CN102585570A

CN102585570A - 一种水溶性不燃陶瓷防辐射涂料及其制备方法

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Publication number: CN102585570A
Application number: CN2012100064911A
Authority: CN
Inventors: 黄健; 宋雪峰; 马保国; 蹇守卫; 赵子强; 殷海波; 段超群
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-01-09
Also published as: CN102585570B

Abstract

本发明涉及一种水溶性不燃陶瓷防辐射涂料及其制备方法，其组分及其组分含量按质量比计为：活性材料：无机填料：减缩剂：增稠剂：阻燃剂：硅酸盐粘结剂：反射增强剂：助剂=2~2.8：0.5~1：0.40：0.01-0.04：0.4~0.8：2.13：0.067~0.2：0.3，充分混合均匀后可进行涂刷或者喷涂，涂料表干后在其表面涂刷一层改性氟硅乳液，该涂料可用作外墙涂料（底涂），也可用作外墙板材保温板材表面、砂浆表面、烧结砖、建筑护围结构的保护涂层。本发明提供的水溶性陶瓷涂料具高耐久性、轻质高强、高效阻燃防火等特点，同时具有质量可控、抗水、耐碱、耐冻融、轻质、抗开裂、抗脱落等特点。

Description

一种水溶性不燃陶瓷防辐射涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水溶性不燃陶瓷防辐射涂料及其制备方法，主要用作外墙材料、建筑材料及建筑围护结构的保护涂层。

背景技术

大多数有机涂料在生产过程中加入了对人体和环境有害的原材料，在涂料的生产、施工和使用过程中均会排放出大量有害废水和废气，对环境造成严重污染，而且有机涂料极易燃烧，其在燃烧过程中令火焰迅速扩散，产生大量易燃和有毒气体，造成了巨大的安全隐患。为此，开发低污染或无污染的环保型涂料已经受到广泛重视。

目前，国内无机涂料的基料大多为硅溶胶、水玻璃或白水泥，其它固体材料作为辅料掺入，起填充或改性等作用，但是掺量极为有限。将活性磨细矿渣、活性硅灰作为无机涂料的基料能够降低成本、保护环境，具有重要的意义。磨细矿渣微粉和硅灰一般呈灰白色，颜色较浅，作为无机涂料的基料便于调整体系颜色。另外，和其它胶凝材料相比，矿粉和硅灰的化学活性较高，经水化反应后涂层的物理性能较好且可控。但是磨细矿渣的反应速度很快，几分钟内就能生成致密的铝酸盐，包覆在磨细矿渣颗粒表面，阻止水化反应进一步进行，所以，在涂料中必须掺加碱激发剂，破坏铝酸盐的形成，水化反应才能正常进行。活性矿粉和活性硅灰作为无机涂料的基料时，其硬化过程需要一定的湿度和龄期，如果在室外薄层涂刷，涂料层很容易在尚未水化之前因失水而出现开裂、剥落等现象。因此，涂料体系必须掺加适量的外加剂，防止涂层开裂或体积变形。

另外，随着节能标准的逐步提高，采用可燃性有机保温材料的厚度不断增加，建筑外墙火灾和火灾蔓延的问题更加突出。所以，加入了高效膨胀型阻燃剂的无机涂料的使用可以有效降低建筑物发生火灾的概率，能够有效保护例如常用的聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯等可燃性材料在建筑外墙外保温系统中的使用。

因此，具有高环保性、高耐久性、高阻燃型和复合保温效果的涂料，无论是在防火安全方面，还是在外墙复合保温方面，都能满足国家的要求，对工程应用具有重要的实际意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种以高效环保、高耐久性和高安全性的无机水溶性不燃陶瓷防辐射涂料，其在充分利用无毒环保材料的同时，将防火阻燃与抗辐射相结合，得到了更高等级的无机涂料。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案：一种水溶性不燃陶瓷防辐射涂料，其特征在于其组分及其组分含量按质量比计为：活性材料∶无机填料∶减缩剂∶增稠剂∶阻燃剂∶硅酸盐粘结剂∶反射增强剂∶助剂＝2～2.8∶0.5～1∶0.40∶0.01-0.04∶0.4～0.8∶2.13∶0.067～0.2∶0.3，其中，所述的反射增强剂为气相纳米二氧化硅，所述的阻燃剂为改性可膨胀石墨，所述的硅酸盐粘结剂为水玻璃，其模数n为2.2～2.5，所述的减缩剂为可再分散性乳胶粉，所述的增稠剂为羟乙基甲基纤维素。

