水基納米矽樹脂塗料的製作方法
2023-07-14 20:07:11
專利名稱：水基納米矽樹脂塗料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一類新型矽樹脂聚合物及它的合成方法和它們在建築塗料中的應用。
背景技術：
目前國內外建築塗料的主要品種為聚丙烯酸類粘合劑，加入常見又價廉的無機礦物填料，如碳酸鈣、滑石粉、硅藻土、膩子粉等，在水基中經研磨成微米級粘稠的液體而成，主要優點是粘合力強，耐水擦洗好，成膜韌性大，可適應目前大多數用戶的需要。但是它們的一些弱點和致命的缺點，如1.作為對人體的環保無害塗料一個國際標準是塗料中可揮發性有機物含量(VOC)，我國國家標準為200克/升，國家綠色環保十環標準為100克/升，歐洲塗料一般可達到30克/升。這就是說即使VOC達到國標和少數廠家達到環保標準的塗料中，可揮發進入空氣的有機成分約佔全部塗料的百分之幾。如此大量的可揮發有機物，不僅使塗料施工工人的身體常年受到傷害，對即將入住的房屋主人，終日呼吸這些有害氣體，其危害是不言而喻的。雖然所有廠家都在竭盡全力降低產品中的VOC，從理論和實踐上講，只要是聚丙烯酸系列的塗料，把塗料中未聚合的可揮發性原材料全部除去，是不可能的，因而實現零VOC只能是望洋興嘆美好而遙遠的理想。本發明塗料基體為全無機體系，不存在任何有機物，可揮發有機物VOC當然為零。2.聚丙烯酸酯粘合劑形成的有機膜具有粘合力強，耐水擦洗好，成膜韌性大等優點是無人非議的。由此推論用它做成的塗料似乎也應具備這些優點。但是現在所有的內牆面塗料施工工藝中，第一步是在水泥或磚面上刮1～2層價廉的膩子粉，名日「找平」牆面，再在它上面刷聚丙烯酸粘合劑做成的「底塗料」和「面塗料」。由於膩子粉中的膠多為價格低廉和不防水和有一定毒害性的聚乙烯醇縮醛類粘合劑(俗稱107膠)、聚乙烯醇或聚醋酸乙烯酯粘合劑(俗名白乳膠)。由於新建房屋牆的基體中的大量水汽向外蒸發，或當陰雨連綿的潮溼季節來臨時，使打底的膩子層吸潮、龜裂導致與牆面脫落，由此引起華麗的外表面塗料成片的龜裂脫落。所以每個消費者都知道的一個事實，許多世界名牌塗料號稱可耐水擦洗幾千次、幾萬次，10年不脫落，一旦施工塗到牆面上，用水潤洗後再用溼布擦上幾下塗料就脫落見牆底，居住2～3年後就會出現龜裂甚至大片剝離、脫落。這是現代塗料刷牆最大的通犯弊病之一。本發明塗料徹底省去傳統工藝中打底的膩子層，用本發明塗料從底塗到面，使塗料與牆體結合為一體，從根本上消除因膩子層吸潮龜裂引起外表塗料脫落的弊病。
3.由於現代塗料中的膠皆為有機物，所以它們能耐受的最高溫度不超過200℃。這種塗料牆面一旦遇到明火和高溫，就會燃燒、分解放出大量有毒的氣體。據消防部門的權威信息，在所有的火災中使人死亡的首要原因是在高溫下室內塗料等有機物分解放出的有毒氣體使人窒息而死。國家公安消防部門曾有明文強令規定，所有商店、飯店、禮堂、賓館、醫院、學校、幼兒園等人多聚集的地方，所用的塗料等建築材料必須加防火阻燃處理。由於真正防火阻燃塗料無可選用品，使公安消防的這條禁令成為一紙空令。本發明塗料為無機矽樹脂體系，優異耐高溫、阻燃性能成為真正消防阻燃塗料。
