專利名稱：一種水溶性不燃陶瓷防輻射涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水溶性不燃陶瓷防輻射涂料及其制備方法，主要用作外墻材料、 建筑材料及建筑圍護結(jié)構(gòu)的保護涂層。
背景技術(shù)：
大多數(shù)有機涂料在生產(chǎn)過程中加入了對人體和環(huán)境有害的原材料，在涂料的生產(chǎn)、施工和使用過程中均會排放出大量有害廢水和廢氣，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而且有機涂料極易燃燒，其在燃燒過程中令火焰迅速擴散，產(chǎn)生大量易燃和有毒氣體，造成了巨大的安全隱患。為此，開發(fā)低污染或無污染的環(huán)保型涂料已經(jīng)受到廣泛重視。目前，國內(nèi)無機涂料的基料大多為硅溶膠、水玻璃或白水泥，其它固體材料作為輔料摻入，起填充或改性等作用，但是摻量極為有限。將活性磨細(xì)礦渣、活性硅灰作為無機涂料的基料能夠降低成本、保護環(huán)境，具有重要的意義。磨細(xì)礦渣微粉和硅灰一般呈灰白色， 顏色較淺，作為無機涂料的基料便于調(diào)整體系顏色。另外，和其它膠凝材料相比，礦粉和硅灰的化學(xué)活性較高，經(jīng)水化反應(yīng)后涂層的物理性能較好且可控。但是磨細(xì)礦渣的反應(yīng)速度很快，幾分鐘內(nèi)就能生成致密的鋁酸鹽，包覆在磨細(xì)礦渣顆粒表面，阻止水化反應(yīng)進一步進行，所以，在涂料中必須摻加堿激發(fā)劑，破壞鋁酸鹽的形成，水化反應(yīng)才能正常進行?；钚缘V粉和活性硅灰作為無機涂料的基料時，其硬化過程需要一定的濕度和齡期，如果在室外薄層涂刷，涂料層很容易在尚未水化之前因失水而出現(xiàn)開裂、剝落等現(xiàn)象。因此，涂料體系必須摻加適量的外加劑，防止涂層開裂或體積變形。另外，隨著節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，采用可燃性有機保溫材料的厚度不斷增加，建筑外墻火災(zāi)和火災(zāi)蔓延的問題更加突出。所以，加入了高效膨脹型阻燃劑的無機涂料的使用可以有效降低建筑物發(fā)生火災(zāi)的概率，能夠有效保護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墻外保溫系統(tǒng)中的使用。因此，具有高環(huán)保性、高耐久性、高阻燃型和復(fù)合保溫效果的涂料，無論是在防火安全方面，還是在外墻復(fù)合保溫方面，都能滿足國家的要求，對工程應(yīng)用具有重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提供一種以高效環(huán)保、高耐久性和高安全性的無機水溶性不燃陶瓷防輻射涂料，其在充分利用無毒環(huán)保材料的同時，將防火阻燃與抗輻射相結(jié)合，得到了更高等級的無機涂料。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種水溶性不燃陶瓷防輻射涂料，其特征在于其組分及其組分含量按質(zhì)量比計為活性材料無機填料減縮劑增稠劑阻燃劑硅酸鹽粘結(jié)劑反射增強劑助劑=2 2. 8 : O. 5 I O. 40 O. 01-0. 04 O. 4 O. 8 2. 13 O. 067 O. 2 O. 3，其中，所述的反射增強劑為氣相納米二氧化硅，所述的阻燃劑為改性可膨脹石墨，所述的硅酸鹽粘結(jié)劑為水玻璃，其模數(shù)η為2. 2 2. 5，所述的減縮劑為可再分散性乳膠粉，所述的增稠劑為羥乙基甲基維素。按上述方案，所述的活性材料為礦粉和硅灰的混合物，且礦粉和硅灰的質(zhì)量比不小于5 : Iο按上述方案，所述的無機填料為滑石粉、云母粉和顏料中的任意一種或多種的混合，其中所述的顏料為鈦白粉、鋅鋇粉、鉻酸鹽系或氧化鐵系顏料中的任意一種或多種的混
