專利名稱：水化硅酸鈣納米涂料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑涂料及其生產(chǎn)方法。
(二)、背景技術(shù)現(xiàn)有的建筑涂料一般含有成膜乳液(基料)、顏料、填料、成膜助劑、消泡劑和水等，其中填料多為滑石粉等惰性物質(zhì)?，F(xiàn)有滑石粉等填料主要起遮蓋作用，涂料的性能主要取決于基料的性能。目前國內(nèi)外對(duì)高性能涂料的研究主要集中在采用具有優(yōu)良性能的基料上，但常因其昂貴的價(jià)格，使其不能大量地生產(chǎn)和應(yīng)用。由于現(xiàn)有基料的局限，現(xiàn)有建筑涂料的附著力、耐洗刷性、耐堿性、耐水性、耐老化性以及耐污染性等性能并不令人滿意，還有待于進(jìn)一步提高。硅藻土屬于硅質(zhì)礦物，具有價(jià)廉、易得的特點(diǎn)，但目前的主要利用途徑局限在生產(chǎn)建筑構(gòu)件等方面，由于原生的硅藻土礦物活性較差，若直接用作涂料填料，不但不能改善涂料的性能，還會(huì)引起涂料性能不穩(wěn)定的問題。
目前在硅酸鹽建筑材料的工業(yè)生產(chǎn)中，人們關(guān)注的重點(diǎn)是在較高的壓力下蒸壓生成結(jié)晶程度較高的水化硅酸鈣，如托貝莫萊石、水石榴石、硅酸鈣石等產(chǎn)物，認(rèn)為其力學(xué)性能較好，而對(duì)于在較低的壓力、較短的恒壓時(shí)間水熱合成結(jié)晶度很低的水化產(chǎn)物，如C-S-H凝膠、CSH(B)等，并沒有得到廣泛重視和應(yīng)用。
(三)、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種水化硅酸鈣納米涂料及其生產(chǎn)方法，解決在涂料中應(yīng)用硅藻土、改善建筑涂料的附著力、耐洗刷性、耐堿性、耐水性、耐老化性以及耐污染性能的技術(shù)問題；并解決高級(jí)涂料價(jià)格太高，不能大面積推廣應(yīng)用的問題。
本發(fā)明水化硅酸鈣納米涂料的技術(shù)方案其特征在于該涂料中含有以下按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算含量的組分丙烯酸類成膜乳液 37.0～39.0％；顏料 5.07～6.20％；
滑石粉 6.50～7.50％；水化硅酸鈣粉體 10.15～11.0％；成膜助劑 0.38～0.88％；消泡劑 0.4～0.9％；水 34.52～40.5％上述水化硅酸鈣粉體是以硅藻土為硅質(zhì)材料，以生石灰為鈣質(zhì)材料，鈣硅比(摩爾比)為1∶1，水固比為5∶1，經(jīng)水熱合成、并干燥而成的粉末。
上述丙烯酸類成膜乳液是純丙烯酸乳液、苯乙烯-丙烯酸乳液或有機(jī)硅-丙烯酸乳液。
上述成膜助劑是丙二醇丁醚或一縮丙二醇甲醚醋酸酯。
上述消泡劑是磷酸三丁酯或乳化硅油。
上述涂料中還含有0-3％的分散劑，分散劑是六偏磷酸鈉或聚丙烯酸鈉鹽。
上述涂料中還含有0-0.8％的增稠劑，增稠劑是羥乙基纖維素或有機(jī)膨潤土。
上述涂料中還含有0-0.2％的增塑劑，增塑劑是鄰苯二甲酸二丁酯或磷酸酯類。
上述涂料中還含有0-0.6％的流平劑，流平劑是膠態(tài)二氧化硅或聚乙烯醇。
上述涂料中還含有0-0.2％的pH調(diào)節(jié)劑，pH調(diào)節(jié)劑是氨水或碳酸氫鈉水溶液。
這種水化硅酸鈣納米涂料的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟如下(1)、先置備水化硅酸鈣粉體，以硅藻土為硅質(zhì)材料，以生石灰為鈣質(zhì)材料，鈣硅比為1∶1，水固比為5∶1，在水熱合成反應(yīng)釜中保持(100-150)±5℃的溫度，恒溫時(shí)間為3h-10h，升溫時(shí)間為2h，降溫時(shí)間為4h，卸料、過濾，在100℃以下的溫度，把制得的粉末烘干至恒重備用；(2)、配料及預(yù)混合；按配比稱量各種組分，將分散劑的四分之一和水混合，攪拌均勻，然后依次倒入顏料、三分之一的消泡劑、滑石粉以及水化硅酸鈣粉體，邊攪拌邊加料，制成色漿；(3)、研磨分散；將已制得的色漿送入砂磨機(jī)，進(jìn)行再一次的研磨、攪拌，用刮板細(xì)度計(jì)測量細(xì)度至25-30μm停止研磨。
