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 无机建筑涂料配方设计探讨

 

一、 序言:

无机涂料是一种以无机材料为主要成膜物质的涂料,是全无机矿物涂料的简称,广泛用于建筑、绘画等日常生活领域。 在建筑工程中常用的无机涂料是碱金属硅酸盐水溶液和胶体二氧化硅的水分散液, 用以上两种成膜物,可制成硅酸盐和硅溶胶(胶体二氧化硅)无机涂料,再加入颜料、填料以及各种助剂,可制成硅酸盐和硅溶胶(胶体二氧化硅)无机涂料,具有良好的透气、耐碱、耐污染、耐候性能。

“绿色”、“环保”是人们高度重视生态环境保护后对涂料工业提出的要求,也是涂料的发展方向。长期以来,有机涂料以其良好的装饰性、品种的多样性和低廉的价格取得了广泛的应用。但是,由于有机类建筑涂料的主要原材料来源于煤、石油、天然气等资源,加工时会产生大量的副产物、挥发性溶剂及剩余单体,既造成了环境污染又浪费了大量的资源和能源。同时,有机涂料涂饰在墙体表面与外墙形成涂膜,而空气与水分所产生的压力受温度的影响而在不透气的内外墙表面产生运动,不断作用于涂料的涂膜,一段时间后,将使墙面涂膜出现空鼓、起泡甚至掉皮脱落,相对于有机涂料的这些缺陷,无机涂料具有良好的透气性、抗污染性以及优良的综合环保性能。

 

二、  产品特性及应用

 

1、石化作用:无机涂料在施工于水泥砂浆、混凝土及砖石面层上时,通过石化反应与墙体结合牢固,涂层在矿物质基面28天后,液态硅     酸钾渗入到基面0.5-2MM深,并与矿物质基底发生化合反应,形成一种抗碱防酸的硅石,使涂料与墙体牢固的结合为一体。

2、透 气 性:无机涂料与墙身硅化反应形成的微晶结构具有良好的透气性能,使墙体水分能够充分蒸发,保持墙身干燥。

 

 

                                                                                                           

 

 

 3、防尘自洁:硅酸盐涂料表面具有亲水性,涂层表面无静电,吸附的灰尘较少;硅化的涂层表面 “风化”,形成极薄的粉化层,在风

 

      雨的冲刷下,使其连同污染物一起脱落,保持涂膜表面清洁。

 
4、防霉及苔藓滋生:无机涂料的强碱性(PH值在10.5以上)能杀灭菌类及苔藓孢子,其呼吸性能使建筑物保持干燥;因此不需要依赖防霉剂或防腐剂来抗拒霉菌及苔藓滋生。

 

                                                                                                       

 

 

5、防酸性侵蚀:石化反应形成的硅石,化学性质极为稳定不受酸性物质的侵蚀,能防止大气中的硫化物及酸雨的侵蚀,耐溶剂,耐油污性强。

 

6、涂膜坚硬耐磨,抗冲击性能优异:与墙身硅化反应形成的微晶结构具有出色硬度及抗冲击性。

 

7、难燃或不燃:聚合物改性硅酸盐涂料主要成分为无机矿物质,具有良好的防火阻燃性,不像乳胶漆或其他胶质涂料,在火灾中燃烧并散发有毒物质。
 
8、耐老化性好,色彩持久不褪色:涂料所用的颜填料都是耐酸碱、耐久(即耐候、耐紫外线老化)耐高温的无机物,能有效防止紫外线的辐射,故涂料颜色持久不褪色。

 

 

 

                                                                                  

                                                                                                                                                          涂刷17个月后的无机外墙涂料

 

无机涂料的应用

 

1)    内外墙建筑装饰;  2)有较高环保要求的医院、学校、公共设施等;

3) 无机防锈;        4)桥墩、隧道、地下室等;    5) 高温保护等 。

 

无机涂料在内外墙建筑装饰中具有以下优势 :

内墙:无毒环保、呼吸透气、防霉防火、硬度高抗冲击性好

外墙:施工简捷,防尘自洁、耐久耐磨、防水透气、防火阻燃、不返碱

 

三、无机建筑涂料的制备及施工

31无机树脂基料的选择

3.1.1 硅酸钾的选择
    
水溶性硅酸盐俗称水玻璃,有锂、钠、钾、铵水玻璃等。钾水玻璃的粘结性、成膜性比钠水玻璃好,价格比锂水玻璃、铵水玻璃低,所以选用钾水玻璃(K2O·mSiO2·nH2O)。模数m 代表水玻璃中SiO2/K2O 的值,一般为1~4,模数高,耐水性、耐热性提高,成膜性和附着力降低,漆膜易脆裂,m 大于4 时难溶于水,使用不便。模数低,成膜性能优,耐高温、耐水性能差,涂料用模数一般为3~4。水玻璃作基料时耐水性欠佳,可采用乳液进行复合改性,乳胶填充在—SiOSi—网状结构的间隙中,可屏蔽残存的羟基,减少涂膜对水的敏感程度,提高韧性和抗冲击性能,具有很好的耐水、耐洗刷性等。推荐使用 INORGTM  K 系列改性硅酸钾产品。

