本發(fā)明涉及一種高性能有機無機復(fù)合熱反射防水涂料、制備方法及應(yīng)用。所述的高性能有機無機復(fù)合熱反射防水涂料，以重量百分比計，由如下組分制成：硅酸鉀5～10％，硅溶膠15～20％，丙烯酸乳液10～15％，玻璃微珠3.0～5.0％，遠(yuǎn)紅外陶瓷粉5.0～10％，鈦白粉12～15％，顏填料15～20％，增稠劑0.4～0.6％，pH調(diào)節(jié)劑0.1～0.2％，分散劑0.5～0.7％，潤濕劑0.1～0.2％，消泡劑0.1～0.2％，成膜助劑0.5～0.8％，有機硅防水劑0.5～1％，余量為水。該復(fù)合熱反射防水涂料具有較強的附著力，較強的耐水性能，為墻體提供有效且持久的保護效果，拓展了其在外墻隔熱領(lǐng)域的應(yīng)用。
一種高性能有機無機復(fù)合熱反射防水涂料、制備方法及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于建筑涂料的領(lǐng)域，尤其涉及一種高性能有機無機復(fù)合熱反射防水涂料、制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，國家對節(jié)能環(huán)保的要求也越來越高，建筑領(lǐng)域的減排可以通過建筑節(jié)能來實現(xiàn)。因此，兼顧隔熱和保溫效果的建筑外墻隔熱保溫涂料的研制和推廣對于減少制冷設(shè)備的使用，降低能耗，節(jié)約社會能源有著重大的意義。但國內(nèi)現(xiàn)有隔熱涂料種類繁多，質(zhì)量參差不齊，很難達(dá)到高效持久的隔熱效果。
同時，近些年以硅酸鹽為主的水性無機涂料發(fā)展迅速，由于無機涂料具有良好的耐堿、耐污染以及優(yōu)異的耐候性和環(huán)保性，因而備受市場青睞。但其儲存穩(wěn)定性差、耐水性差和易脫粉等問題，嚴(yán)重影響隔熱效果的長期有效性，因而無機隔熱涂料在國內(nèi)成長較為緩慢。
現(xiàn)有技術(shù)中，有人通過有機高分子乳液復(fù)合改性硅酸鹽得到有機無機防水涂料，中國專利CN201810560614.3公開了一種環(huán)保建筑涂料，其原料包括：硅酸、硅溶膠、聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸乳液、粉煤灰、鈦白粉、助劑、去離子水；所述助劑包括分散劑、穩(wěn)定劑、增稠劑、消泡劑、流平劑、防腐劑、偶聯(lián)劑、纖維素、pH調(diào)節(jié)劑。該發(fā)明涂料綠色環(huán)保，物理性能優(yōu)異；添加了聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸乳液、粉煤灰、鈦白粉等原料，使得涂料具有彈性好、流變性能佳、防腐效果好、防水效果好等優(yōu)勢，但是該專利存在以下缺點：(1)保溫性能差，(2)耐候性差，(3)防水性不佳，(4)附著力及強度不足。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述存在的不足而提供一種高性能有機無機復(fù)合熱反射防水涂料、制備方法及應(yīng)用，并且該復(fù)合涂料兼顧隔熱和防水兩大特性。市面上常見的硅酸鉀模數(shù)較低，強度差，耐水性差、耐候性差；硅溶膠具有滲透力強、附著力強、超高硬度和耐沾污等優(yōu)點，但其固化后較脆，易龜裂。將硅酸鉀和硅溶膠與丙烯酸乳液復(fù)合使用，便可實現(xiàn)漆膜高強度、強耐水和改善漆膜硬而脆、易開裂的缺陷。
本發(fā)明所述高性能有機無機復(fù)合熱反射防水涂料，以重量百分比計，由如下組分制成：硅酸鉀5～10％，硅溶膠15～20％，丙烯酸乳液10～15％，玻璃微珠3.0～5.0％，遠(yuǎn)紅外陶瓷粉5.0～10％，鈦白粉12～15％，顏填料15～20％，增稠劑0.4～0.6％，pH調(diào)節(jié)劑0.1～0.2％，分散劑0.5～0.7％，
潤濕劑0.1～0.2％，消泡劑0.1～0.2％，成膜助劑0.5～0.8％，有機硅防水劑0.5～1％，余量為水。
