一种无机耐水阻燃涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于无机涂料技术领域，涉及一种无机耐水阻燃涂料及其制备方法。


背景技术：

2.无机涂料相对于有机涂料来说，组分丰富、成本低廉、有机化合物含量少，具有低vocs，低致敏性；并且无机涂料主要成分是无机物质，一方面无机成分可以和矿物基质发生石化作用，很好的附着在基质上，另一方面无机成分，抗高温性能特别好，高温下也不会燃烧。因此无机涂料稳定性和耐老化性都较高，使用寿命可以达几十年，符合人们对当代建筑材料节能和环保的要求，因此作为一种环境友好型阻燃性涂料受到人们的青睐。
3.但是无机涂料为无机物质通过混合制备得到，不同于有机涂料聚合物之间的交联成膜，无机物质长时间暴露在环境中，受到环境的影响特别是水的润湿和冲刷，无机成分之间的胶粘性下降，使得涂料涂层粉化，从而降低涂料涂层阻燃性能。因此，增强无机涂料的耐水性是无机涂料必须克服的一个问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种无机耐水阻燃涂料,该涂料具有优异的阻燃性能，并且通过对二氧化硅进行改性，使得涂料具有超疏水性能，从而可以耐水的浸润和冲刷，避免涂料的粉化。
5.本发明的第二个目的是为了提供一种上述无机耐水阻燃涂料的制备方法。
6.实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
7.一种无机耐水阻燃涂料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
8.水35-45份，磷酸盐粉末5-20份，锂水玻璃10-40份，含镁化合物1-5份，改性二氧化硅1-5份，玉石粉5-15份，高岭土5-8份，重钙5-10份，分散剂1-4份，增稠剂2-4份，消泡剂1-4份。
9.进一步的，所述无机耐水阻燃涂料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：水38-41份，磷酸盐粉末10-15份，锂水玻璃15-30 份，含镁化合物2-4份，改性二氧化硅2-4份，玉石粉8-12份，高岭土6-7份，重钙6-8份，分散剂2-3份，增稠剂3-4份，消泡剂 2-3份。
10.进一步的，其中改性二氧化硅的改性制备方法为：
11.s31、将正硅酸乙酯、(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和盐酸加入到乙醇溶液中，得到混合溶液；
12.s32、十六烷基三甲氧基硅烷加入到步骤s31得到的混合溶液中，室温搅拌，得到所述改性二氧化硅。
13.进一步的，步骤s32中，包括将5％正硅酸乙酯质量的十六烷基三甲氧基硅烷加入到步骤s31得到的反应液中，继续室温搅拌7-9h；再加入5％正硅酸乙酯质量的十六烷基三甲氧基硅烷继续室温搅拌 16-20h。
14.进一步的，步骤s31中正硅酸乙酯、(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和盐酸的
摩尔比为1:(0.10-0.12):(0.008-0.01)。
15.进一步的，所述磷酸盐粉末为磷酸铵、磷酸钠、磷酸钾中的一种或两种以上的组合物。
16.进一步的，锂水玻璃中sio2和li2o摩尔比为4.5-8.5。
17.进一步的，含镁化合物为氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁、白云石、氯化镁中的一种或两种以上的组合物。
18.本发明还提供一种无机耐水阻燃涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
19.s11、将锂水玻璃、改性二氧化硅、含镁化合物和玉石粉倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水得到混合液；
20.s12、将s11中制备的混合液中加入消泡剂、增稠剂以及分散剂，继续搅拌得到混合涂料；
