防火水性无机涂料及其制备方法和应用与流程

2021-02-02 19:02:37|

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本申请属于涂料技术领域，尤其涉及一种防火水性无机涂料，以及一种防火水性无机涂料的制备方法，一种防火水性无机涂料的应用。

背景技术：

无机涂料，是一种以无机材料为主要成膜物质的涂料，是全无机矿物涂料的简称，因性能优质，广泛用于建筑、绘画等日常领域。无机涂料是由无机聚合物和经过分散活化的金属、金属氧化物纳米材料、稀土超微粉体等组成的无机聚合涂料，具有物理、化学双重保护作用。通过化学键与基体牢固结合，对环境无污染，使用寿命长，性能达到国际先进水平，是符合环保要求的高科技换代产品。

目前，常规无机涂料主要成膜物质为有机物，遇火容易燃烧并产生烟雾。为了减少涂料因遇火燃烧产生烟雾，发明了阻燃防火等涂料。但是，这些涂料成膜物质仍然为不燃或阻燃有机化合物，降低了涂料的成膜耐磨性，使其耐磨性无法满足优等品需求。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种防火水性无机涂料及其制备方法，以及一种防火水性无机涂料的应用，旨在一定程度上解决现有无机涂料难以同时具备较好的阻燃性能和耐磨性能的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种防火水性无机涂料，以所述防火水性无机涂料原料的总质量为100％计，包括以下组分：

第二方面，本申请提供一种防火水性无机涂料的制备方法，包括步骤：

将5～10份的水性硅树脂乳液、8～10份硅溶胶、10～20份硅酸盐、15～30份填料、5～8份添加剂、3～5份助溶剂和35～45份水，混合处理，得到防火水性无机涂料。

第三方面，本申请提供一种防火水性无机涂料的应用，将上述的防火水性无机涂料或者上述方法制备的防火水性无机涂料沉积到墙面上，干燥形成涂料层。

本申请第一方面提供的防火水性无机涂料，使用水性硅树脂乳液作为防火无机涂料，替代普通的水性丙烯酸涂料，有效提高无机涂料的防火阻燃性能，以及稳定性。通过各组分复合使用，提高无机涂料的成膜性能，并提高成膜后涂料层的耐磨性能，耐水耐火及耐沾污等特性，且voc含量低，低于50g/l，绿色环保。

本申请第二方面提供的防火水性无机涂料的制备方法工艺简单，适用于大规模生产和应用。本申请实施例制备的防火水性无机涂料，具有优异的防火阻燃性能，耐磨性能，耐沾污性，绿色环保，以及稳定性能，尤其适用于内墙墙面使用。

本申请第三方面提供的防火水性无机涂料的应用，直接将上述防火水性无机涂料沉积到墙面上，干燥即可在墙面上形成涂料层，应用灵活方便，适用性广。

具体实施方式

为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。

应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

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的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一xx也可以被称为第二xx，类似地，第二xx也可以被称为第一xx。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请实施例第一方面提供一种防火水性无机涂料，以防火水性无机涂料原料的总质量为100％计，包括以下组分：

本申请第一方面提供的防火水性无机涂料，使用水性硅树脂乳液作为防火无机涂料，替代普通的水性丙烯酸涂料，一方面，水性硅树脂乳液以硅-氧键为主，具有优异的耐高温性，热稳定性高，高温下或辐射照射分子的化学键不断裂、不分解。不但可耐高温，而且也耐低温，可在一个很宽的温度范围内使用，无论是化学性能还是物理机械性能，随温度的变化都很小。可有效提高无机涂料的防火阻燃性能，以及稳定性。另一方面，水性硅树脂乳液与硅溶胶、硅酸盐、填料等组分具有好的相容性，通过与其他组分的复合使用，提高无机涂料的成膜性能，并提高成膜后涂料层的耐磨性能，voc含量低，低于50g/l，绿色环保。另外，本申请无机涂料中，硅溶胶和硅酸盐两种环保型阻燃剂复配使用，可有效提高无机涂料层的耐水、耐火、耐磨和耐沾污等特性，使涂料层有更好的稳定性，其耐洗刷能力大大高于普通内墙涂料的耐洗刷次数，高于内墙乳胶漆优等品。