(4)、在砂磨機(jī)分散的同時(shí)，把稱好的丙烯酸類成膜乳液用氨水調(diào)節(jié)pH值到6-8，邊攪拌邊加入成膜助劑；(5)、調(diào)和；色漿分散好以后，用攪拌機(jī)慢速攪拌，邊攪拌邊加入上述(4)中配好的乳液；同時(shí)加入各種助劑，把剩下的三分之二的消泡劑加入其中，慢速攪拌6-10分鐘后即可停止攪拌，將制得的涂料放入容器中備用。
本發(fā)明改善涂料性能的機(jī)理選用廣泛易得的硅藻土礦物作為原料，采用動(dòng)態(tài)水熱合成工藝，使硅藻土在水熱條件下，使SiO2溶解在溶液中，堅(jiān)硬外殼被打破，硅氧四面體解聚，水解產(chǎn)生活性硅，更易于與生石灰等堿類物質(zhì)反應(yīng)生成水化硅酸鈣(C-S-H)。經(jīng)升溫、恒溫、降溫、卸料、過濾、干燥，制得超細(xì)、多孔、大比表面積的納米水化硅酸鈣粉體。在與丙烯酸類成膜乳液、顏料、滑石粉、成膜助劑、消泡劑和水適當(dāng)組合后，水化硅酸鈣粉體極大的比表面積能夠提供粉體與高聚物分子很大的接觸面積，在添加入涂料后，很容易與相鄰物質(zhì)反應(yīng)生成高強(qiáng)度的新物質(zhì)。有利于與涂料中其它組分緊密結(jié)合，可以制備出性能優(yōu)良的外墻涂料。若選擇適當(dāng)?shù)暮銣貢r(shí)間，可以在盡可能低能耗的情況下激發(fā)水化硅酸鈣粉體的活性，而這種活性填料可以改善涂料的性能。
經(jīng)用X衍射分析儀XRD、氮吸附法BET、掃描電鏡SEM、透射電鏡TEM等現(xiàn)代測試方法實(shí)驗(yàn)證明(a)上述水化硅酸鈣粉體，采用動(dòng)態(tài)水熱合成方法，恒溫120℃可以制得以水化硅酸鈣為主要成分的水化硅酸鈣納米粉體，其粒徑為50nm左右。該粉體具有非常大的比表面積，且內(nèi)部多孔，有利于與涂料中其它組分緊密結(jié)合。
(b)硅藻土與生石灰的反應(yīng)主要為溶解-沉淀反應(yīng)。在掃描電鏡和透射電鏡下可以觀察到恒溫4h和7h制得的粉體中，有原材料溶解后的殘留物，其表面有蝕孔或蝕坑，還沉積有針狀或纖維狀水化產(chǎn)物，使其更容易與相鄰物質(zhì)反應(yīng)生成高強(qiáng)度的新物質(zhì)。
(c)在120℃的恒溫恒壓下，硅藻土與生石灰在動(dòng)態(tài)水熱合成7h后，能夠獲得較大的比表面積的水化硅酸鈣粉體，其物相組成是以CSH(B)、C2SH(C)為主要相的水化硅酸鈣的連續(xù)混合物；隨著恒溫時(shí)間的延長，粉體的比表面積在4h～7h是呈增長的趨勢，而當(dāng)水熱合成時(shí)間延長到10h時(shí)，比表面積反而下降。恒溫時(shí)間對(duì)水熱合成產(chǎn)物影響較大，XRD以及TEM測試結(jié)果分析表明，原料在恒溫4h時(shí)制得的粉體中含有Ca(OH)2，恒溫7h時(shí)Ca(OH)2反應(yīng)完畢。恒溫10h時(shí)，還有少量的SiO2尚未反應(yīng)完畢，說明選擇適當(dāng)?shù)暮銣貢r(shí)間，可以在盡可能低能耗的情況下激發(fā)水化硅酸鈣粉體的活性，而這種活性填料可以改善涂料的性能。
(d)在水熱合成納米水化硅酸鈣粉體時(shí)，水固比可以改變液相體系中SiO2的溶解度。水固比高時(shí)，容易形成結(jié)晶良好的水化硅酸鈣。當(dāng)水固比較低時(shí)，硅質(zhì)原料的溶解較慢，Ca(OH)2沉積在硅質(zhì)原料顆粒表面生成水化產(chǎn)物，此時(shí)主要形成結(jié)晶不良的水化硅酸鈣凝膠。但是，過低的水固比會(huì)影響反應(yīng)的速度。本發(fā)明確定的水固比為5∶1，可以產(chǎn)生大量比表面積巨大的結(jié)晶不良的水化硅(鋁)酸鈣。從XRD以及TEM測試結(jié)果分析可知在本研究所采用的實(shí)驗(yàn)條件下，恒溫10h所制得的水化硅酸鈣產(chǎn)物大多數(shù)為結(jié)晶度較差的甚至是無定形態(tài)的物質(zhì)，因此，有利于與涂料中的其它組分融合和反應(yīng)，而這正是涂料性能改善的原因。
