一种环保涂料及其在建筑中的应用发明专利

专利名称：一种环保涂料及其在建筑中的应用

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202310022253.8

专利申请（专利权）人：开封夸克新材料有限公司
权利人地址：河南省开封市精细化工产业集聚区纬一路1号

专利发明（设计）人：卢桂峰

专利摘要：本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及IPC C09D127领域，更具体地，涉及一种环保涂料及其在建筑中的应用。所述环保涂料，包括柔性陶瓷涂料和固化剂；所述柔性陶瓷涂料的原料包括聚硅氧烷；所述聚硅氧烷以硅氧键为主链，酰亚胺为侧链；所述聚硅氧烷的数均分子量为15000‑31000，数均聚合度为10‑600。本发明制备得到的柔性陶瓷涂料具有优异的耐紫外线、A1不燃、丰富的装饰性、表面耐污易清洁、防水性优异、耐腐蚀、涂膜硬度高、抗刮化性能好的特点，是未来预涂板材领域发展的一种新型的环保涂料，应用于建筑预涂板材、建筑内外墙等领域能够极大地延长装饰材料的使用寿命，未来可以实现装饰材料与建筑同寿命。

主权利要求：
1.一种环保涂料，其特征在于，为柔性陶瓷涂料和固化剂；所述柔性陶瓷涂料和固化剂的重量比为19：1；
所述柔性陶瓷涂料，按重量份计，其制备原料为：聚硅氧烷60份、颜料36份、溶剂4份，所述聚硅氧烷以硅氧键为主链，酰亚胺为侧链，所述聚硅氧烷的数均分子量为19500，数均聚合度为15；
所述颜料为钛白粉、硅灰石和云母粉，所述钛白粉、硅灰石和云母粉的重量比为3:2:1，所述钛白粉中二氧化钛的含量≥91wt％，吸油值为17g/100g，填充密度为0.25L/kg，所述钛白粉购买自美国杜邦公司生产的钛白粉R‑902+；
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所述硅灰石的白度为83‑89，松装密度为0.45‑0.68g/cm，长径比为(8‑15)：1，所述硅灰石购买自江西砥石矿纤技术有限公司生产的硅灰石DSF‑1050；
所述云母粉购买自广州柏彩亚化工科技有限公司；
所述溶剂为乙二醇丁醚，
所述柔性陶瓷涂料的制备方法，为以下步骤：取15重量份的聚硅氧烷和钛白粉研磨过滤后，加入剩余聚硅氧烷、硅灰石、云母粉、溶剂，高速分散30min，即得，所述过滤步骤采用金属网进行过滤；所述金属网的孔径为15μm，所述高速分散的转速为2000rad/min，
所述固化剂为聚酞酸酯复合物，所述聚酞酸酯复合物在30℃下的粘度≥200Pa·s，所述聚酞酸酯复合物购买自扬州市立达树脂有限公司生产的钛酸酯偶联剂LD‑801；
所述环保涂料的制备方法，为以下步骤：将所述柔性陶瓷涂料和固化剂分别包装即得。 说明书 : 一种环保涂料及其在建筑中的应用技术领域[0001] 本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及IPCC09D127领域，更具体地，涉及一种环保涂料及其在建筑中的应用。背景技术[0002] 在绿色、环保、可持续、和谐发展的主题下，寻求和开发绿色、长寿命的建筑装饰材料是建筑行业未来发展的主要方向。目前建筑装饰材料分别有石材类、乳胶漆类、玻璃幕墙、预涂板(氟碳、聚氨酯、聚脲、PU)、无机陶瓷，这些材料都属于不可再生资源且环保型较差。[0003] 申请号为CN201710153601.X的专利文件，公开了一种建筑用绝热、阻尼涂料及其制备方法，通过添加辐射性填料，能够提高材料的绝热功能性，但是其对于涂层的耐高低温冲击性能改善不明显。[0004] 申请号为CN201410202319.2的专利文件，公开了一种建筑环保热固性丙烯酸涂料及其制备方法，制备得到的涂膜原料环保，且具有良好的耐候性和耐化学性，但是其对于涂膜的耐紫外老化能力改善不明显。