矽是地球最豐富的元素。各種矽化合物都有很好的化學惰性和對光、熱極好的穩定性。合成有機矽和無機矽化合物作為基體的建築塗料至今市場上未見質量穩定、性能優異的同類商品。這是因為合成中控制這類化合物的分子量有很大的技術難度。這類物質中只有小分子量的化合物才是水溶性的，但粘度小，防水效果差；分子量大的聚合物防水、抗光熱性能好，但變成水不溶物，只能在某些有機溶劑中溶解，不能做成水溶性塗料。更重要的一點是這類矽樹脂的合成為縮聚反應，一旦聚合反應啟動易誘發快速自縮聚反應，生成水不溶的矽凝膠而導致合成失敗。本發明的目的提供一種縮聚固化劑和縮聚反應條件，調控矽樹脂聚合反應速度和產物的分子量，製造出質量可控、性能穩定的矽樹脂塗料。
發明概述本發明的目的是提供一類用納米級分子尺寸的水溶性矽樹脂化合物。
本發明的另一目的是提供這類水溶性矽樹脂的化學合成法製備納米級矽樹脂材料方的法。
本發明的又一目的是以包含所述矽樹脂I、II、III為基體成分做成抗老化、耐擦洗、防黴變、防火阻燃的各種建築塗料。
發明詳述本發明一方面提供了一種如下通式(I)、(II)、(III)的化合物
式中Si(OM)3～4Na，K，Li的矽酸鹽(甲)RCH3-，C2H5-，CH3O-，C2H5O-的矽酸鈉鹽(乙)；Hd縮聚引發劑，有機、無機酸水溶液(丙)；m5～10n0～2本發明的另一內容是提供質量可控、性能穩定的納米級矽樹脂塗料的工業製造方法。製備方法描述如下。
甲種單體常選用價廉易得的矽酸鈉水溶液(40～50％)；在甲種單體中加入適量水稀釋到所需濃度，在強力攪拌下緩慢加入一定量無機酸水溶液，即發生縮聚反應，生成矽樹脂化合物I，作為本塗料的基體。
乙種單體常用的為一甲基矽酸鈉20％水溶液，為有機矽工業的一種副產物，可改進塗料的防水性和疏水性。在乙種單體中加入適量水稀釋到所需濃度，在強力攪拌下緩慢加入一定量無機酸水溶液，即發生空間縮聚反應，生成矽樹脂化合物II，作為本塗料中防水塗料的基體。
將化合物I和II混合，在強力攪拌下緩慢加入一定量酸水溶液，即發生空間坎段縮聚反應，生成矽樹脂化合物III，作為本塗料中防水塗料的基體。
縮聚反應速度的引發劑為有機或無機酸，如磷酸、硫酸、碳酸、草酸等。引發劑用量是控制反應縮聚度、分子尺寸和產物性能的關鍵因素，引發劑量太低時生成產物分子量太小，做成塗料的防水性差；引發劑用量太多，易誘發反應快速縮聚固化生成水不溶物導致反應失敗。
反應控制條件如下Na∶Si＝1∶(7～10)；Si(OM)3～4∶Hd＝1∶(0.5～1.5mol/mol)MNa，K，Li等鹽；m∶n＝10∶(0～2)；m，n=7～10；Hd縮聚引發劑，有機、無機酸水溶液PH12；含固量20～30％。
經放大擴試試驗，一次合成出1噸矽樹脂產品，產品外觀為微有乳白色的粘稠液體，聚合度(m+n)＝15～20時的矽樹脂分子尺寸約為20～30埃(1埃＝10-8cm)，即4～6nm，此時產物為水溶性，穩定性很好，在-20～+50℃儲藏一年不變質。用他們做成的塗料為無味、無毒、可揮發有機物(VOC)等於零的環保塗料；具有優異的耐水擦洗和耐氣候老化性，有很好的機械強度和防酸鹼、防黴變等特性。該塗料經國家權威試驗室測試結果表明水浸72h不脫落；水擦洗1000次不掉粉；氣候老化500h不裂解、不脫落；耐高溫800℃不燃燒不分解。
實施舉例1.40份矽酸鈉(40～50％水溶液)，40份水，在室溫和強力攪拌下緩慢加入20～25份磷酸水溶液(5～10％水溶液)，加液完畢後再攪拌數分鐘，得矽樹脂I。
