专利名称：水基纳米硅树脂涂料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类新型硅树脂聚合物及它的合成方法和它们在建筑涂料中的应用。
背景技术：
目前国内外建筑涂料的主要品种为聚丙烯酸类粘合剂，加入常见又价廉的无机矿物填料，如碳酸钙、滑石粉、硅藻土、腻子粉等，在水基中经研磨成微米级粘稠的液体而成，主要优点是粘合力强，耐水擦洗好，成膜韧性大，可适应目前大多数用户的需要。但是它们的一些弱点和致命的缺点，如1.作为对人体的环保无害涂料一个国际标准是涂料中可挥发性有机物含量(VOC)，我国国家标准为200克/升，国家绿色环保十环标准为100克/升，欧洲涂料一般可达到30克/升。这就是说即使VOC达到国标和少数厂家达到环保标准的涂料中，可挥发进入空气的有机成分约占全部涂料的百分之几。如此大量的可挥发有机物，不仅使涂料施工工人的身体常年受到伤害，对即将入住的房屋主人，终日呼吸这些有害气体，其危害是不言而喻的。虽然所有厂家都在竭尽全力降低产品中的VOC，从理论和实践上讲，只要是聚丙烯酸系列的涂料，把涂料中未聚合的可挥发性原材料全部除去，是不可能的，因而实现零VOC只能是望洋兴叹美好而遥远的理想。本发明涂料基体为全无机体系，不存在任何有机物，可挥发有机物VOC当然为零。2.聚丙烯酸酯粘合剂形成的有机膜具有粘合力强，耐水擦洗好，成膜韧性大等优点是无人非议的。由此推论用它做成的涂料似乎也应具备这些优点。但是现在所有的内墙面涂料施工工艺中，第一步是在水泥或砖面上刮1～2层价廉的腻子粉，名日“找平”墙面，再在它上面刷聚丙烯酸粘合剂做成的“底涂料”和“面涂料”。由于腻子粉中的胶多为价格低廉和不防水和有一定毒害性的聚乙烯醇缩醛类粘合剂(俗称107胶)、聚乙烯醇或聚醋酸乙烯酯粘合剂(俗名白乳胶)。由于新建房屋墙的基体中的大量水汽向外蒸发，或当阴雨连绵的潮湿季节来临时，使打底的腻子层吸潮、龟裂导致与墙面脱落，由此引起华丽的外表面涂料成片的龟裂脱落。所以每个消费者都知道的一个事实，许多世界名牌涂料号称可耐水擦洗几千次、几万次，10年不脱落，一旦施工涂到墙面上，用水润洗后再用湿布擦上几下涂料就脱落见墙底，居住2～3年后就会出现龟裂甚至大片剥离、脱落。这是现代涂料刷墙最大的通犯弊病之一。本发明涂料彻底省去传统工艺中打底的腻子层，用本发明涂料从底涂到面，使涂料与墙体结合为一体，从根本上消除因腻子层吸潮龟裂引起外表涂料脱落的弊病。
3.由于现代涂料中的胶皆为有机物，所以它们能耐受的最高温度不超过200℃。这种涂料墙面一旦遇到明火和高温，就会燃烧、分解放出大量有毒的气体。据消防部门的权威信息，在所有的火灾中使人死亡的首要原因是在高温下室内涂料等有机物分解放出的有毒气体使人窒息而死。国家公安消防部门曾有明文强令规定，所有商店、饭店、礼堂、宾馆、医院、学校、幼儿园等人多聚集的地方，所用的涂料等建筑材料必须加防火阻燃处理。由于真正防火阻燃涂料无可选用品，使公安消防的这条禁令成为一纸空令。本发明涂料为无机硅树脂体系，优异耐高温、阻燃性能成为真正消防阻燃涂料。