在一些实施例中，水性硅树脂乳液包括：氟硅树脂乳液、苯基硅树脂乳液、甲基苯基硅树脂乳液、硅丙乳液、纯硅树脂乳液、硅树脂聚醚乳液、耐高温硅树脂乳液、聚甲基硅树脂乳液中的至少一种，这些水性硅树脂乳液均具有较好的耐高低温性能、介电性能、化学稳定性、耐候性、不燃性、不粘性和低的摩擦系数等特性。可有效提高无机涂料的防火阻燃性能；并且与其他组分具有较好的相容性，提高了无机涂料的分散稳定性，使其应用施工方便。本申请实施例防火水性无机涂料中水性硅树脂乳液的质量含量为5～10％，该含量有效确保了无机涂料的防火阻燃性能和耐磨耐候性能、改善涂料的流变性能、提高无机涂料的稳定性、提高耐水性特别使早期耐水性。若水性硅树脂乳液添加量过低，对无机涂料的阻燃性和耐磨耐候性提升效果不佳；若水性硅树脂乳液添加量过多，不仅与无机涂料内的硅酸钾的相容性变差造成粘度变高及反增稠，而且影响无机涂料的平衡透气性和吸水率变差。

在一些实施例中，助溶剂包括：十二醇酯、二丙二醇正丁醚、三丙二醇正丁醚、领苯二甲酸二丁酯中的至少一种，这些助溶剂可有效提高无机涂料中各组分在水中的分散稳定性，防止组分聚沉，提高涂料存储时长，更有利于施工应用。本申请实施例十二碳醇酯等助溶剂的水解稳定性非常好，可以与包括高ph乳液在内的各类乳液一起使用，能够吸收在乳液粒子上，软化粒子引起更好的融合，可以有效地聚结乳液粒子。并且十二碳醇酯冰点很低，进一步确保了无机涂料的耐候性。本申请实施例无机涂料中，助溶剂的质量含量为3～5％，有效确保了无聊的分散稳定性，若添加量过多，则会降低涂料中其他组分含量，会降低涂料膜层的防火阻燃及耐磨耐候性能。

在一些实施例中，硅溶胶中二氧化硅的含量为20～40％。一方面，硅溶胶具有良好的分散性、耐高温和渗透性，在本申请无机涂料中具有成膜溶解的特性，其耐水性、耐热性能明显优于有机涂料，涂膜致密且较硬，不产生静电，空气中各种尘埃难粘附，抗污染能力强。另一方面，硅溶胶有相当大的比表面积，胶体颗粒小，细微的颗粒，对基层有较强的渗透力，能通过毛细管渗透到基层内部，并能与墙面混凝土基层中的氢氧化钙反应生成硅酸钙，使无机涂料具有较强的粘结力。高二氧化硅含量的硅溶胶，更有利于提高无机涂料的耐候、抗污、阻燃等特性。

在一些实施例中，硅酸盐包括：硅酸钾和/或硅酸钠，这些硅酸盐添加到无机涂料中，当涂料成膜固化后，硅酸盐硬化形成二氧化硅网状骨架，使涂料膜层在高温下强度下降很小，具有很强的耐高温性质，提高涂料层的防火阻燃性能。另外，涂料中硅酸盐溶液沉积到基体墙面后，能渗入缝隙和孔隙中，固化后能堵塞毛细孔通道，提高无机涂料层与墙面基体的结合紧密度，不容易掉落。

本申请实施例无机涂料中硅溶胶和硅酸盐复配使用，能够更好的提高涂料的阻燃性能和稳定性，其中，硅溶胶的含量为8～10％，硅酸盐的含量为10～20％，该含量使两者之间有更好的协同增效作用，硅酸盐能够较好的解决硅溶胶在成膜过程中体积收缩率大的问题，提高涂料膜层的致密性和稳定性。

在一些实施例中，填料包括质量比为(1～3)：(2～3)的钛白粉和钙粉，其中，钛白粉具有很高的热稳定性，金红石型和锐钛矿型的钛白粉均具有很好的热稳定性，同时具有良好的遮盖能力；钙粉具有能使涂料不易沉降，易分散，光泽好等特性，同时具有防火特性。通过钛白粉和钙粉的协同使用，不但能提高涂料成膜后的强度，遮盖能力，而且热稳定性好，可进一步提高涂料膜层的防火阻燃性。