21.s13、待s12中制备的混合涂料无明显气泡后加入磷酸盐、高岭土和重钙，继续搅拌30-80min，得所述无机涂料成品。
22.进一步的，所述搅拌装置的转速控制在200-400r/min，搅拌温度为20-30℃。
23.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
24.1、本发明提供一种无机耐水阻燃涂料，其中锂水玻璃具有优异的耐水性，与磷酸盐结合提供较好的阻燃性，结合改性二氧化硅和含镁化合物可以显著提高涂料耐水性；当其涂覆在墙体或建筑材料表面后，会使该墙体或建筑材料具有更好的耐高温、防水、防火等性能，特别的，因为疏水性，可以减少水润湿和冲刷导致的涂层损坏和粉化，因此潮湿多雨环境下的使用寿命大大延长。
25.2、该种无机耐水阻燃涂料，通过采用简单的制备方法，可以快速制得品质优良的无机涂料，该涂料涂刷与矿物基质表面后，耐水的浸润和冲刷，避免涂料的粉化。
附图说明
26.图1是实施例3的涂料涂抹在无石棉纤维水泥平板上的接触角检测图。
具体实施方式
27.下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
28.无机涂料为了增加其耐水性，一般通过氟硅烷疏水改性剂进行改性，使得涂料的疏水性增加，但是含氟化合物造成的氟污染越来越受到重视，因此本发明使用改性二氧化硅纳米复合材料在低温下形成耐用的非氟化超疏水化合物作为无机涂料的成分共同增加无机涂料的耐冲刷性。
29.一种无机耐水阻燃涂料，以重量份计，包括以下组分：
30.水33-45份，磷酸盐粉末5-20份，锂水玻璃10-40份，含镁化合物1-5份，改性二氧化硅1-5份，玉石粉5-15份，高岭土5-8份，重钙5-10份，分散剂1-4份，增稠剂2-4份，消泡剂1-4份。
31.作为优选的实施方式，所述无机耐水阻燃涂料，以重量份计，包括以下组分：水36-41份，磷酸盐粉末10-15份，锂水玻璃15-30份，含镁化合物2-4份，改性二氧化硅2-4份，玉石粉8-12份，高岭土 6-7份，重钙6-8份，分散剂2-3份，增稠剂3-4份，消泡剂2-3份。
32.硅酸盐是以石英砂和碱金属氧化物的配合比例即sio2和m2o(m为钾或者钠)的摩尔比显示硅酸盐的组成，水玻璃有耐水性差的缺点，故水玻璃不能在潮湿和碱性的环境中使用。因此通常都使用氟硅化物等各种硬化剂来改良其硬化性的耐水性，但目前实际上还未能获得满意的效果。
33.而本发明的水玻璃为硅酸锂基，可以提高氧化钾或氧化钠基水玻璃的耐水性；并且为了得到更耐水的水玻璃涂料，本发明的组合物中还包含了含镁化合物，其中含镁化合物中的镁与硅酸盐进行缩合反应，作为连接位点与硅酸盐基水玻璃进行结合或者穿插于硅酸盐形成网状结构中，一方面可以增加和水的相容性，使得锂水玻璃具有较好的分散性和稳定性，另一方面可以提高涂料对基材的粘接强度，从而不易脱落。
34.其中，锂水玻璃的量不易太少，太少的对耐水性和耐热性的改善不是很明显，而过量的话，涂料组合物的浓度过高，加工性变差，会导致涂膜的破裂，因此，选择上述添加量。磷酸盐是优异的无机阻燃剂，因此本发明涂料中添加磷酸盐作为阻燃剂与锂水玻璃共同加强涂料的耐热性和阻燃性。
35.作为优选的实施方式，其中改性二氧化硅的改性制备方法为：
36.s31、将正硅酸乙酯、(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和盐酸加入到乙醇溶液中，得到混合溶液；
37.s32、十六烷基三甲氧基硅烷加入到步骤s31得到的混合溶液中，室温搅拌，得到所述改性二氧化硅。
38.涂料中的改性二氧化硅以二氧化硅的前驱体正硅酸乙酯、(2,3
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环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷在盐酸条件下进行共水解和缩聚反应制备，没有使用氟硅烷进行改性，得到的改性二氧化硅表面含有大量的十六烷基疏水基团，利用其疏水性和自组装的特性可以在涂抹涂料时在涂料表面形成疏水层，当水接触到涂料表面疏水层可以减少和水对涂料润湿并且阻止水进入涂料内部，进而避免水分蒸发后对涂层造成的破坏和粉化。