口 ο按上述方案，所述的改性可膨脹石墨的制備方法是將鱗片石墨、雙氧水和發(fā)煙硝酸混合，并在冰水浴中迅速攪拌，至反應(yīng)平緩后將該反應(yīng)體系恒溫在25°C，洗滌、抽濾，滴加乙酸溶液并不斷攪拌，反應(yīng)60 120min，水洗，抽濾，烘干，得改性可膨脹石墨。按上述方案，所述的改性可膨脹石墨的制備方法是按照質(zhì)量比鱗片石墨KMnO4 =I O. 2 O. 4的比例向鱗片石墨中加入KMnO4,攪拌均勻，加入HClO3溶液并保持35°C 間歇攪拌反應(yīng)60 120min，然后水洗，抽濾，烘干即可得到改性可膨脹石墨。按上述方案，所述的助劑為silok公司的silok7110水性潤濕分散劑和丙烯酸雙環(huán)戊烯基氧乙基酯成膜助劑按照質(zhì)量比為2 I. 3混合組成。水溶性不燃陶瓷防輻射涂料的制備方法，其特征在于包括有以下步驟將活性材料無機填料減縮劑增稠劑阻燃劑硅酸鹽粘結(jié)劑反射增強劑助劑=2 2. 8 O. 5 I : O. 40 O. 01-0. 04 O. 4 O. 8 2. 13 O. 067 O. 2 O. 3 充分混合均勻后可進行涂刷或者噴涂，涂料表干后在其表面涂刷一層改性氟硅乳液，其中，所述的反射增強劑為氣相納米二氧化硅，所述的阻燃劑為改性可膨脹石墨，所述的硅酸鹽粘結(jié)劑為水玻璃，其模數(shù)η為2. 2 2. 5，所述的增稠劑為羥乙基甲基纖維素，所述的減縮劑為可再分散性乳膠粉。本發(fā)明中各主要原材料的作用為水玻璃，膠凝材料，其作用是與活性基料礦粉形成穩(wěn)定致密的硅氧網(wǎng)絡(luò)層和水化硅酸鈣保護層；氣相納米二氧化硅，有龐大的比表面積、極大的活性，能在涂料干燥時形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時增加涂料的強度和光潔度，而且提高了顏料的懸浮性，能保持涂料長期不退色、不分層、具有觸變性、防流掛、施式性能良好，尤其是抗沾污染性能大大提高，具有優(yōu)良的自清潔能力和附著力，并具有極強的紫外吸收，紅外反射特性，增加涂料的隔熱性和耐久性；滑石粉、云母粉等無機填料，填充在膠凝材料內(nèi)部起到提高強度的作用；改性可膨脹石墨，為膨脹型阻燃劑，其作用是在較高溫度下能產(chǎn)生體積大幅度膨脹或產(chǎn)生泡沫狀物質(zhì)覆蓋于表面，形成穩(wěn)定的隔熱覆蓋層，起隔絕空氣、高效隔熱作用，從而達到阻燃目的，同時根據(jù)結(jié)合物質(zhì)的不同，還會因受熱而產(chǎn)生C02，NH3, H2O等不燃?xì)怏w，使高分子聚合物受熱分解釋放的可燃?xì)怏w被稀釋而達到阻燃的效果；可再分散性乳膠粉、羥乙基甲基纖維素等添加劑，調(diào)整膠凝材料的粘結(jié)性能、流變性能，提高體積穩(wěn)定性；水性潤濕分散劑，一種無機涂料助劑，適用于無機涂料的濕潤分散，保持料漿良好的分散性和流動性，能夠較大的提高涂料的展色力和光澤；丙烯酸雙環(huán)戊烯基氧乙基酯，一種無機涂料的成膜助劑，可降低涂料的玻璃化溫