发明内容[0005] 为了解决上述问题，本发明第一方面，提供了一种环保涂料，包括柔性陶瓷涂料和固化剂；所述柔性陶瓷涂料和固化剂的重量比为(16‑24)：1；所述柔性陶瓷涂料的原料包括聚硅氧烷。[0006] 优选的，所述柔性陶瓷涂料，按重量份计，其制备原料包括：聚硅氧烷25‑55份、颜料15‑45份、溶剂2‑8份。[0007] 优选的，所述聚硅氧烷以硅氧键为主链，酰亚胺为侧链。[0008] 优选的，所述聚硅氧烷的数均分子量为15000‑31000，数均聚合度为10‑600；进一步优选的，所述聚硅氧烷的数均分子量为19500，数均聚合度为15。[0009] 在一些优选的方案中，所述聚硅氮烷的制备方法不做具体限制，可参考专利申请号为CN202210688629.4中实施例1记载的方法制备得到。[0010] 本发明人创造性的发现，选用特定基团结构以及数均分子量和数均聚合度的聚硅氧烷应用于本体系中制备环保涂料，能够提高环保涂料的耐化学溶剂性、耐候性、耐老化性能和耐高温能力。这可能是由于一方面聚硅氧烷中硅氧键键能大，因此在紫外光和高温的环境下不易断裂，即使断裂后也能生成耐老化性能好、安全性高的二氧化硅，而另一方面特定的酰亚胺基团也能够进一步提高环保涂料的耐化学溶剂性能和一定的韧性，使得其在使用时形成的涂膜柔软附着力高，在冷热交替时也不易开裂，非常适合应用于建筑领域，尤其是预涂板材、内外墙等，在恶劣的环境中仍然能保持良好的性能。[0011] 优选的，所述颜料包括氧化铝、铜铬黑、珠光粉、硫酸钡、钛白粉、硅灰石、碳酸钙、氧化锌、锌钡白中的一种或多种；进一步优选的，为钛白粉、硅灰石和珠光粉。[0012] 优选的，所述钛白粉、硅灰石和珠光粉的重量比为(1‑5)：(1‑3)：1；进一步优选的，为3:2:1。[0013] 优选的，所述钛白粉中二氧化钛的含量≥85wt％，吸油值为10‑35g/100g，填充密度为0.1‑0.5L/kg；进一步优选的，所述钛白粉中二氧化钛的含量≥91wt％，吸油值为17g/100g，填充密度为0.25L/kg。[0014] 在一些优选的方案中，所述钛白粉购买自美国杜邦公司生产的钛白粉R‑902+。[0015] 优选的，所述硅灰石的白度为80‑95，松装密度为0.3‑1.0g/cm3，长径比为(5‑20)：31；进一步优选的，所述硅灰石的白度为83‑89，松装密度为0.45‑0.68g/cm ，长径比为(8‑15)：1。[0016] 在一些优选的方案中，所述硅灰石购买自江西砥石矿纤技术有限公司生产的硅灰石DSF‑1050。[0017] 在一些优选的方案中，所述珠光粉购买自广州柏彩亚化工科技有限公司。[0018] 本发明人意外发现，选用特定的钛白粉、硅灰石和珠光粉作为颜料，且所述钛白粉、硅灰石和珠光粉的重量比为(1‑5)：(1‑3)：1时，能够在进一步提高环保涂料的耐候性的同时，还能够提高其附着力和耐腐蚀性。这可能是由于三种特定的颜料协同作用，在涂覆过程中，一方面能够控制涂料的流变性能，使得其能够自由流动避免结块，从而保证了涂层的平整度和与基底之间的附着力，另一方面特定的颜料在体系中的分散性良好，能够增强涂膜的厚度，阻止外界物质的穿透，从而提高涂膜的抗老化性和耐腐蚀性，延长了涂膜的寿命。此外，三种颜料结合具有一定的遮盖力，使得环保涂料应用于建筑材料时，能够遮盖建筑材料原来的颜色，具有美观的装饰效果。[0019] 优选的，所述聚硅氧烷和颜料的重量比为(0.5‑2)：1；进一步优选的，为4:3。[0020] 优选的，所述溶剂包括丙二醇乙醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、乙二醇甲醚中的一种或多种；进一步优选的，为乙二醇丁醚。[0021] 优选的，所述柔性陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：将原料混合后，高速分散即得。