硅是地球最丰富的元素。各种硅化合物都有很好的化学惰性和对光、热极好的稳定性。合成有机硅和无机硅化合物作为基体的建筑涂料至今市场上未见质量稳定、性能优异的同类商品。这是因为合成中控制这类化合物的分子量有很大的技术难度。这类物质中只有小分子量的化合物才是水溶性的，但粘度小，防水效果差；分子量大的聚合物防水、抗光热性能好，但变成水不溶物，只能在某些有机溶剂中溶解，不能做成水溶性涂料。更重要的一点是这类硅树脂的合成为缩聚反应，一旦聚合反应启动易诱发快速自缩聚反应，生成水不溶的硅凝胶而导致合成失败。本发明的目的提供一种缩聚固化剂和缩聚反应条件，调控硅树脂聚合反应速度和产物的分子量，制造出质量可控、性能稳定的硅树脂涂料。
发明概述本发明的目的是提供一类用纳米级分子尺寸的水溶性硅树脂化合物。
本发明的另一目的是提供这类水溶性硅树脂的化学合成法制备纳米级硅树脂材料方的法。
本发明的又一目的是以包含所述硅树脂I、II、III为基体成分做成抗老化、耐擦洗、防霉变、防火阻燃的各种建筑涂料。
发明详述本发明一方面提供了一种如下通式(I)、(II)、(III)的化合物
式中Si(OM)3～4Na，K，Li的硅酸盐(甲)RCH3-，C2H5-，CH3O-，C2H5O-的硅酸钠盐(乙)；Hd缩聚引发剂，有机、无机酸水溶液(丙)；m5～10n0～2本发明的另一内容是提供质量可控、性能稳定的纳米级硅树脂涂料的工业制造方法。制备方法描述如下。
甲种单体常选用价廉易得的硅酸钠水溶液(40～50％)；在甲种单体中加入适量水稀释到所需浓度，在强力搅拌下缓慢加入一定量无机酸水溶液，即发生缩聚反应，生成硅树脂化合物I，作为本涂料的基体。
乙种单体常用的为一甲基硅酸钠20％水溶液，为有机硅工业的一种副产物，可改进涂料的防水性和疏水性。在乙种单体中加入适量水稀释到所需浓度，在强力搅拌下缓慢加入一定量无机酸水溶液，即发生空间缩聚反应，生成硅树脂化合物II，作为本涂料中防水涂料的基体。
将化合物I和II混合，在强力搅拌下缓慢加入一定量酸水溶液，即发生空间坎段缩聚反应，生成硅树脂化合物III，作为本涂料中防水涂料的基体。
缩聚反应速度的引发剂为有机或无机酸，如磷酸、硫酸、碳酸、草酸等。引发剂用量是控制反应缩聚度、分子尺寸和产物性能的关键因素，引发剂量太低时生成产物分子量太小，做成涂料的防水性差；引发剂用量太多，易诱发反应快速缩聚固化生成水不溶物导致反应失败。
反应控制条件如下Na∶Si＝1∶(7～10)；Si(OM)3～4∶Hd＝1∶(0.5～1.5mol/mol)MNa，K，Li等盐；m∶n＝10∶(0～2)；m，n=7～10；Hd缩聚引发剂，有机、无机酸水溶液PH12；含固量20～30％。
经放大扩试试验，一次合成出1吨硅树脂产品，产品外观为微有乳白色的粘稠液体，聚合度(m+n)＝15～20时的硅树脂分子尺寸约为20～30埃(1埃＝10-8cm)，即4～6nm，此时产物为水溶性，稳定性很好，在-20～+50℃储藏一年不变质。用他们做成的涂料为无味、无毒、可挥发有机物(VOC)等于零的环保涂料；具有优异的耐水擦洗和耐气候老化性，有很好的机械强度和防酸碱、防霉变等特性。该涂料经国家权威试验室测试结果表明水浸72h不脱落；水擦洗1000次不掉粉；气候老化500h不裂解、不脱落；耐高温800℃不燃烧不分解。
实施举例1.40份硅酸钠(40～50％水溶液)，40份水，在室温和强力搅拌下缓慢加入20～25份磷酸水溶液(5～10％水溶液)，加液完毕后再搅拌数分钟，得硅树脂I。