4度，在成膜的環(huán)境下自動進行聚合與交聯(lián)，成為膜的組成一部分，能達到比原涂料成膜更好的硬度與光澤，本身不造成對環(huán)境的污染，不揮發(fā)，且在配到涂料中后具有長期穩(wěn)定性。本發(fā)明所得的水溶性不燃陶瓷防輻射涂料是一種環(huán)保型、無毒、低污染，Volatile Organic Compound(VOC)值為O、防火性能為A級的無機涂料,所述的水溶性不燃陶瓷防福射涂料厚度可為O. 7 3_、具有高耐久抗?jié)B防水、高效阻燃防火、高效防輻射和復(fù)合保溫隔熱一體化的無機涂料，該涂料可用作外墻涂料(底涂)，也可用作外墻板材保溫板材表面、砂漿表面、燒結(jié)磚、建筑護圍結(jié)構(gòu)的保護涂層。本發(fā)明的所述的過程為，基層處理一水溶性不燃陶瓷防輻射涂料的制備一在基層上進行水溶性不燃陶瓷防輻射涂料的涂刷或者噴涂一在其表面涂刷一層改性氟硅乳液。所述的水溶性不燃陶瓷防輻射涂料表干時間為I. 65h。水溶性不燃陶瓷涂層的粘結(jié)強度為> O. 57MPa。水溶性不燃陶瓷涂層經(jīng)過耐水測試(500h)、耐堿測試(300h)、凍融循環(huán)測試(10 次)后，無軟化、無起泡、無剝落現(xiàn)象、無粉化現(xiàn)象、無明顯變色。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點I.高耐久與環(huán)保性利用高爐礦渣微粉等材料制備環(huán)保型、無毒、低污染， Volatile Organic Compound (VOC)值為O、防火性能為A級的無機涂料,涂料中水玻璃溶液形成的Si (OH)4能與礦粉玻璃體堿化形成的Ca(OH)2反應(yīng)生成致密的硅氧網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水化硅酸鈣凝膠，使得體系有更高的粘結(jié)強度和更低熱滲流系數(shù)；加入的氣相納米二氧化硅能夠有效起到防輻射、抗老化等功能。具有質(zhì)量可控、抗水、耐堿、耐凍融、輕質(zhì)、抗開裂、抗空鼓、抗脫落等性能特點，提聞了涂層的耐久性。2.高等級阻燃性涂料體系加入了改性可膨脹石墨，此高效阻燃劑有強的耐壓性、柔韌性、可塑性和自潤滑性、極強的抗高、低溫、抗腐蝕、抗輻射特性、極強的抗震特性和導(dǎo)電率、極強的抗老化、抗扭曲的特性、無毒、不含任何致癌物，并有可以抵制各種金屬的熔化及滲透的特點，能在較高溫度下能產(chǎn)生體積大幅度膨脹或產(chǎn)生泡沫狀物質(zhì)，覆蓋于涂層表面，形成穩(wěn)定的隔熱覆蓋層，起隔絕空氣、高效隔熱作用，從而達到阻燃目的，根據(jù)結(jié)合物質(zhì)的不同，還會因受熱而產(chǎn)生C02，NH3, H2O等不燃?xì)怏w，使高溫受熱分解釋放的可燃?xì)怏w被稀釋而達到阻燃的效果。3.高效防輻射和復(fù)合保溫效果在涂料體系內(nèi)加入了高效防輻射的氣相納米二氧化硅，具有極強的紫外吸收，紅外反射特性，并大大削弱了熱輻射的傳遞和減小了熱滲流效應(yīng)，與保溫基體材料同時使用能夠起到復(fù)合保溫的效果。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不僅僅局限于下面的實施例。實施例I :I)改性可膨脹石墨的制備:將鱗片石墨、雙氧水和發(fā)煙硝酸混合，在冰水浴中迅速攪拌，至反應(yīng)平緩后將該反應(yīng)體系恒溫在25°C，經(jīng)過洗滌、抽濾后，滴加含量彡99. 5%的乙酸溶液并不斷攪拌，反應(yīng)60min, 7jC洗，抽濾，烘干，得無硫無灰分改性可膨脹石墨，膨脹體積為300-350ml/g， 其中鱗片石墨、發(fā)煙硝酸、雙氧水、乙酸的比例為5(g) 12 (ml) I (ml) 5 (ml)；2)各固體材料的粒徑控制將礦粉、硅灰、滑石粉、云母粉、可再分散性乳膠粉、羥乙基甲基纖維素等磨細(xì)至顆粒尺寸分布在10 40 μ m,顆粒較圓滑，大顆粒和帶尖銳菱角的顆粒較少；3)水溶性不燃陶瓷防輻射涂料的制備將活性材料、無機填料、可再分散性乳膠粉、羥乙基甲基纖維素、改性可膨脹石墨、水玻璃、氣相納米二氧化硅、助劑按照質(zhì)量比2. 