[0022] 进一步优选的，所述柔性陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：取聚硅氧烷重量比为1/4‑1/2的聚硅氧烷和钛白粉研磨过滤后，加入剩余聚硅氧烷、硅灰石、珠光粉、溶剂，高速分散10‑50min，即得。[0023] 制备柔性陶瓷涂料的过程中，先取部分聚硅氮烷和钛白粉混合，并研磨过滤，能够进一步提高钛白粉在体系中的分散性，从而提高制备得到的环保涂料与基底间的附着力和耐候性。这可能是由于钛白粉的粒径过大，喷涂时颗粒较大，影响涂膜性能，而以部分聚硅氧烷作为溶剂将钛白粉研磨至粒径在15μm以下，能够使得环保涂料在喷涂时粒径均匀分散性好，从而使得钛白粉颜料在体系中能够起到协同增效的作用。[0024] 优选的，所述过滤的金属网孔径为10‑30μm；进一步优选的，为15μm。[0025] 优选的，所述高速分散的转速为1500‑3000rad/min；进一步优选的，为2000rad/min。[0026] 优选的，所述固化剂包括聚铝钛复合物、聚酞酸酯复合物、聚硼酸酯复合物、铝锆复合物中的一种或多种；进一步优选的，为聚酞酸酯复合物。[0027] 优选的，所述聚酞酸酯复合物在30℃下的粘度≥500Pa·s；进一步优选的，所述聚酞酸酯复合物在30℃下的粘度≥200Pa·s。[0028] 在一些优选的方案中，所述聚酞酸酯复合物购买自扬州市立达树脂有限公司生产的钛酸酯偶联剂LD‑144。[0029] 本发明第二方面提供了所述环保涂料的制备方法，包括以下步骤：将所述柔性陶瓷涂料和固化剂分别包装即得。[0030] 本发明第三方面提供了所述环保涂料的应用，应用于建筑领域中预涂板材或内外墙的表面涂覆。[0031] 优选的，所述预涂板材的材质包括氟碳、聚氨酯、聚脲、PU中的一种或多种。[0032] 所述环保涂料的使用方法为：将陶瓷涂料和固化剂混合后，搅拌2‑5min后喷涂于材料表面即可。[0033] 有益效果：[0034] 1、本发明通过选用特定基团结构以及数均分子量和数均聚合度的聚硅氧烷应用于本体系中制备环保涂料，能够提高环保涂料的耐化学溶剂性、耐候性、耐老化性能和耐高温能力。[0035] 2、本发明通过选用特定的钛白粉、硅灰石和珠光粉作为颜料，且所述钛白粉、硅灰石和珠光粉的重量比为(1‑5)：(1‑3)：1时，能够在进一步提高环保涂料的耐候性的同时，还能够提高其附着力和耐腐蚀性。[0036] 3、本发明在制备柔性陶瓷涂料的过程中，先取部分聚硅氮烷和钛白粉混合，并研磨过滤，能够提高制备得到的环保涂料与基底间的附着力和耐候性。[0037] 4、本发明制得的涂料原料环保，不含有毒有害物质，在技术上实现了从有机向无机、从溶剂型不环保材料到环保材料的创新和突破，生产过程中几乎不依赖于石油制品，真正可以完全实现涂料的可持续发展。[0038] 5、本发明制备得到的柔性陶瓷涂料具有优异的耐紫外线、A1不燃、丰富的装饰性、表面耐污易清洁、防水性优异、耐腐蚀、涂膜硬度高、抗刮化性能好的特点，是未来预涂板材领域发展的一种新型的环保涂料，应用于建筑预涂板材、建筑内外墙等领域能够极大地延长装饰材料的使用寿命，未来可以实现装饰材料与建筑同寿命。具体实施方式[0039] 实施例[0040] 实施例1[0041] 实施例1提供了一种环保涂料，为柔性陶瓷涂料和固化剂；所述柔性陶瓷涂料和固化剂的重量比为19：1。[0042] 所述柔性陶瓷涂料，按重量份计，其制备原料为：聚硅氧烷60份、颜料36份、溶剂4份。[0043] 所述聚硅氧烷以硅氧键为主链，酰亚胺为侧链。[0044] 所述聚硅氧烷的数均分子量为19500，数均聚合度为15。[0045] 所述聚硅氮烷由专利申请号为202210688629.4中实施例1记载的方法制备得到。[0046] 所述颜料为钛白粉、硅灰石和云母粉。[0047] 所述钛白粉、硅灰石和云母粉的重量比为3:2:1。