2.50份一甲基硅酸钠(10～20％水溶液)，20份水，在室温和强力搅拌下缓慢加入10～15份磷酸水溶液(5～10％水溶液)，加液完毕后再搅拌数分钟，得硅树脂II。
3.40份硅树脂I，加入10份硅树脂II，，在室温和强力搅拌下缓慢加入2～5份磷酸水溶液(5～10％水溶液)，加液完毕后再搅拌数分钟，得硅树脂III。
4.1份硅树脂I，强力搅拌下加入1～2份851腻子粉，调制成稠度适中于刮墙用的膏状物，直接在水泥底或沙灰(石灰)底的墙面上用刮板刮2～3遍，每遍间隔2-3小时后用刮板仔细压平，局部不平的地方待8-12小时表面硬化后用细砂纸打平即成。
5.10份硅树脂I，强力搅拌下加入10～15份大白粉(白垩土，主体为碳酸钙粉)或滑石粉、碳酸钙粉，1～3份羧甲基纤维素(CMC)，调制成稠度适中易于刮墙用的膏状物，直接在水泥底或沙灰(石灰)底的墙面上用刮板刮2～3遍，每遍间隔2-3小时后仔细用刮板压平，局部不平的地方待8～12小时表面硬化后用细砂纸打平即成。
6.10份硅树脂I或硅树脂II，强力搅拌下加入10份碳酸钙粉(600-800目)，1～2份白乳胶或苯丙乳胶(苯乙烯-丙烯酸共聚30～40％水溶液)，1～2份CMC，经沙磨机磨成分散度为5-10μm的面涂料，用于刷或辊涂在各种基底的墙面。
7.10份硅树脂III，强力搅拌下加入10份碳酸钙粉(600-800目)，1～2份白乳胶，2～3份CMC，经沙磨机磨成分散度为5-10μm的面涂料，用刷或辊涂在各种基底的墙面。
8.将硅树脂I、硅树脂II和硅树脂III的溶液直接喷涂在各种基底的墙面，均可有效地改进原墙面的防水性和耐水擦洗性。
权利要求
1.权利要求一种如下通式(I)、(II)(III)所示的化合物 式中SiNa，K，Li的硅酸盐(甲)；MNa，K，Li等盐；RCH3-，C2H5-，CH3O-，C2H5O-的硅酸盐(乙)；Hd缩聚引发剂，有机、无机酸水溶液(丙)；m8～10n0～2
2.本发明的另一权利要求是根据权利I要求，提供质量可控、性能稳定的化学合成水溶性纳米硅树脂的工业制造方法。一定量的甲或乙单体水溶液，在强力搅拌下缓慢加入缩聚引发剂无机酸水溶液，发生缩聚反应，生成相应的nm级水溶性硅树脂，反应控制条件Na∶Si＝1∶(7～10)；Si(OM)3～4∶Hd＝1∶(0.5～1.5mol/mol)m∶n＝10∶(0～2)；m，n＝7～10；PH12；含固量20～30％。
3.本发明是根据权利I的要求又一从属权利要求是用本发明包含的硅树脂I、II、III为基体成分，添加各种辅料做成内外墙建筑涂料等的应用。
全文摘要
本发明是提供一类用化学合成法制造分子尺寸可控的纳米基水溶性硅树脂化合物。本发明的另一目的是提供这类水溶性硅树脂化合物的制备方法。本发明的又一目的是包含所述硅树脂为基体成分做成抗老化、耐擦洗、防霉变、防火阻燃的建筑涂料。
文档编号C08G77/06GK1566119SQ03140719
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月12日 优先权日2003年6月12日
发明者王敬尊, 王雷, 王霆, 瞿慧生 申请人:王敬尊, 王雷, 王霆