2.50份一甲基矽酸鈉(10～20％水溶液)，20份水，在室溫和強力攪拌下緩慢加入10～15份磷酸水溶液(5～10％水溶液)，加液完畢後再攪拌數分鐘，得矽樹脂II。
3.40份矽樹脂I，加入10份矽樹脂II，，在室溫和強力攪拌下緩慢加入2～5份磷酸水溶液(5～10％水溶液)，加液完畢後再攪拌數分鐘，得矽樹脂III。
4.1份矽樹脂I，強力攪拌下加入1～2份851膩子粉，調製成稠度適中於刮牆用的膏狀物，直接在水泥底或沙灰(石灰)底的牆面上用刮板刮2～3遍，每遍間隔2-3小時後用刮板仔細壓平，局部不平的地方待8-12小時表面硬化後用細砂紙打平即成。
5.10份矽樹脂I，強力攪拌下加入10～15份大白粉(白堊土，主體為碳酸鈣粉)或滑石粉、碳酸鈣粉，1～3份羧甲基纖維素(CMC)，調製成稠度適中易於刮牆用的膏狀物，直接在水泥底或沙灰(石灰)底的牆面上用刮板刮2～3遍，每遍間隔2-3小時後仔細用刮板壓平，局部不平的地方待8～12小時表面硬化後用細砂紙打平即成。
6.10份矽樹脂I或矽樹脂II，強力攪拌下加入10份碳酸鈣粉(600-800目)，1～2份白乳膠或苯丙乳膠(苯乙烯-丙烯酸共聚30～40％水溶液)，1～2份CMC，經沙磨機磨成分散度為5-10μm的面塗料，用於刷或輥塗在各種基底的牆面。
7.10份矽樹脂III，強力攪拌下加入10份碳酸鈣粉(600-800目)，1～2份白乳膠，2～3份CMC，經沙磨機磨成分散度為5-10μm的面塗料，用刷或輥塗在各種基底的牆面。
8.將矽樹脂I、矽樹脂II和矽樹脂III的溶液直接噴塗在各種基底的牆面，均可有效地改進原牆面的防水性和耐水擦洗性。
權利要求
1.權利要求一種如下通式(I)、(II)(III)所示的化合物 式中SiNa，K，Li的矽酸鹽(甲)；MNa，K，Li等鹽；RCH3-，C2H5-，CH3O-，C2H5O-的矽酸鹽(乙)；Hd縮聚引發劑，有機、無機酸水溶液(丙)；m8～10n0～2
2.本發明的另一權利要求是根據權利I要求，提供質量可控、性能穩定的化學合成水溶性納米矽樹脂的工業製造方法。一定量的甲或乙單體水溶液，在強力攪拌下緩慢加入縮聚引發劑無機酸水溶液，發生縮聚反應，生成相應的nm級水溶性矽樹脂，反應控制條件Na∶Si＝1∶(7～10)；Si(OM)3～4∶Hd＝1∶(0.5～1.5mol/mol)m∶n＝10∶(0～2)；m，n＝7～10；PH12；含固量20～30％。
3.本發明是根據權利I的要求又一從屬權利要求是用本發明包含的矽樹脂I、II、III為基體成分，添加各種輔料做成內外牆建築塗料等的應用。
全文摘要
本發明是提供一類用化學合成法製造分子尺寸可控的納米基水溶性矽樹脂化合物。本發明的另一目的是提供這類水溶性矽樹脂化合物的製備方法。本發明的又一目的是包含所述矽樹脂為基體成分做成抗老化、耐擦洗、防黴變、防火阻燃的建築塗料。
文檔編號C08G77/06GK1566119SQ03140719
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月12日 優先權日2003年6月12日
發明者王敬尊, 王雷, 王霆, 瞿慧生 申請人:王敬尊, 王雷, 王霆