按上述方案，所述的活性材料为矿粉和硅灰的混合物，且矿粉和硅灰的质量比不小于5∶1。

按上述方案，所述的无机填料为滑石粉、云母粉和颜料中的任意一种或多种的混合，其中所述的颜料为钛白粉、锌钡粉、铬酸盐系或氧化铁系颜料中的任意一种或多种的混合。

按上述方案，所述的改性可膨胀石墨的制备方法是将鳞片石墨、双氧水和发烟硝酸混合，并在冰水浴中迅速搅拌，至反应平缓后将该反应体系恒温在25℃，洗涤、抽滤，滴加乙酸溶液并不断搅拌，反应60～120min，水洗，抽滤，烘干，得改性可膨胀石墨。

按上述方案，所述的改性可膨胀石墨的制备方法是按照质量比鳞片石墨∶KMnO₄＝1∶0.2～0.4的比例向鳞片石墨中加入KMnO₄，搅拌均匀，加入HClO₃溶液并保持35℃间歇搅拌反应60～120min，然后水洗，抽滤，烘干即可得到改性可膨胀石墨。

按上述方案，所述的助剂为silok公司的silok7110水性润湿分散剂和丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯成膜助剂按照质量比为2∶1.3混合组成。

水溶性不燃陶瓷防辐射涂料的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：将活性材料∶无机填料∶减缩剂∶增稠剂∶阻燃剂∶硅酸盐粘结剂∶反射增强剂∶助剂＝2～2.8∶0.5～1∶0.40∶0.01-0.04∶0.4～0.8∶2.13∶0.067～0.2∶0.3充分混合均匀后可进行涂刷或者喷涂，涂料表干后在其表面涂刷一层改性氟硅乳液，其中，所述的反射增强剂为气相纳米二氧化硅，所述的阻燃剂为改性可膨胀石墨，所述的硅酸盐粘结剂为水玻璃，其模数n为2.2～2.5，所述的增稠剂为羟乙基甲基纤维素，所述的减缩剂为可再分散性乳胶粉。

本发明中各主要原材料的作用为：

水玻璃，胶凝材料，其作用是与活性基料矿粉形成稳定致密的硅氧网络层和水化硅酸钙保护层；

气相纳米二氧化硅，有庞大的比表面积、极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加涂料的强度和光洁度，而且提高了颜料的悬浮性，能保持涂料长期不退色、不分层、具有触变性、防流挂、施式性能良好，尤其是抗沾污染性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力，并具有极强的紫外吸收，红外反射特性，增加涂料的隔热性和耐久性；

滑石粉、云母粉等无机填料，填充在胶凝材料内部起到提高强度的作用；

改性可膨胀石墨，为膨胀型阻燃剂，其作用是在较高温度下能产生体积大幅度膨胀或产生泡沫状物质覆盖于表面，形成稳定的隔热覆盖层，起隔绝空气、高效隔热作用，从而达到阻燃目的，同时根据结合物质的不同，还会因受热而产生CO₂，NH₃，H₂O等不燃气体，使高分子聚合物受热分解释放的可燃气体被稀释而达到阻燃的效果；

可再分散性乳胶粉、羟乙基甲基纤维素等添加剂，调整胶凝材料的粘结性能、流变性能，提高体积稳定性；

水性润湿分散剂，一种无机涂料助剂，适用于无机涂料的湿润分散，保持料浆良好的分散性和流动性，能够较大的提高涂料的展色力和光泽；

丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，一种无机涂料的成膜助剂，可降低涂料的玻璃化温度，在成膜的环境下自动进行聚合与交联，成为膜的组成一部分，能达到比原涂料成膜更好的硬度与光泽，本身不造成对环境的污染，不挥发，且在配到涂料中后具有长期稳定性。