[0048] 所述钛白粉中二氧化钛的含量≥91wt％，吸油值为17g/100g，填充密度为0.25L/kg。[0049] 所述钛白粉购买自美国杜邦公司生产的钛白粉R‑902+。[0050] 所述硅灰石的白度为83‑89，松装密度为0.45‑0.68g/cm3，长径比为(8‑15)：1。[0051] 所述硅灰石购买自江西砥石矿纤技术有限公司生产的硅灰石DSF‑1050。[0052] 所述云母粉购买自广州柏彩亚化工科技有限公司。[0053] 所述聚硅氧烷和颜料的重量比为4:3。[0054] 所述溶剂为乙二醇丁醚。[0055] 所述柔性陶瓷涂料的制备方法，为以下步骤：取15重量份的聚硅氧烷和钛白粉研磨过滤后，加入剩余聚硅氧烷、硅灰石、云母粉、溶剂，高速分散30min，即得。[0056] 所述过滤步骤采用金属网进行过滤；所述金属网的孔径为15μm。[0057] 所述高速分散的转速为2000rad/min。[0058] 所述固化剂为聚酞酸酯复合物。[0059] 所述聚酞酸酯复合物在30℃下的粘度≥200Pa·s。[0060] 所述聚酞酸酯复合物购买自扬州市立达树脂有限公司生产的钛酸酯偶联剂LD‑801。[0061] 本实施例第二方面提供了所述环保涂料的制备方法，为以下步骤：将所述柔性陶瓷涂料和固化剂分别包装即得。[0062] 实施例2[0063] 实施例2提供了一种环保涂料，具体实施方式同实施例1。不同点在于：所述柔性陶瓷涂料和固化剂的重量比为16：1。[0064] 所述柔性陶瓷涂料，按重量份计，其制备原料为：聚硅氧烷50份、颜料48份、溶剂2份。[0065] 所述钛白粉、硅灰石和珠光粉的重量比为1:1:1。[0066] 所述柔性陶瓷涂料的制备方法，为以下步骤：取10重量份的聚硅氧烷和钛白粉研磨过滤后，加入剩余聚硅氧烷、硅灰石、云母粉、溶剂，高速分散30min，即得。[0067] 实施例3[0068] 实施例3提供了一种环保涂料，具体实施方式同实施例1。不同点在于：所述柔性陶瓷涂料和固化剂的重量比为24：1。[0069] 所述柔性陶瓷涂料，按重量份计，其制备原料为：聚硅氧烷55份、颜料45份、溶剂5份。[0070] 所述钛白粉、硅灰石和云母粉的重量比为5:3:1。[0071] 所述柔性陶瓷涂料的制备方法，为以下步骤：取20重量份的聚硅氧烷和钛白粉研磨过滤后，加入剩余聚硅氧烷、硅灰石、云母粉、溶剂，高速分散30min，即得。[0072] 对比例1[0073] 对比例1提供了一种环保涂料，具体实施方式同实施例1。不同点在于：所述聚硅氧烷以硅氧键为主链，酰亚胺为侧链。[0074] 所述聚硅氧烷的数均分子量为9600，数均聚合度为72。[0075] 所述聚硅氧烷由专利申请号为202210688629.4中对比例1记载的方法制备得到。[0076] 对比例2[0077] 对比例2提供了一种环保涂料，具体实施方式同实施例1。不同点在于：所述柔性陶瓷涂料，按重量份计，其制备原料为：聚硅氧烷30份、颜料65份、溶剂5份。[0078] 对比例3[0079] 对比例3提供了一种环保涂料，具体实施方式同实施例1。不同点在于：所述钛白粉、硅灰石和云母粉的重量比为1:2:2。[0080] 性能测试[0081] 将实施例1‑3和对比例1‑3所制备得到的环保涂料，将陶瓷涂料和固化剂混合均匀后喷涂于水泥板上，得到环保涂层，喷涂厚度为30‑50um，室温表干1小时、静置养护7天使其完全固化，或者在150℃下烘烤30分钟进行加速固化。[0082] 1、耐老化性[0083] 对实施例1‑3和对比例1‑3的环保涂料制备得到的环保涂层，参考GB/T1865‑1997《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露》中记载的方法，测量其在黑标温度65±3℃，相对湿度65±5℃的条件下，进行氙灯老化试验，实验时长10000h，测量试验前后涂层的色差和光泽保持率，色差＜3，光泽保持率≥70％即为合格，结果记入表1。