優(yōu)選，硅酸鉀與玻璃微珠的重量比為1：(1-1.5)，如果玻璃微珠用量過多，會使得玻璃微珠得不到硅酸鉀和丙烯酸乳液的充分包裹，而使得涂層機械性能有所降低，如果硅酸鉀用量過多，涂料放置時熱穩(wěn)定性不好，容易破乳，而且耐水性不好，容易開裂、脫落。
各組分在本發(fā)明的高性能有機無機復(fù)合隔熱防水涂料中的功能作用如下：
所述的硅酸鉀是經(jīng)過功能化改性和惰性處理后的納米級產(chǎn)品，可以對填料進行有效包覆，在固化時，析出的游離硅酸有著較高的活性，可以通過毛細(xì)管作用快速有效地滲入基層內(nèi)部，并可以與基層中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的CaSiO3凝膠具有較好的粘結(jié)性能，從而實現(xiàn)漆膜對基層較強的附著力和極佳的封閉性。除此之外，硅酸鉀是純無機的產(chǎn)品，且堿性較強，可有效防止菌類、藻類等生物的生長繁殖，并且硅酸鉀固化后有著良好的耐熱性和防火性能。所述硅酸鉀優(yōu)選西譜森化學(xué)的納米改性硅酸鉀KS33。
所述的硅溶膠是一種納米級的二氧化硅顆粒在水中均勻分散的膠體，具有比表面積大、表面能高、耐高溫、抗氧化、高硬度等特性。硅溶膠在失水的過程中，單體硅酸之間的硅羥基自聚，可以形成牢固的Si-O-Si鍵繼而形成空間硅氧網(wǎng)狀涂膜。并且，硅溶膠的加入，可以降低體系中可溶性鹽的比重，使得涂膜有更好的機械強度和耐水性能。所述的硅溶膠優(yōu)選西譜森化學(xué)的ZC301。
所述丙烯酸酯乳液的玻璃化溫度為20℃-30℃，固含量為45-55％，在此范圍內(nèi)的丙烯酸酯乳液不僅有著較好的強度，也可有助于增加漆膜的柔韌性，為防止漆膜龜裂，提高漆膜的耐水性能，提供有力支持。
所述的玻璃微珠為中空微小圓形顆粒，主要成分為硼硅酸鹽，粒徑在10～100微米，壁厚為1～2微米，堆積密度小，據(jù)測定，該微珠的導(dǎo)熱系數(shù)為0.03～0.1W/(m.k)之間，有良好的隔熱性能。
優(yōu)選的，所述的玻璃微珠采用下述方法處理，依次包括如下步驟：首先按照質(zhì)量比為1:(2.5-3.5)的比例將玻璃微珠加入質(zhì)量濃度為1％-2％的NaOH溶液中，機械攪拌1-2h后用去離子水洗滌至中性，然后在100-110℃下烘干備用；稱取得到的玻璃微珠，加入其質(zhì)量2％-3％的鋁酸酯后在高速混合機內(nèi)混合2-3h，最后在140℃-160℃的環(huán)境下烘干既得。
所述的遠(yuǎn)紅外陶瓷粉是一種白色粉末，由多種物質(zhì)混合而成，遠(yuǎn)紅外陶瓷粉以能夠輻射出比正常物體更多的遠(yuǎn)紅外線(紅外輻射率更高)為主要特征功能，將含有遠(yuǎn)紅外陶瓷粉的隔熱涂料施涂于建筑物外表，可實現(xiàn)較高的太陽能反射比和半球發(fā)射率，用量優(yōu)選為5～10％。
所述鈦白粉為金紅石型鈦白粉，金紅石型鈦白粉是以硫酸法制備而得，采用鋯硅鋁磷多元無機包膜和有機處理技術(shù)，使得其色相與粒徑有著極為精準(zhǔn)的控制，不僅可以提高鈦白粉在水性涂料中的分散性和穩(wěn)定性，也可以提高漆膜的遮蓋力和熱反射性能。用量優(yōu)選為10～15％。
所述顏填料選自重鈣、滑石粉或硫酸鋇等惰性填充性粉體中的一種或幾種，用量優(yōu)選為15～20％。
所述增稠劑優(yōu)選
羥乙基纖維素醚；分散劑優(yōu)選高分子聚合物類分散劑；潤濕劑優(yōu)選烷基聚氧乙烯醚類潤濕劑；消泡劑優(yōu)選礦物油類消泡劑；成膜助劑優(yōu)選2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯，即醇酯十二。
所述的pH調(diào)節(jié)劑為胺類物質(zhì)，優(yōu)選陶氏化學(xué)的AMP95。
所述的水優(yōu)選去離子水。
本發(fā)明還提供了上述有機無機復(fù)合隔熱防水涂料的制備方法，依次包括以下步驟：
(1)在容器中先加入所需水總量的1/3-1/2，然后加入所需增稠劑總量的1/3-1/2、pH調(diào)節(jié)劑、潤濕劑、分散劑、和消泡劑，低速(600-1000r/min)攪拌3-5min，直至形成均勻的膠狀物質(zhì)；