本发明所得的水溶性不燃陶瓷防辐射涂料是一种环保型、无毒、低污染，Volatile OrganicCompound(VOC)值为0、防火性能为A级的无机涂料，所述的水溶性不燃陶瓷防辐射涂料厚度可为0.7～3mm、具有高耐久抗渗防水、高效阻燃防火、高效防辐射和复合保温隔热一体化的无机涂料，该涂料可用作外墙涂料(底涂)，也可用作外墙板材保温板材表面、砂浆表面、烧结砖、建筑护围结构的保护涂层。

本发明的所述的过程为，基层处理→水溶性不燃陶瓷防辐射涂料的制备→在基层上进行水溶性不燃陶瓷防辐射涂料的涂刷或者喷涂→在其表面涂刷一层改性氟硅乳液。

所述的水溶性不燃陶瓷防辐射涂料表干时间为1.65h。

水溶性不燃陶瓷涂层的粘结强度为≥0.57MPa。

水溶性不燃陶瓷涂层经过耐水测试(500h)、耐碱测试(300h)、冻融循环测试(10次)后，无软化、无起泡、无剥落现象、无粉化现象、无明显变色。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

1.高耐久与环保性：利用高炉矿渣微粉等材料制备环保型、无毒、低污染，Volatile OrganicCompound(VOC)值为0、防火性能为A级的无机涂料，涂料中水玻璃溶液形成的Si(OH)₄能与矿粉玻璃体碱化形成的Ca(OH)₂反应生成致密的硅氧网状结构的水化硅酸钙凝胶，使得体系有更高的粘结强度和更低热渗流系数；加入的气相纳米二氧化硅能够有效起到防辐射、抗老化等功能。具有质量可控、抗水、耐碱、耐冻融、轻质、抗开裂、抗空鼓、抗脱落等性能特点，提高了涂层的耐久性。

2.高等级阻燃性：涂料体系加入了改性可膨胀石墨，此高效阻燃剂有强的耐压性、柔韧性、可塑性和自润滑性、极强的抗高、低温、抗腐蚀、抗辐射特性、极强的抗震特性和导电率、极强的抗老化、抗扭曲的特性、无毒、不含任何致癌物，并有可以抵制各种金属的熔化及渗透的特点，能在较高温度下能产生体积大幅度膨胀或产生泡沫状物质，覆盖于涂层表面，形成稳定的隔热覆盖层，起隔绝空气、高效隔热作用，从而达到阻燃目的，根据结合物质的不同，还会因受热而产生CO₂，NH₃，H₂O等不燃气体，使高温受热分解释放的可燃气体被稀释而达到阻燃的效果。

3.高效防辐射和复合保温效果：在涂料体系内加入了高效防辐射的气相纳米二氧化硅，具有极强的紫外吸收，红外反射特性，并大大削弱了热辐射的传递和减小了热渗流效应，与保温基体材料同时使用能够起到复合保温的效果。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

1)改性可膨胀石墨的制备：将鳞片石墨、双氧水和发烟硝酸混合，在冰水浴中迅速搅拌，至反应平缓后将该反应体系恒温在25℃，经过洗涤、抽滤后，滴加含量≥99.5％的乙酸溶液并不断搅拌，反应60min，水洗，抽滤，烘干，得无硫无灰分改性可膨胀石墨，膨胀体积为300-350ml/g，其中鳞片石墨、发烟硝酸、双氧水、乙酸的比例为5(g)∶12(ml)∶1(ml)∶5(ml)；

2)各固体材料的粒径控制：将矿粉、硅灰、滑石粉、云母粉、可再分散性乳胶粉、羟乙基甲基纤维素等磨细至颗粒尺寸分布在10～40μm，颗粒较圆滑，大颗粒和带尖锐菱角的颗粒较少；

3)水溶性不燃陶瓷防辐射涂料的制备：将活性材料、无机填料、可再分散性乳胶粉、羟乙基甲基纤维素、改性可膨胀石墨、水玻璃、气相纳米二氧化硅、助剂按照质量比2.67∶0.7∶0.4∶0.03∶0.53∶2.13∶0.07∶0.3充分混合均匀后即得水溶性不燃陶瓷防辐射涂料。其中：所述的活性材料为矿粉和硅灰按照质量比例5.675∶1组成；所述的无机填料为滑石粉和云母粉按质量比例为2∶1混合组成；所述助剂为silok7110水性润湿分散剂和丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯成膜助剂按照质量比为2∶1.3混合组成。