色差由光电色差仪测得，光泽度参考GB/T9754‑2007《色漆和清漆不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定》中级记载的方法测定60°的光泽度。[0084] 2、耐湿热性能测试[0085] 对实施例1‑3和对比例1‑3的环保涂料制备得到的环保涂层，参考GB/T1740‑2007《漆膜耐湿热测定法》中记载的方法进行湿热试验，试验时间为4000h，观察试验后涂层表面情况，若涂层表面无明显变化或者超微起泡面积(肉眼可见)小于50％，即为合格，结果记入表1。[0086] 3、燃烧性能[0087] 对实施例1‑3和对比例1‑3的环保涂料制备得到的环保涂层，参考GB8624‑2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》中记载的方法，测量涂层的燃烧等级，结果记入表1。[0088] 4、耐硫酸测试[0089] 对实施例1‑3和对比例1‑3的环保涂料制备得到的环保涂层，配硫酸浓度为5％的硫酸水溶液，将涂层浸泡在其中24h后观察有无变色，起泡，锈蚀等缺陷，结果记入表1。[0090] 5、耐硝酸测试[0091] 对实施例1‑3和对比例1‑3的环保涂料制备得到的环保涂层，配硝酸浓度为65％的硝酸水溶液，将涂层浸泡在其中24h后观察其浸泡前后的色差，色差ΔE≤6即为合格，结果记入表1。[0092] 6、耐丁酮测试[0093] 对实施例1‑3和对比例1‑3的环保涂料制备得到的环保涂层，参考GB/T23989‑2009《涂料耐溶剂擦拭性测定法》中记载的方法，测试试剂为丁酮，用手指裹上吸饱丁酮的棉纱，用1kg的力在一分钟内在涂层表面来回擦洗100次，行程为100mm，观察擦洗后是否有露底现象，无露底即为合格，结果记入表1。[0094] 7、耐洗涤剂测试[0095] 对实施例1‑3和对比例1‑3的环保涂料制备得到的环保涂层，参考ASTM《有机涂层的耐洗涤剂性的标准测试》中记载的方法，洗涤剂的浓度为3％，测试涂层经过测试后表面是否无气泡、无脱落，结果记入表1。[0096] 8、高温高湿测试[0097] 对实施例1‑3和对比例1‑3的环保涂料制备得到的环保涂层，将其放置在85℃，湿度为85％的环境下1000h后，观察涂层表面情况，若涂层完好无损则即为合格，结果记入表1。[0098] 9、耐高低温冲击性能[0099] 对实施例1‑3和对比例1‑3的环保涂料制备得到的环保涂层，先将其放置在温度为‑40℃的环境中1h后，再将环境温度调节在85℃保持1h，此为一个循环，循环500次共1000h后，观察涂层表面情况，若涂层完好无损则即为合格，结果记入表1。[0100] 表1[0101] 试验项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3色差 0.5 0.9 1.2 2.5 2.0 5.7光泽保持率 97％ 95％ 95％ 90％ 90％ 70％耐湿热测试 表面无异常 表面无异常 表面无异常 表面有微裂纹 表面有微裂纹 表面无异常燃烧性能 A1 A1 A1 A1 A1 A1耐硫酸测试 表面无异常 表面无异常 表面无异常 表面无异常 表面无异常 表面无异常耐硝酸测试 表面无异常 表面无异常 表面无异常 表面无异常 表面无异常 表面无异常耐丁酮测试 无露底 无露底 无露底 无露底 无露底 无露底耐洗涤剂测试 表面无异常 表面无异常 表面无异常 表面无异常 表面无异常 表面无异常高温高湿 合格 合格 合格 表面微裂纹 表面有微裂纹 合格高低温冲击 合格 合格 合格 表面微裂纹 表面有微裂纹 合格

专利地区：河南

专利申请日期：2023-01-07

专利公开日期：2024-09-06

专利公告号：CN116042088B