在一些实施例中，添加剂包括：ph调节剂、消泡剂、润湿剂、稳定剂、分散剂、增稠流变剂中的至少一种。在进一步实施例中，所述防火水性无机涂料中，所述添加剂包括：0.5％～1.5％的ph调节剂、0.1％～0.3％的消泡剂、0.3％～0.5％的润湿剂、0.5％～1％的稳定剂、0.7％～1.5％的分散剂、1％～2％的增稠流变剂。本申请实施例通过添加剂中，ph调节剂可调整无机涂料ph增加涂料稳定性；消泡剂可消除分散及施工过程产生的机械及化学气泡；润湿剂可润湿盐填料表面，协助分散及防沉；稳定剂可减少无机涂料内部固化反应提高涂料粘度稳定性；分散剂用于溶解液体中的固体颗粒防止固体颗粒沉降和凝聚；增稠流变剂可增加施工性及防沉性能。通过添加ph调节剂、消泡剂、润湿剂、稳定剂、分散剂、增稠流变剂等组分，调节涂料的综合性能。

在一些实施例中，ph调节剂包括：多功能助剂amp-95、氨水、氢氧化钾中的至少一种。本申请实施例通过调节无机涂料的ph值，涂料有更好的分散稳定性。在一些具体实施例中，采用多功能助剂amp-95、氨水、氢氧化钾中的至少一种调节剂，将涂料的ph调节至11～11.5，该范围使无机涂料更加稳定。

在一些实施例中，消泡剂包括：聚醚类消泡剂、有机硅类消泡剂、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的至少一种，这些消泡剂消泡能力强，可有效防止涂料在制备、存储以及使用时产生气。且用量少，不会影响涂料中其他组分的性能，耐热性能好，耐氧化性强。

在一些实施例中，稳定剂包括：无机铅盐，无机复合盐、脂肪酸铅皂中的至少一种，能够增加涂料的分散稳定性，防止涂料中组分聚沉，更有利于存储和使用。无机铅盐，无机复合盐、脂肪酸铅皂均具有较好的热稳定性，同时具有优良的加工性、耐候性、光稳定性等特性。

在一些实施例中，润湿剂包括：非离子型酚基聚氧乙烯醚、非离子型烷基聚氧乙烯醚、阴离子型酚基聚氧乙烯醚中的至少一种，能够降低涂料中钛白粉、钙粉等组分的表面能，使固体物料更易被水浸湿，不但能提高涂料的分散稳定性，而且可降低涂料的表面张力或界面张力，使无机涂料有更好的成膜性能。

在一些实施例中，增稠流变剂包括：碱溶胀型ase-60、碱溶胀型his305、羟乙基纤维素、聚氨酯增稠剂中的至少一种，这些增稠流变剂可有效地改变涂料体系的流体特性，使之具有触变性，从而赋予涂料良好的贮存稳定性和施工性。使涂料在贮存时提高涂料黏度、抑制涂料的分离沉降，同时防止无机涂膜涂装后出现流挂现象等。

在一些实施例中，分散剂包括：阴离子型分散剂、阳离子型分散剂、非离子型分散剂、两性型分散剂、高分子型分散剂中的至少一种，这些分散剂分散性能好，防止涂料中组分粒子之间相互聚集，热稳定性好，使无机涂料具有较好的成型加工流动性，应用施工方便。

在一些具体实施例中，以防火水性无机涂料原料的总质量为100％计，包括组分：水40％，水性硅树脂乳液6％，硅溶胶12％，硅酸钾10％，钛白粉8％，钙粉14％，ph调节剂1％、消泡剂0.3％、润湿剂0.5％、稳定剂1％、分散剂1.5％、增稠流变剂1.7％，助溶剂4％。在另一些具体实施例中，以防火水性无机涂料原料的总质量为100％计，包括组分：水39％，水性硅树脂乳液8％，硅溶胶14％，硅酸钾8％，钛白粉10％，钙粉12％，ph调节剂0.8％、消泡剂0.2％、润湿剂0.5％、稳定剂0.8％、分散剂1.2％、增稠流变剂1.5％，助溶剂4％。在另一些具体实施例中，以防火水性无机涂料原料的总质量为100％计，包括组分：水35％，水性硅树脂乳液10％，硅溶胶16％，硅酸钾12％，钛白粉6％，钙粉13％，ph调节剂0.6％、消泡剂0.2％、润湿剂0.4％、稳定剂0.6％、分散剂1％、增稠流变剂1.2％，助溶剂4％。在一些具体实施例中，水可以是去离子水。