本发明其余各主要原料化学成分、物理性能分别见表1-7。

上述水溶性不燃陶瓷防辐射涂料材的物理性能应用，实验结果见表8。

实施例2：

1)改性可膨胀石墨的制备：按照质量比鳞片石墨∶KMnO₄＝1∶0.3的比例向鳞片石墨中加入KMnO₄，搅拌均匀，加入70％的HClO₃溶液、维持固液比为1∶4的比例保持35℃间歇搅拌反应90min，后水洗，抽滤，烘干即可得到改性可膨胀石墨，膨胀体积为550ml/g；

2)各固体材料的粒径控制：将矿粉、硅灰、滑石粉、云母粉、锌钡粉、可再分散性乳胶粉、羟乙基甲基纤维素等磨细至颗粒尺寸分布在10～40μm，颗粒较圆滑，大颗粒和带尖锐菱角的颗粒较少；

3)水溶性不燃陶瓷防辐射涂料的制备：将活性材料、无机填料、可再分散性乳胶粉、羟乙基甲基纤维素、改性可膨胀石墨、水玻璃、气相纳米二氧化硅、助剂按质量比2.66∶0.77∶0.4∶0.033∶0.47∶2.13∶0.1∶0.3充分混合均匀后即得水溶性不燃陶瓷防辐射涂料。其中：所述的活性材料为矿粉和硅灰按照质量比例7∶1组成；所述的无机填料为滑石粉、云母粉和锌钡粉按质量比例为1∶0.5∶2混合组成；所述助剂为silok7110水性润湿分散剂和丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯成膜助剂按照质量比为2∶1.3混合组成。

实施例3：

1)改性可膨胀石墨的制备：按照质量比鳞片石墨∶KMnO₄＝1∶0.35的比例向鳞片石墨中加入KMnO₄，搅拌均匀，加入70％的HClO₃溶液、维持固液比为1∶4的比例保持35℃间歇搅拌反应90min，后水洗，抽滤，烘干即可得到改性可膨胀石墨，膨胀体积为550ml/g；

2)各固体材料的粒径控制：将矿粉、硅灰、滑石粉、云母粉、钛白粉、可再分散性乳胶粉、羟乙基甲基纤维素等磨细至颗粒尺寸分布在10～40μm，颗粒较圆滑，大颗粒和带尖锐菱角的颗粒较少。

3)水溶性不燃陶瓷防辐射涂料的制备：将活性材料、无机填料、可再分散性乳胶粉、羟乙基甲基纤维素、改性可膨胀石墨、水玻璃、气相纳米二氧化硅、助剂按照质量比2.4∶0.7∶0.4∶0.033∶0.8∶2.13∶0.2∶0.3充分混合均匀后即得水溶性不燃陶瓷防辐射涂料。其中：所述的活性材料为矿粉和硅灰按照质量比例7.9∶1组成；所述的无机填料为滑石粉、云母粉和钛白粉按质量比例为3∶1∶1混合组成；所述助剂为silok7110水性润湿分散剂和丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯成膜助剂按照质量比为2∶1.3混合组成。

实施例4：

1)改性可膨胀石墨的制备：用鳞片石墨、双氧水、发烟硝酸，在冰水浴中迅速搅拌，至反应平缓后将该反应体系恒温在25℃，经过洗涤、抽滤后，滴加含量≥99.5％的乙酸溶液并不断搅拌，反应60min，水洗，抽滤，烘干，得无硫无灰分改性可膨胀石墨，膨胀体积为300-350ml/g，其中鳞片石墨、发烟硝酸、双氧水、乙酸的比例为5(g)∶12(ml)∶1(ml)∶5(ml)；

2)各固体材料的粒径控制：将矿粉、硅灰、滑石粉、锌钡粉、氧化铁黄颜料、可再分散性乳胶粉、羟乙基甲基纤维素等磨细至颗粒尺寸分布在10～40μm，颗粒较圆滑，大颗粒和带尖锐菱角的颗粒较少滑石粉、锌钡粉和氧化铁黄颜料；