(2)然后加入顏填料和鈦白粉，高速(1500-2000r/min)分散30-35min，直到細(xì)度達(dá)40μm以下，再在低速(600-800r/min)攪拌下加入玻璃微珠，得到均勻穩(wěn)定的漿料；
(3)在分散缸中加入丙烯酸酯乳液、成膜助劑、硅酸鉀、硅溶膠、余量增稠劑、有機硅防水劑和余量水，攪拌10-15min混合均勻，即得有機無機復(fù)合隔熱防水涂料。
上述步驟中各組分的加入順序是固定的，如硅酸鉀不能加在步驟(2)，如果在步驟(2)中加入，在高速攪拌下，其表面會被破壞，不能對填料進行有效包覆，固化時漆膜對基層的附著力變差。
本發(fā)明還包括上述有機無機復(fù)合隔熱防水涂料在建筑物外墻中的應(yīng)用，基層含Ca(OH)2，可以與基層中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，得到的CaSiO3凝膠具有較好的粘結(jié)性能，從而實現(xiàn)漆膜對基層較強的附著力和極佳的封閉性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點與優(yōu)點：
(1)本發(fā)明的有機無機復(fù)合隔熱防水涂料，不僅添加硅酸鹽材料作為重要成膜物質(zhì)，還復(fù)配了硅溶膠，增加體系模數(shù)，提高涂料整體性能。硅溶膠中的二氧化硅粒子具有剛性高、強度高、吸收紫外線、高吸附性以及綠色環(huán)保等優(yōu)良特性，采用硅溶膠對涂料改性，旨在提高涂層的附著力、抗沖擊性能以及機械強度。同時，體系中加入的丙烯酸脂乳液，可以為體系提供一定的柔韌性，防止漆膜剛性過高而導(dǎo)致的龜裂。并且丙烯酸酯乳液有著良好的耐黃變性能，對涂層的耐候性有著重要貢獻；
(2)本發(fā)明的有機無機復(fù)合隔熱防水涂料中的遠(yuǎn)紅外陶瓷粉能夠反射大部分太陽光線，避免熱量進入墻體內(nèi)部，玻璃微珠憑借其較低的導(dǎo)熱系數(shù)和較高的反射率，可有效阻隔熱量。但玻璃微珠會使漆膜變脆，影響漆膜機械強度，摻量不易過高，而遠(yuǎn)紅外陶瓷微粉可彌補這一缺陷，二者協(xié)同作用可使得涂層的隔熱性能達(dá)到最佳；
(3)本發(fā)明的有機無機復(fù)合隔熱防水涂料不僅具有較強的附著力、優(yōu)異的耐堿耐候性能、高效的防霉抗菌性能，而且有著較強的耐水性能，可大大延長產(chǎn)品的使用壽命，為墻體提供更加有效且持久的保護效果，極大的拓展了其在外墻隔熱領(lǐng)域的應(yīng)用。
附圖說明
圖1為隔熱性能測試裝置。
具體實施方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述如下：
實施例中所述原料如下：
羥乙基纖維素醚為上海中基行化工有限公司S30000YP2，分散劑為德國明凌化學(xué)的METOLAT 394，消泡劑為德國明凌化學(xué)的AGITAN 351，pH調(diào)節(jié)劑為陶氏化學(xué)的AMP95，成膜助劑為市售醇酯十二。
硅酸鉀為西譜森化學(xué)的納米改性硅酸鉀KS33，硅溶膠為西譜森化學(xué)的ZC301，丙烯酸乳液是日照廣大的GD-4261，固含量為48％，玻璃化溫度為20℃。玻璃微珠采購于廣州市燊納貿(mào)易有限公司，遠(yuǎn)紅外陶瓷粉采購于靈壽縣旭陽礦業(yè)，鈦白粉牌號為R902，生產(chǎn)廠家美國杜邦，重鈣采購于廣西木森礦業(yè)，潤濕劑牌號為M364，生產(chǎn)廠家德國明凌，有機硅防水劑牌號為BS1306，生產(chǎn)廠家德國瓦克。
實施1-2及對比例1-3配方見表1，單位為重量份數(shù)。
表1
表2為實施例4-6和對比例3-4的配方，單位為重量份數(shù)，其中實施例4和5分別跟實施例1和2相同，區(qū)別在于實施例4和5的玻璃微珠進行了處理，處理方法如下：首先按照質(zhì)量比為1:3的比例將玻璃微珠加入質(zhì)量濃度為1％NaOH溶液中，機械攪拌1h后用去離子水洗滌至中性，然后在110℃下烘干備用；稱取得到的玻璃微珠，加入其質(zhì)量2％的鋁酸酯后在高速混合機內(nèi)混合2h，最后在150℃的環(huán)境下烘干既得，上述鋁酸酯選用南京品寧鋁酸酯PN-827。