本申请实施例提供的防火水性无机涂料可通过下述实施例中方法制得。

本申请实施例第二方面提供一种防火水性无机涂料的制备方法，包括步骤：

本申请第二方面提供的防火水性无机涂料的制备方法，通过将配方量的水性硅树脂乳液、硅溶胶、硅酸盐、填料、添加剂、助溶剂和水混合处理，即可制得防火水性无机涂料，制备方法工艺简单，适用于大规模生产和应用。本申请实施例制备的防火水性无机涂料，具有优异的防火阻燃性能，耐磨性能，耐沾污性，绿色环保，以及稳定性能，尤其适用于内墙墙面使用。

在一些实施例中，水性硅树脂乳液包括：氟硅树脂乳液、苯基硅树脂乳液、甲基苯基硅树脂乳液、硅丙乳液、纯硅树脂乳液、硅树脂聚醚乳液、耐高温硅树脂乳液、聚甲基硅树脂乳液中的至少一种。

在一些实施例中，助溶剂包括：十二醇酯、二丙二醇正丁醚、三丙二醇正丁醚、领苯二甲酸二丁酯中的至少一种。

在一些实施例中，硅溶胶中二氧化硅的含量为20～40％。

在一些实施例中，填料包括质量比为(1～3)：(2～3)的钛白粉和钙粉。

在一些实施例中，硅酸盐包括：硅酸钾和/或硅酸钠。

在一些实施例中，添加剂包括：ph调节剂、消泡剂、润湿剂、稳定剂、分散剂、增稠流变剂中的至少一种。

本申请上述实施例的有益效果在前文均有论述，在此不再赘述。

在一些实施例中，混合处理的步骤包括：将添加剂与水混合均匀后，在搅拌条件下，添加填料，混合30分钟以上；再添加水性硅树脂乳液、硅溶胶、硅酸盐、增稠剂和ph调节剂，混合10～60分钟，得到防火水性无机涂料。本申请该混料顺序更有利于使涂料中各原料组分充分分散混合，防止原料组分分散不均，导致降低涂料的分散、存储、施工稳定性。

本申请实施例第三方面提供一种防火水性无机涂料的应用，将上述的防火水性无机涂料或者上述方法制备的防火水性无机涂料沉积到墙面上，干燥得到涂料层。

在一些具体实施例中，将防火水性无机涂料沉积到墙面上的步骤包括：首先，对墙面进行基础处理，对墙面杂物进行清除，对墙面进行刮腻子处理；然后，用水将防火水性无机涂料稀释到合适的施工粘度值50-60ku，在上了底漆的墙面上进行有气喷涂或无气喷涂或滚涂，经过自然干燥，形成厚度为30-50um的涂料层；最后，开启室内门窗通风进行空气循环，自然晾干2-3h。

为使本申请上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本申请实施例防火水性无机涂料及其制备方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。

实施例1

一种防火水性无机涂料，以防火水性无机涂料原料的总质量为100％计，包括组分：去离子水40％，水性硅树脂乳液6％，硅溶胶12％，硅酸钾10％，钛白粉8％，钙粉14％，ph调节剂1％、消泡剂0.3％、润湿剂0.5％、稳定剂1％、分散剂1.5％、增稠流变剂1.7％，助溶剂4％。

其制备方法包括步骤：

1、在搅拌釜内计量加入在缸内计量加入去离子水，搅拌下加入ph调节剂、消泡剂、润湿剂、金红石型钛白粉、轻钙，高速分散30分钟。

2、加入无机硅树脂乳液、增稠流变剂、十二醇酯、去离子水，加入ph调节剂，调节ph值11～11.5，过滤得到防火水性无机涂料。

实施例2

一种防火水性无机涂料，以防火水性无机涂料原料的总质量为100％计，包括组分：去离子水39％，水性硅树脂乳液8％，硅溶胶14％，硅酸钾8％，钛白粉10％，钙粉12％，ph调节剂0.8％、消泡剂0.2％、润湿剂0.5％、稳定剂0.8％、分散剂1.2％、增稠流变剂1.5％，助溶剂4％。

其制备方法包括步骤：

1、在搅拌釜内计量加入在缸内计量加入去离子水，搅拌下加入ph调节剂、消泡剂、润湿剂、金红石型钛白粉、轻钙，高速分散30分钟。

2、加入无机硅树脂乳液、增稠流变剂、十二醇酯、去离子水，加入ph调节剂，调节ph值11～11.5，过滤得到防火水性无机涂料。

实施例3