3.水溶性不燃陶瓷防辐射涂料的制备：将活性材料、无机填料、可再分散性乳胶粉、羟乙基甲基纤维素、改性可膨胀石墨、水玻璃、气相纳米二氧化硅、助剂按质量比2.6∶0.77∶0.4∶0.033∶0.4∶2.13∶0.15∶0.3充分混合均匀后即得水溶性不燃陶瓷防辐射涂料。其中：所述的活性材料为矿粉和硅灰按照质量比例10∶1组成；所述的无机填料为滑石粉、锌钡粉和氧化铁黄颜料按质量比例为3∶1∶1混合组成；所述助剂为silok7110水性润湿分散剂和丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯成膜助剂按照质量比为2∶1.3混合组成。

附表

表1矿粉的化学分析/Wt％

表2硅灰的化学分析/Wt％

表3硅灰的物理参数

表4气相纳米二氧化硅参数

表5可再分散性乳胶粉物理性能

表6silok7110水性润湿分散剂参数

表7丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯参数

表8实验结果

Claims

1.一种水溶性不燃陶瓷防辐射涂料，其特征在于其组分及其组分含量按质量比计为：活性材料：无机填料：减缩剂：增稠剂：阻燃剂：硅酸盐粘结剂：反射增强剂：助剂=2~2.8：0.5~1：0.40：0.01-0.04：0.4~0.8：2.13：0.067~0.2：0.3，其中，所述的反射增强剂为气相纳米二氧化硅，所述的阻燃剂为改性可膨胀石墨，所述的硅酸盐粘结剂为水玻璃，其模数n为2.2~2.5，所述的减缩剂为可再分散性乳胶粉，所述的增稠剂为羟乙基甲基纤维素。

2.按权利要求1所述的水溶性不燃陶瓷防辐射涂料，其特征在于所述的活性材料为矿粉和硅灰的混合物，且矿粉和硅灰的质量比不小于5：1。

3.按权利要求1或2所述的水溶性不燃陶瓷防辐射涂料，其特征在于所述的无机填料为滑石粉、云母粉和颜料中的任意一种或多种的混合，其中所述的颜料为钛白粉、锌钡粉、铬酸盐系或氧化铁系颜料中的任意一种或多种的混合。

4.按权利要求3所述的水溶性不燃陶瓷防辐射涂料，其特征在于所述的改性可膨胀石墨的制备方法是将鳞片石墨、双氧水和发烟硝酸混合，并在冰水浴中迅速搅拌，至反应平缓后将该反应体系恒温在25℃，洗涤、抽滤，滴加乙酸溶液并不断搅拌，反应60~120min，水洗，抽滤，烘干，得改性可膨胀石墨。

5.按权利要求3所述的水溶性不燃陶瓷防辐射涂料，其特征在于所述的改性可膨胀石墨的制备方法是按照质量比鳞片石墨：KMnO₄=1：0.2~0.4的比例向鳞片石墨中加入KMnO₄，搅拌均匀，加入HClO₃溶液并保持35℃间歇搅拌反应60~120min，然后水洗，抽滤，烘干即可得到改性可膨胀石墨。

6.按权利要求4或5所述的水溶性不燃陶瓷防辐射涂料，其特征在于所述的助剂为silok公司的silok7110水性润湿分散剂和丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯成膜助剂按照质量比为2：1.3混合组成。

7.权利要求1-6任一项所述的水溶性不燃陶瓷防辐射涂料的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：将活性材料：无机填料：减缩剂：增稠剂：阻燃剂：硅酸盐粘结剂：反射增强剂：助剂=2~2.8：0.5~1：0.40：0.01-0.04：0.4~0.8：2.13：0.067~0.2：0.3充分混合均匀后可进行涂刷或者喷涂，涂料表干后在其表面涂刷一层改性氟硅乳液，其中，所述的反射增强剂为气相纳米二氧化硅，所述的阻燃剂为改性可膨胀石墨，所述的硅酸盐粘结剂为水玻璃，其模数n为2.2~2.5，所述的增稠剂为羟乙基甲基纤维素，所述的减缩剂为可再分散性乳胶粉。