39.而改性二氧化硅制备方法简单，只要按照将正硅酸乙酯、(2,3
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环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷在盐酸条件下室温进行搅拌混合就可以。
40.作为优选的实施方式，步骤s32中，包括将5％正硅酸乙酯质量的十六烷基三甲氧基硅烷加入到步骤s31得到的反应液中，继续室温搅拌7-9h；再加入5％正硅酸乙酯质量的十六烷基三甲氧基硅烷继续室温搅拌16-20h。分两次将十六烷基三甲氧基硅烷进行反应，根据反应的原理，可以使得形成的二氧化硅充分的被修饰改性，提高改性二氧化硅的性能。
41.作为优选的实施方式，步骤s31中正硅酸乙酯、(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和盐酸的摩尔比为 1:(0.10-0.12):(0.008-0.01)。
42.原则上可以使用任意的摩尔比原料制备改性二氧化硅，但是当正硅酸乙酯、(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和盐酸的摩尔比为 1:(0.10-0.12):(0.008-0.01)，且十六烷基三甲氧基硅烷为正硅酸乙酯总量的10％时，得到的改性二氧化硅的疏水性最佳。
43.作为优选的实施方式，所述磷酸盐粉末为磷酸铵、磷酸钠、磷酸钾中的一种或两种以上的组合物。
44.作为优选的实施方式，锂水玻璃中sio2和li2o摩尔比为 4.5-8.5。通常来说硅酸钠中的模数越大，固体硅酸钠越难溶于水，但锂水玻璃以4.5-8.5的sio2与li2o摩尔比使用，模
数较小时，锂水玻璃中中的胶团粒子粒径较小，分散情况良好，模数增大，胶团粒子粒径变大，胶团粒子之间通过si-o碱的键合形成链状结构，随着模数达到4.5以上，溶液中胶团粒子si-o碱相互间的键合程度进一步提高，并且由一维扩展到二维，形成网络结构。而模数增大到8.5 以上，分散程度太低，不适合均匀成膜。因此具有如此高摩尔比的锂水玻璃可以溶于水，并具有优异的耐水性，可有助于促进本发明组合物的涂膜的耐水性和耐热性。
45.作为优选的实施方式，含镁化合物为氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁、白云石、氯化镁中的一种或两种以上的组合物。
46.含镁化合物作为与锂水玻璃以及改性二氧化硅反应的物质，可以将锂水玻璃和改性二氧化硅进行结合形成网状结构，其中二氧化硅粒子间形成牢固的si-o键成为连续的网状结构膜，含镁化合物分子穿插在si-o之间，形成三维互穿网络结构；一方面提高分散性和稳定性，另一方面提高涂料的附着性。
47.作为优选的实施方式，所述分散剂是常规的分散剂，可以是 byk190、dego740w、5040中的一种或者两种以上的组合物。
48.作为优选的实施方式，所述增稠剂可以是羟乙基纤维素。
49.作为优选的实施方式，所述消泡剂是byk024、tego810、dc-65 中的一种或者两种以上的组合物。
50.本发明还提供一种无机耐水阻燃涂料的制备方法，包括以下步骤：
51.s11、将锂水玻璃、改性二氧化硅、含镁化合物和玉石粉倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水得到混合液；
52.s12、将s11中制备的混合液中加入消泡剂、增稠剂以及分散剂，继续搅拌得到混合涂料；
53.s13、待s12中制备的混合涂料无明显气泡后加入磷酸盐、高岭土和重钙，继续搅拌30-80min，得所述无机涂料成品。
54.将锂水玻璃、改性二氧化硅、含镁化合物和玉石粉倒入搅拌装置先进行搅拌，然后加入水可以使得各种物质混合更加均匀，从而反应的更加均匀彻底。然后将其他原料加入，使得各组分可以均匀分散在成膜物质内，使得涂料更加稳定，涂抹后涂层内物质均匀。