                                                                                              

    未改性硅酸钾,成膜开裂                                                                   改性硅酸钾 连续成膜

3.1.2 硅溶胶的选择

    硅溶胶又称胶体二氧化硅,化学式为mSiO2·nH2O,是钠米级SiO2 在水中的分散液,粒径1100 nm,比乳液小得多,SiO2 含量为20%35%,最高达50%,分散性和渗透性好。细小的颗粒能通过毛细管作用渗透到基材内部,与某些无机盐、金属氧化物生成新的硅酸盐无机高分子化合物,附着力较强。干燥后,可形成坚固的膜,涂膜致密且较硬,不产生静电,抗污染能力强,成膜后不会再溶解在水中和变质,耐高温。胶粒间通过SiOH 中相邻的—OH 基脱水缩合成刚性—SiOSi—无机聚合物网状结构,耐酸碱、抗压强度和硬度高、透气性好、成膜时收缩较大,易发生龟裂、微孔等缺陷,常添加纤维或纤维状、片状颜填料和加入有机高分子成膜物复配。  推荐使用ANTORTM  S系列改性硅溶胶产品。

                        

3.1.3  乳液的选择
     
选用合适的乳液与无机树脂复合才会得到综合性能高的涂膜,相容性原则为第一要点。乳液的pH 值一般为79,硅酸盐因制取工艺呈强碱性,两种物质复合保持稳定是关键,其次就是耐高温性好、能改善漆膜的柔韧性。涂料中的VOC 主要来源于乳液、溶剂、助剂、pH 值调节剂等,生产低VOC 涂料的关键是乳液应选用成膜温度低,无需成膜助剂和溶剂就能成膜,残余单体量低的乳液。 按照欧盟标准,有机聚合物(干重)在总配方中不可以超过5%  。推荐使用无机涂料专用ENORMTM  E 系列聚合物乳液。 

3.2 颜填料的选择


    
无机涂料体系不宜使用氧化锌、轻质碳酸钙和立德粉。因涂膜的光泽度和硬度的要求不同,无机涂料配方中颜填料一般控制在涂料总量的20%~45%不等。

1.颜料:

钛白粉:内墙涂料可选择锐钛白和金红石型钛白粉,外墙涂料一般只选金红石型钛白粉,白色或浅色漆一般用量控制在8%20%,深色漆一般用量控制在5%8%

  漆:强烈推荐使用无机色粉,或无机色浆

1.    填料 :

  钙:白度高,流变性好,来源十分丰富,价格便宜

云母粉:抗紫外线、抗开裂、抗污染

滑石粉:干滑性好,遮盖力良好

高岭土:白度高,质地细腻,减少增稠剂用量                                                              

           硅灰石:高长径比的硅灰石粉可防止、减少涂层干燥过程中收缩龟裂

           玻璃粉:在高温状态下熔融与溶解形成玻璃体,替代有机物继续发挥成膜性

 

内墙无机涂料配方中推荐使用15%金红石钛白、20%重钙、5%滑石粉;

外墙无机涂料配方中使用5%金红石钛白、2%钛铬棕、25%重钙、5%云母粉,各项性能优异

 

3.3 助剂的选择

要选择不含溶剂、环境友好型的助剂与基料相配,以达到低味或无味,不含甲醛、环保等特点。

 

1)润湿分散剂的选择:

Dispert KPA对钛白粉、碳酸钙、三氧化二铁等颜填料具有出色分散能力,丙烯酸链上特殊的疏水基团结构,对涂膜耐水性有非常大的帮助。KPA与体系极好的兼容性不会影响涂层光泽,本身具         有低泡性。无溶剂,不含APEO

Dispert P23是一种疏水性非离子型共聚物,主链上接技了大量疏水性支链,以空间位阻有效锚固基团作用和双电层效应稳定颜料,HLB值低,可极大提高分散体系的储存稳定性,由于不可逆水溶       性和高分子量,耐水性极其优异,水分散液稳定性高且可作为成膜物,无溶剂,不含APEO

Dispersant RS-OT是一种非离子低泡型表面活性剂,对各种颜填料具有很好的分散润湿性,降低颜料用量提高遮盖力,并降低成品漆膜表面张力,提高附着力。

无机建筑涂料配方中使用0.05%RS-OT搭配0.4%KPA0.1%RS-OT搭配0.5%P23,涂料的展色性和后期的粘度贮存稳定性优良。

 

2)增稠剂的选择:

无机成膜物(如硅酸钾)碱性比较高,配制的无机涂料碱性高,粘度低,比较难增稠。丙烯酸类增稠剂容易产生絮凝和后增稠;聚氨酯类增稠剂添加量太大。

建议使用羟乙基纤维素或其它新型增稠剂搭配无溶剂PU增稠剂进行粘度及流变调节。

无机建筑涂料配方中我们使用0.6%无机涂料特效增稠剂ADH G30000,涂料的流动性、施工性、展色性和后期的粘度贮存稳定性优良。无机涂料特效增稠剂G30000用水稀释后加入硅酸钾溶液中,但增稠效力明显,还可以改善硅酸钾溶液的稳定性、漆膜耐湿檫性,并减少无机复合涂料氨味产生。

