细度≤40μm为达到标准。
调整搅拌机的转速至550rad/min，然后将改性硅酸钾与硅溶胶加入，继续搅拌20分钟后，即可得到无机水性涂料。
实施例4。
一种抗裂耐水无机涂料的制备方法，包括以下重量份原料:去离子水15份、改性硅酸钾28份、硅溶胶14份、矿物活性填料10份，无机复合填料22份、钛白粉10份、消泡剂0.1份、流平剂0.2份、疏水剂0.2份、分散剂0.6份、增稠剂0.1份。
选择合适的分散缸与分散机等其他工具，确保洁净，能够正常使用。
按计量称取各组分，在容器中加入去离子水，在搅拌状态下加入羟乙基纤维素，以400rad/min的速度搅拌5分钟后得到混合液。
依次向上述步骤中得到的混合溶液中加入分散剂、消泡剂、流平剂、疏水剂，将搅拌机的转速调整800rad/分钟，分散15分钟至均匀状态。
浆料制作，分散机转速调至600rad/min，向上步得到的混合液中依次加入钛白粉，无机复合填料，矿物活性填料，将搅拌机的转速调整900rad/min，然后分散20分钟后得到混合液，检测其细度，细度≤40μm为达到标准。
调整搅拌机的转速至550rad/min，然后将改性硅酸钾与硅溶胶加入，继续搅拌20分钟后，即可得到无机水性涂料。
对比例1。
一种抗裂耐水无机涂料的制备方法，包括以下重量份原料:去离子水12份、普通硅酸钾30份、硅溶胶15份、矿物活性填料7份、无机复合填料25份、钛白粉10份、消泡剂0.2份、流平剂0.1份、疏水剂0.1份、分散剂0.5份、增稠剂0.1份。
选择合适的分散缸与分散机等其他工具，确保洁净，能够正常使用。
按计量称取各组分，在容器中加入去离子水，在搅拌状态下加入羟乙基纤维素，以400rad/min的速度搅拌5分钟后得到混合液。
依次向上述步骤中得到的混合溶液中加入分散剂、消泡剂、流平剂、疏水剂，，将搅拌机的转速调整800rad/分钟，分散15分钟至均匀状态。
浆料制作，分散机转速调至600rad/min，向上步得到的混合液中依次加入钛白粉，无机复合填料，矿物活性填料，将搅拌机的转速调整900rad/min，然后分散20分钟后得到混合液，检测其细度，细度≤40μm为达到标准。
调整搅拌机的转速至550rad/min，然后将硅酸钾与硅溶胶加入，继续搅拌20分钟后，即可得到无机水性涂料。
对比例2。
一种抗裂耐水无机涂料的制备方法，包括以下重量份原料:去离子水15份、改性硅酸钾26份、硅溶胶13份、无机复合填料35份、钛白粉10份、消泡剂0.2份、流平剂0.1份、疏水剂0.1份、分散剂0.5份、增稠剂0.1份。
选择合适的分散缸与分散机等其他工具，确保洁净，能够正常使用。
按计量称取各组分，在容器中加入去离子水，在搅拌状态下加入羟乙基纤维素，以400rad/min的速度搅拌5分钟后得到混合液。
依次向上述步骤中得到的混合溶液中加入分散剂、消泡剂、流平剂、疏水剂，将搅拌机的转速调整800rad/分钟，分散15分钟至均匀状态。
浆料制作，分散机转速调至600rad/min，向上步得到的混合液中依次加入钛白粉，无机复合填料，将搅拌机的转速调整900rad/min，然后分散20分钟后得到混合液，检测其细度，细度≤40μm为达到标准。
调整搅拌机的转速至550rad/min，然后将改性硅酸钾与硅溶胶加入，继续搅拌20分钟后，即可得到无机水性涂料。
实施例1-4和对比例1-2按JG/T26-2002外墙无机建筑涂料标准进行指标检测，结果如下。
表1实施例1-4和对比例1-2检测结果表。
以上描述了本发明的基本原理与主要特征。本发明不受上述实施例限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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