55.作为优选的实施方式，所述搅拌装置的转速控制在200
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400r/min，搅拌温度为20-30℃。在此搅拌速度下，既能实现搅拌混合作用，同时也能防止因转速过快而产生较多的气泡；而温度在较低的温度下就行保证涂料内各种反应的进行，涂料的制备限制性低。
56.实施例1：改性二氧化硅的制备
57.将正硅酸乙酯、(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和盐酸按照1:0.10:0.01加入到无水乙醇溶液中，搅拌均匀，将0.5％正硅酸乙酯的十六烷基三甲氧基硅烷加入上述混合溶液中，室温搅拌7h，然后将再次加入0.5％正硅酸乙酯的十六烷基三甲氧基硅烷继续室温搅拌16h，反应后冷冻干燥除去溶剂，得到改性的二氧化硅。
58.实施例2：改性二氧化硅的制备
59.将正硅酸乙酯、(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和盐酸按照1:0.12:0.008加入到无水乙醇溶液中，搅拌均匀，将0.5％正硅酸乙酯的十六烷基三甲氧基硅烷加入上述混合溶液中，室温搅拌9h，然后将再次加入0.5％正硅酸乙酯的十六烷基三甲氧基硅烷继续室温搅拌20h，反应后冷冻干燥除去溶剂，得到改性的二氧化硅。
60.实施例3：
61.将模数为4.5的锂水玻璃10份、实施例1制备的改性二氧化硅 2.5份、氧化镁1份和玉石粉5份倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水33份得到混合液；在上述混合液中加入byk024消泡剂 1份、羟乙基纤维素2份，byk1901分散剂1份，继续搅拌待混合涂料无明显气泡后加入磷酸铵5份、高岭土5份和重钙5份，继续搅拌 30min，得所述无机涂料成品。
62.实施例4：
63.将模数为5.5的锂水玻璃20份、实施例2制备的改性二氧化硅 1份、碳酸镁2.5份和玉石粉8份倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水36份得到混合液；在上述混合液中加入tego810消泡剂2份、羟乙基纤维素3份，dego740w分散剂2份，继续搅拌待混合涂料无明显气泡后加入磷酸钠10份、高岭土6份和重钙6份，继续搅拌40min，得所述无机涂料成品。
64.实施例5：
65.将模数为6的锂水玻璃30份、实施例1制备的改性二氧化硅3 份、白云石3份和玉石粉12份倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水41份得到混合液；在上述混合液中加入dc-65消泡剂3 份、羟乙基纤维素2份，5040分散剂3份，继续搅拌待混合涂料无明显气泡后加入磷酸钾15份、高岭土7份和重钙8份，继续搅拌 50min，得所述无机涂料成品。
66.实施例6：
67.将模数为7.5的锂水玻璃15份、实施例1制备的改性二氧化硅 4份、氯化镁4份和玉石粉15份倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水45份得到混合液；在上述混合液中加入byk024消泡剂 4份、羟乙基纤维素4份，byk1901分散剂4份，继续搅拌待混合涂料无明显气泡后加入磷酸铵20份、高岭土8份和重钙10份，继续搅拌60min，得所述无机涂料成品。
68.实施例7：
69.将模数为8.5的锂水玻璃40份、实施例2制备的改性二氧化硅 5份、氢氧化镁3份和玉石粉10份倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水40份得到混合液；在上述混合液中加入tego810消泡剂2.5份、羟乙基纤维素3份，byk1901分散剂2.5份，继续搅拌待混合涂料无明显气泡后加入磷酸铵6份、磷酸钠6份、高岭土6.5 份和重钙7.5份，继续搅拌80min，得所述无机涂料成品。