對比例3的配方與實施例6的區(qū)別在于玻璃微珠的用量為80份，不含遠(yuǎn)紅外陶瓷微粉，對比例4的配方與實施例6的區(qū)別在于遠(yuǎn)紅外陶瓷微粉的用量為80份，不含玻璃微珠。
表2
以上實施例、對比例的制備方法如下：
(1)在容器中先加入所需水總量的1/2，然后加入所需增稠劑總量的1/2、pH調(diào)節(jié)劑、潤濕劑、分散劑、和消泡劑，低速(800r/min)攪拌5min，直至形成均勻的膠狀物質(zhì)；
(2)然后加入顏填料和鈦白粉，高速(1600r/min)分散30min，直到細(xì)度達(dá)40μm以下，再在低速(700r/min)攪拌下加入玻璃微珠，得到均勻穩(wěn)定的漿料；
(3)在分散缸中加入丙烯酸脂乳液、成膜助劑、硅酸鉀、硅溶膠、余量增稠劑、有機硅防水劑和余量水，攪拌10min混合均勻，即得有機無機復(fù)合隔熱防水涂料。
將實施1-3及對比例1-2配方按照J(rèn)G/T 26-2002《建筑無機外墻涂料》標(biāo)準(zhǔn)中的要求進行性能測試，數(shù)據(jù)如表3。
表3
從上表的檢測結(jié)果來看，本發(fā)明的有機無機復(fù)合隔熱防水涂料，性能優(yōu)異，其理化性能完全符合JG/T 26-2002《建筑無機外墻涂料》的要求。
將實施3-5及對比例4-5配方按照J(rèn)G/T 26-2002《建筑無機外墻涂料》標(biāo)準(zhǔn)中的要求進行性能測試，數(shù)據(jù)如表4。
表4
對比實施例4、5和實施例1、2，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)玻璃微珠經(jīng)過表面處理后，使得整個涂料的機械性能大幅度提升，附著力和強度都有明顯增大，說明改性過的玻璃微珠可以有效改善界面的粘結(jié)效果，增強機械性能，同時在隔熱效果上也有較為明顯的提升。
經(jīng)過大量測試發(fā)現(xiàn)，玻璃微珠經(jīng)過改性處理以后，在透水性方面與遠(yuǎn)紅外陶瓷微粉具有協(xié)同作用。
關(guān)于本發(fā)明的有機無機復(fù)合隔熱防水涂料的隔熱性能測試按照以下方法進行：以纖維增強硅酸鈣板作為隔熱溫差試驗的測試板，其尺寸為100mm×100mm×5mm，涂層制備按GB/T9271-2008《色漆和清漆標(biāo)準(zhǔn)試板》中的規(guī)定進行。測試條件(隔熱性能測試裝置見圖1):(1)室內(nèi)測試，實驗進行時應(yīng)保證門窗緊閉；(2)調(diào)節(jié)電壓，保證測試時板上表面溫度在(75±2)℃；(3)測試過程中，將測試板放置在型腔上，涂層面朝向碘鎢燈，觀察測試板內(nèi)表面溫度隨時間的變化；(4)為保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，測試時間為1h。具體結(jié)果見表5。
表5
從表5中可以看出，對比例1和對比例2的有機無機復(fù)合隔熱防水涂料中加入玻璃微珠和遠(yuǎn)紅外陶瓷微粉后，與普通外墻涂料相比有將近10℃的隔熱溫差，說明對比例1和對比例2對基材的阻隔熱量的作用較好。對比實施例1和實施例2發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃微珠和遠(yuǎn)紅外陶瓷微粉協(xié)同作用時，又可將隔熱溫差降低1℃左右。但從表3的數(shù)據(jù)分析，對于強度和透水性方面，實施例2比實施例1和實施例3要更優(yōu)，說明硅溶膠和硅酸鉀的復(fù)配能夠使涂料的性能得到優(yōu)化，硅溶膠的增加可以有效提高涂層的耐磨性、硬度等力學(xué)性能，同時說明本發(fā)明的硅酸鉀KS33可以更有效地滲入基層，從而實現(xiàn)較高的附著力和極佳的封閉性。其中透水性按照GB/T
9755-2014的標(biāo)準(zhǔn)進行測試。