67O. 7 O. 4 O. 03 O. 53 2. 13 O. 07 O. 3充分混合均勻后即得水溶性不燃陶瓷防輻射涂料。其中所述的活性材料為礦粉和硅灰按照質(zhì)量比例5. 675 I組成；所述的無機填料為滑石粉和云母粉按質(zhì)量比例為2 I混合組成；所述助劑為silok7110水性潤濕分散劑和丙烯酸雙環(huán)戊烯基氧乙基酯成膜助劑按照質(zhì)量比為2 I. 3混合組成。本發(fā)明其余各主要原料化學(xué)成分、物理性能分別見表1-7。上述水溶性不燃陶瓷防輻射涂料材的物理性能應(yīng)用，實驗結(jié)果見表8。實施例2 I)改性可膨脹石墨的制備按照質(zhì)量比鱗片石墨KMnO4 = I 0.3的比例向鱗片石墨中加入KMnO4，攪拌均勻，加入70%的HClO3溶液、維持固液比為I : 4的比例保持35 V間歇攪拌反應(yīng)90min，后水洗，抽濾，烘干即可得到改性可膨脹石墨，膨脹體積為 550ml/g ；2)各固體材料的粒徑控制將礦粉、硅灰、滑石粉、云母粉、鋅鋇粉、可再分散性乳膠粉、羥乙基甲基纖維素等磨細(xì)至顆粒尺寸分布在10 40 μ m，顆粒較圓滑，大顆粒和帶尖銳菱角的顆粒較少；3)水溶性不燃陶瓷防輻射涂料的制備將活性材料、無機填料、可再分散性乳膠粉、羥乙基甲基纖維素、改性可膨脹石墨、水玻璃、氣相納米二氧化硅、助劑按質(zhì)量比2. 66
0.77 : 0.4 : O. 033 O. 47 2. 13 O. I O. 3充分混合均勻后即得水溶性不燃陶瓷防輻射涂料。其中所述的活性材料為礦粉和硅灰按照質(zhì)量比例7 I組成；所述的無機填料為滑石粉、云母粉和鋅鋇粉按質(zhì)量比例為I : 0.5 : 2混合組成；所述助劑為silok7110水性潤濕分散劑和丙烯酸雙環(huán)戊烯基氧乙基酯成膜助劑按照質(zhì)量比為2 I. 3混合組成。實施例3 I)改性可膨脹石墨的制備按照質(zhì)量比鱗片石墨KMnO4 = I O. 35的比例向鱗片石墨中加入KMnO4，攪拌均勻，加入70%的HClO3溶液、維持固液比為I : 4的比例保持35°C間歇攪拌反應(yīng)90min，后水洗，抽濾，烘干即可得到改性可膨脹石墨，膨脹體積為 550ml/g ；2)各固體材料的粒徑控制將礦粉、硅灰、滑石粉、云母粉、鈦白粉、可再分散性乳膠粉、羥乙基甲基纖維素等磨細(xì)至顆粒尺寸分布在10 40 μ m，顆粒較圓滑，大顆粒和帶尖銳菱角的顆粒較少。3)水溶性不燃陶瓷防輻射涂料的制備將活性材料、無機填料、可再分散性乳膠粉、羥乙基甲基纖維素、改性可膨脹石墨、水玻璃、氣相納米二氧化硅、助劑按照質(zhì)量比2. 4O. 7 O. 4 O. 033 O. 8 2. 13 O. 2 O. 3充分混合均勻后即得水溶性不燃陶瓷防輻射涂料。其中所述的活性材料為礦粉和硅灰按照質(zhì)量比例7. 9 : I組成；所述的無機填料為滑石粉、云母粉和鈦白粉按質(zhì)量比例為3 I I混合組成；所述助劑為silok7110水性潤濕分散劑和丙烯酸雙環(huán)戊烯基氧乙基酯成膜助劑按照質(zhì)量比為2 I. 3混合組成。實施例4
權(quán)利要求