 3)消泡剂的选择:

无机涂料碱性强,如有气泡产生不易消掉,建议使用抑泡性好的改性有机硅消泡剂和改性复合硅酮类消泡剂,尽量避免使用矿物油类或VOC含量高产品 。实验配方中使用0.1%FG5(或211搭    0.1% AMP19,涂料在容器中气泡少、施工时起泡也少。

 4)其他助剂:

  稳定剂:   表面活性剂,它能吸附在乳液及水玻璃颗粒表面,避免破乳、团聚,提高贮存稳定性,减少增稠现象,添加量为0.2%~0.6%。市场上主要以科莱恩产品为主。

  疏水剂:   改性硅氧烷PW30添加剂,添加量1.5%,提供涂层荷叶状疏水效果。

  钙离子吸收剂:  PCA 中和体系中游离的Ca2+ Mg2+离子

内墙无机建筑涂料试验配方

                     

 

原材料                         用量       材料来源

原材料                     用量       材料来源

                                 244        

滑石粉1250          50            广福

消泡剂FG5                   1           明佳科技

消泡剂19                   1              明佳科技

特效增稠剂G30000     6          明佳科技

专用乳液E310         60             明佳科技

润湿剂RSOT               1           明佳科技

稳定剂 SPS              10             科莱恩

分散剂KPA                 4           明佳科技

硅溶胶S230            200            明佳科技

金红石钛白粉606      150        国产

 

重钙1250               200         广福

合计                       1000

 

   性能检测:

容器中状态:均匀状态
施工性:刷涂二道无障碍
干燥时间(表干):20分钟
涂膜外观:正常
对比率:0.96
耐洗擦次数:5000次不露底
耐水性(168H):无起泡、无裂纹、剥落,无掉粉
耐碱性(168H):无起泡、无裂纹、剥落,无掉粉
低温贮存稳定性(3次):无异常
涂料PH值:9~10.5
涂料小样粘度检测:当天    95KU   触变指数:Ti=15300/4940=3
室温贮存6个月  100KU   触变指数:Ti=18600/6000=3.1  轻微分水,搅拌后容器中流动性很好

 

                                                                      外墙无机建筑涂料试验配方

原材料                        用量          材料来源

原材料                  用量       材料来源

                                 302        

云母粉1250        50         广福

消泡剂FG5                   1               明佳科技

消泡剂X33               1         明佳科技

特效增稠剂G30000      6              明佳科技

专用乳液 E310        60        明佳科技

润湿剂RSOT                1              明佳科技

稳定剂 SPS             12         科莱恩

分散剂KPA                  4              明佳科技

硅酸钾K140          300        明佳科技

金红石钛白粉606      50              国产

疏水剂PW30           15        明佳科技

钛铬棕色粉                20             进口

合计                     1000

重钙1250               250            广福

 

 

   性能检测:

容器中状态:均匀状态

施工性:刷涂二道无障碍

干燥时间(表干):20分钟

涂膜外观:正常

耐洗擦次数:5000次不露底

涂料PH值:1112

耐水性(168H):无起泡、无裂纹、剥落,无掉粉

耐碱性(168H):无起泡、无裂纹、剥落,无掉粉

低温贮存稳定性(3次):无异常

涂料小样粘度检测:当天    92.8KU   触变指数:Ti=112003290=3.4

室温贮存6个月  97.4KU   触变指数:Ti=120003720=3.2  轻微分水,搅拌后容器中流动性很好

       

 

 四、无机涂料的施工

无机涂料适用于涂刷在各种水泥质墙面和清水混凝土墙面,也可涂刷在腻子、砖墙、石膏等矿物基质表面,但不适用于塑料、木材和金属表面。综合无机外墙涂料的施工条件等,提出其施工工艺如下:

   1)施工的墙面必须平整、坚固、耐久。用于基层找平腻子必须是外墙专用腻子,符合国家检测标准。对于使用外保温系统的外墙找平,建议使用高聚合物防开裂外墙专用腻子。腻子批刮干燥后,            须打磨平整。

   2)墙面必须干燥、清洁、无污渍。如果有油污,可用碱性清洁剂清洗;涂刷涂料前,须将墙面的浮灰清扫干净。

   3)涂料使用前应充分搅拌均匀,可根据实际情况使用不多于15% (体积比)的清水稀释(可根据施工手感酌情增减)。

   4)涂料需涂刷两遍,且第一遍涂刷干燥后才能涂刷第二遍,一般夏天间隔不小于2h,冬天不小于4h

   5)无机涂料涂层性能必须在干燥7后才会得以体现。

   6)涂刷工具可使用滚筒、毛刷或无气喷涂机。

   7当日施工完毕后,未使用完的涂料请密封放置,下次使用前搅拌均匀即可使用。使用后的工具可用清水清洗干净。

 

 

 


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