1.一種有機無機復(fù)合熱反射防水涂料，其特征在于，以重量百分比計，由如下組分制成：
硅酸鉀5～10％，硅溶膠15～20％，丙烯酸乳液10～15％，玻璃微珠3.0～5.0％，遠(yuǎn)紅外陶瓷粉5.0～10％，鈦白粉12～15％，顏填料15～20％，增稠劑0.4～0.6％，pH調(diào)節(jié)劑0.1～0.2％，分散劑0.5～0.7％，潤濕劑0.1～0.2％，消泡劑0.1～0.2％，成膜助劑0.5～0.8％，有機硅防水劑0.5～1％，余量為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機無機復(fù)合熱反射防水涂料，其特征在于，所述硅酸鉀為西譜森化學(xué)的納米改性硅酸鉀KS33，所述的硅溶膠為西譜森化學(xué)的ZC301。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機無機復(fù)合熱反射防水涂料，其特征在于，硅酸鉀與玻璃微珠的重量比為1：(1-1.5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機無機復(fù)合熱反射防水涂料，其特征在于，所述丙烯酸酯乳液的玻璃化溫度為20℃-30℃，固含量為45-55％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機無機復(fù)合熱反射防水涂料，其特征在于，所述的玻璃微珠粒徑在10～100微米，壁厚為1～2微米，導(dǎo)熱系數(shù)為0.03～0.1W/(m.k)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機無機復(fù)合熱反射防水涂料，其特征在于，所述的玻璃微珠采用下述方法處理，其處理方法依次包括如下步驟：首先按照質(zhì)量比為1:(2.5-3.5)的比例將玻璃微珠加入質(zhì)量濃度為1％-2％的NaOH溶液中，機械攪拌1-2h后用去離子水洗滌至中性，然后在100-110℃下烘干備用；稱取得到的玻璃微珠，加入其質(zhì)量2％-3％的鋁酸酯后在高速混合機內(nèi)混合2-3h，最后在140℃-160℃的環(huán)境下烘干。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機無機復(fù)合熱反射防水涂料，其特征在于，所述鋁酸酯為南京品寧偶聯(lián)劑有限公司的鋁酸酯PN-827。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機無機復(fù)合熱反射防水涂料，其特征在于，所述增稠劑為羥乙基纖維素醚；分散劑為高分子聚合物類分散劑；潤濕劑為烷基聚氧乙烯醚類潤濕劑；消泡劑為礦物油類消泡劑；成膜助劑為2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯，所述的pH調(diào)節(jié)劑為胺類物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述有機無機復(fù)合熱反射防水涂料的制備方法，其特征在于，依次包括以下步驟：
(1)在容器中先加入所需水總量的1/3-1/2，然后加入所需增稠劑總量的1/3-1/2、pH調(diào)節(jié)劑、潤濕劑、分散劑和消泡劑，600-1000r/min轉(zhuǎn)速下攪拌3-5min，直至形成均勻的膠狀物質(zhì)；
(2)然后加入顏填料和鈦白粉，1500-2000r/min轉(zhuǎn)速下分散30-35min，直到細(xì)度達(dá)40μm以下，再在600-800r/min轉(zhuǎn)速下攪拌加入玻璃微珠，得到均勻穩(wěn)定的漿料；
(3)在分散缸中加入丙烯酸酯乳液、成膜助劑、硅酸鉀、硅溶膠、余量增稠劑、有機硅防水劑和余量水，攪拌10-15min混合均勻，即得有機無機復(fù)合隔熱防水涂料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述有機無機復(fù)合熱反射防水涂料在建筑物外墻中的應(yīng)用，其特征在于，基層中含Ca(OH)2。