1 水溶性不燃陶瓷防輻射涂料，其特征在于其組分及其組分含量按質(zhì)量比計為 活性材料無機填料減縮劑增稠劑阻燃劑硅酸鹽粘結(jié)劑反射增強劑助劑=2 2. 8 O.5 I :0. 40 :0. 01-0. 04 :0. 4 O. 8 :2. 13 :0. 067 O. 2 :0. 3，其中，所述的反射增強劑為氣相納米二氧化硅，所述的阻燃劑為改性可膨脹石墨，所述的硅酸鹽粘結(jié)劑為水玻璃，其模數(shù)η 為2. 2^2. 5，所述的減縮劑為可再分散性乳膠粉，所述的增稠劑為羥乙基甲基纖維素。
2.按權(quán)利要求I所述的水溶性不燃陶瓷防輻射涂料，其特征在于所述的活性材料為礦粉和娃灰的混合物,且礦粉和娃灰的質(zhì)量比不小于5:1。
3.按權(quán)利要求I或2所述的水溶性不燃陶瓷防輻射涂料，其特征在于所述的無機填料為滑石粉、云母粉和顏料中的任意一種或多種的混合，其中所述的顏料為鈦白粉、鋅鋇粉、 鉻酸鹽系或氧化鐵系顏料中的任意一種或多種的混合。
4.按權(quán)利要求3所述的水溶性不燃陶瓷防輻射涂料，其特征在于所述的改性可膨脹石墨的制備方法是將鱗片石墨、雙氧水和發(fā)煙硝酸混合，并在冰水浴中迅速攪拌，至反應(yīng)平緩后將該反應(yīng)體系恒溫在25°C，洗滌、抽濾，滴加乙酸溶液并不斷攪拌，反應(yīng)6(Tl20min，水洗，抽濾，烘干，得改性可膨脹石墨。
5.按權(quán)利要求3所述的水溶性不燃陶瓷防輻射涂料，其特征在于所述的改性可膨脹石墨的制備方法是按照質(zhì)量比鱗片石墨=KMnO4=I :0. 2^0. 4的比例向鱗片石墨中加入KMnO4, 攪拌均勻，加入HClO3溶液并保持35°C間歇攪拌反應(yīng)6(Tl20min，然后水洗，抽濾，烘干即可得到改性可膨脹石墨。
6.按權(quán)利要求4或5所述的水溶性不燃陶瓷防輻射涂料，其特征在于所述的助劑為 silok公司的silok7110水性潤濕分散劑和丙烯酸雙環(huán)戊烯基氧乙基酯成膜助劑按照質(zhì)量比為2 :1. 3混合組成。
7.權(quán)利要求1-6任一項所述的水溶性不燃陶瓷防輻射涂料的制備方法，其特征在于包括有以下步驟將活性材料無機填料減縮劑增稠劑阻燃劑硅酸鹽粘結(jié)劑反射增強劑助劑=2 2. 8 0. 5 I 0. 40 0. 01-0. 04 0. 4 O. 8 2. 13 0. 067 O. 2 0. 3 充分混合均勻后可進行涂刷或者噴涂，涂料表干后在其表面涂刷一層改性氟硅乳液，其中，所述的反射增強劑為氣相納米二氧化硅，所述的阻燃劑為改性可膨脹石墨，所述的硅酸鹽粘結(jié)劑為水玻璃，其模數(shù)η為2. 2 2. 5，所述的增稠劑為羥乙基甲基纖維素，所述的減縮劑為可再分散性乳膠粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水溶性不燃陶瓷防輻射涂料及其制備方法，其組分及其組分含量按質(zhì)量比計為活性材料無機填料減縮劑增稠劑阻燃劑硅酸鹽粘結(jié)劑反射增強劑助劑=2~2.80.5~10.400.01-0.040.4~0.82.130.067~0.20.3，充分混合均勻后可進行涂刷或者噴涂，涂料表干后在其表面涂刷一層改性氟硅乳液，該涂料可用作外墻涂料(底涂)，也可用作外墻板材保溫板材表面、砂漿表面、燒結(jié)磚、建筑護圍結(jié)構(gòu)的保護涂層。本發(fā)明提供的水溶性陶瓷涂料具高耐久性、輕質(zhì)高強、高效阻燃防火等特點，同時具有質(zhì)量可控、抗水、耐堿、耐凍融、輕質(zhì)、抗開裂、抗脫落等特點。
文檔編號C09D7/12GK102585570SQ20121000649
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者宋雪峰, 段超群, 殷海波, 趙子強, 蹇守衛(wèi), 馬保國, 黃健 申請人:武漢理工大學(xué)