70.对比例1
71.将模数为4.5的锂水玻璃10份、二氧化硅2.5份、氧化镁1份和玉石粉5份倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水33份得到混合液；在上述混合液中加入byk024消泡剂1份、羟乙基纤维素2份，byk1901分散剂1份，继续搅拌待混合涂料无明显气泡后加入磷酸铵5份、高岭土5份和重钙5份，继续搅拌30min，得所述无机涂料成品。
72.对比例2
73.将模数为5.5的锂水玻璃20份、实施例2制备的改性二氧化硅 1份、玉石粉8份倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水36 份得到混合液；在上述混合液中加入tego810消泡剂2份、羟乙基纤维素3份，dego740w分散剂2份，继续搅拌待混合涂料无明显气泡后加入磷酸钠10份、高岭土6份和重钙6份，继续搅拌40min，得所述无机涂料成品。
74.对比例3
75.将模数为1.5的锂水玻璃20份、实施例2制备的改性二氧化硅1份、碳酸镁2.5份和
玉石粉8份倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水36份得到混合液；在上述混合液中加入tego810消泡剂2份、羟乙基纤维素3份，dego740w分散剂2份，继续搅拌待混合涂料无明显气泡后加入磷酸钠10份、高岭土6份和重钙6份，继续搅拌40min，得所述无机涂料成品。
76.对比例4
77.将模数为5.5的硅酸钠基水玻璃20份、实施例2制备的改性二氧化硅1份、碳酸镁2.5份和玉石粉8份倒入搅拌装置中进行混合搅拌，搅拌期间加入水36份得到混合液；在上述混合液中加入tego810 消泡剂2份、羟乙基纤维素3份，dego740w分散剂2份，继续搅拌待混合涂料无明显气泡后加入磷酸钠10份、高岭土6份和重钙6份，继续搅拌40min，得所述无机涂料成品。
78.性能检测：
79.材料疏水性测试：将实施例3的涂料涂抹在无石棉纤维水泥平板上，以pz-200sd型疏水测试仪测试水域涂层界面的接触角，结果如图1所示，其中接触角在138
°
左右，表现为疏水性。
80.涂料耐冲刷性测试：按照gb/t 9266-2009《建筑涂料涂层耐洗刷性的测定》中的规定进行测定对实施例2-7和对比例1-4的涂料进行检测，其中洗刷介质为去离子水，结果见表1。
81.表1涂料耐洗刷性检测结果。
[0082][0083]
通过表1可以看出，本发明的涂料在去离子水作为洗刷介质情况下的耐冲刷性优异，按照gb/t 9266-2009洗刷3800次以上涂层才会有所破损。而对比例1中二氧化硅没有经过改性，耐冲刷次数仅仅只有2700次左右，说明改性二氧化硅中疏水基团的疏水性，在洗刷过程中可以有效的避免水对涂料的润湿和侵蚀，减缓了洗刷的摩擦。对比例2不添加含镁化合物，耐洗涮次数有所下降，说明含镁化合物与锂水玻璃形成三维网状结构对于疏水性和涂料稳定性的作用。而对比例3锂水玻璃的模数为1.5，硅酸锂胶体的粒径过小，分散均匀，粘结力较小难以由键合作用形成网络结构，因此涂料的耐性降低明显。对比对比例4使用硅酸钠水玻璃，即使通过改性二氧化硅等的增强，也难以达到锂水玻璃作为涂料成膜物质所能达到的耐冲刷性。
[0084]
综上，本发明的无机耐水阻燃材料，以模数为4.5-8.5的锂水玻璃为主要成膜物质结合改性二氧化硅和含镁化合物及其他原料的共同作用，有效提高了涂料的耐水性和耐冲刷性，并且通过磷酸盐结合提供较好的阻燃性，当其涂覆在墙体或建筑材料表面后，会使该墙体或建筑材料具有更好的耐高温、防水、防火等性能，特别的，因为疏水性，可以减少水润湿和冲刷导致的涂层损坏和粉化，因此潮湿多雨环境下的使用寿命大大延长。
[0085]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，
本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。