有益效果本發(fā)明的建筑涂料選用價(jià)廉易得、安全無毒的低成本的硅藻土作為原料代替部分填料，拓寬了硅藻土在新型建材領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，有利于環(huán)境保護(hù)。利用較弱的蒸壓制度(較低的壓力，較短的恒壓時(shí)間)，采用動(dòng)態(tài)水熱合成方法，制得了低結(jié)晶度、比表面積極大的水化硅酸鈣納米粉體，節(jié)約了能耗，降低了生產(chǎn)成本。經(jīng)本發(fā)明處理后得到的水化硅酸鈣為粒度在50nm左右的超細(xì)粉體材料，在采用一般的成膜物質(zhì)的情況下，將納米水化硅酸鈣粉體作為填料，代替部分滑石粉，減低了涂料成本。納米水化硅酸鈣粉體具有活性，用于建筑涂料中，可顯著改善涂料的各種性能和品質(zhì)，制得價(jià)格低廉、性能滿足高要求的建筑涂料，解決了高級(jí)涂料價(jià)格太高，不能大面積推廣應(yīng)用的問題。納米水化硅酸鈣粉體與涂料中的其它成分相容性很好，提高了該納米涂料的附著力、耐洗刷性、耐堿性、耐水性、耐老化性以及耐污染性能。尤其是耐洗刷次數(shù)達(dá)10000次以上；耐人工老化為800小時(shí)無起泡、剝落、裂紋、無粉化、變色；耐污染指標(biāo)＜1％，這些性能都超過了現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的國家優(yōu)等品指標(biāo)。除此之外還大大縮短了涂料的表干時(shí)間，可使涂料的施工效率大大提高。
本發(fā)明涂料性能提高的測試結(jié)果其中以7h的納米水化硅酸鈣粉體，(是指由硅藻土和生石灰做原料在蒸壓釜里經(jīng)動(dòng)態(tài)水熱反應(yīng)7h所制得的納米水化硅酸鈣粉體)所制涂料的效果最好，其性能測試結(jié)果如下
其它對(duì)比涂料的性能測試結(jié)果如下表


圖1是本發(fā)明水化硅酸鈣納米涂料的制備工藝流程圖；圖2是水化硅酸鈣粉體的生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本發(fā)明水化硅酸鈣納米涂料中含有以下按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算含量的組分丙烯酸類成膜乳液37.0～39.0％之間任意數(shù)值；顏料5.07～6.20％之間任意數(shù)值；滑石粉 6.50～7.50％之間任意數(shù)值；水化硅酸鈣粉體 10. 5～11.0％之間任意數(shù)值；成膜助劑0.38～0.88％之間任意數(shù)值；消泡劑 0.4～0.9％之間任意數(shù)值；水 34.52～40.5％之間任意數(shù)值。
上述丙烯酸類成膜乳液可以是純丙烯酸乳液、苯乙烯-丙烯酸乳液或有機(jī)硅-丙烯酸乳液。本配比采用純丙烯酸乳液，例如XG-2002建筑乳液粘合劑。
除上述組分外，涂料中還可含有0-3％的分散劑，分散劑可選擇六偏磷酸鈉或聚丙烯酸鈉鹽。
上述涂料中還可含有0-0.8％的增稠劑，增稠劑可選擇羥乙基纖維素或有機(jī)膨潤土。
上述涂料中還可含有0-0.2％的增塑劑，增塑劑可選鄰苯二甲酸二丁酯或磷酸酯類。
上述涂料中還可含有0-0.6％的流平劑，流平劑可選擇膠態(tài)二氧化硅或聚乙烯醇。
上述涂料中還可含有0-0.2％的pH調(diào)節(jié)劑，pH調(diào)節(jié)劑可選擇氨水或碳酸氫鈉水溶液。
上述水化硅酸鈣粉體是以硅藻土為硅質(zhì)材料，以生石灰為鈣質(zhì)材料，鈣硅比(摩爾比)為1∶1，水固比為5∶1，在反應(yīng)釜中經(jīng)水熱合成、并干燥而成的粉末。
顯而易見，上述顏料可以根據(jù)需要任意選擇。
其它實(shí)施例
本發(fā)明水化硅酸鈣納米涂料的生產(chǎn)方法有五個(gè)步驟(1)、先制備納米水化硅酸鈣粉體，配比實(shí)例如下鈣質(zhì)材料選擇磨細(xì)生石灰石灰的游離CaO含量為85.1％，粉磨90min，石灰用量為4.85kg。
硅質(zhì)材料是四川米易縣產(chǎn)硅藻土，粉磨120min，比表面積為3000cm2/g，硅藻土的SiO2含量68.6％，硅藻土的用量為3.65kg。
水的用量為42.5kg，原材料總質(zhì)量為8.5kg，鈣硅比CaO∶SiO2＝1∶1(摩爾比)水固比為5∶1。上述配比可根據(jù)選用原材料的差異，進(jìn)行調(diào)整，該調(diào)整技術(shù)屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知技術(shù)。
上述組分在水熱合成反應(yīng)釜中保持(100-150)±5℃的溫度，升溫時(shí)間為2h，恒溫時(shí)間為3h-10h，降溫時(shí)間為4h，經(jīng)過濾，在100℃以下的溫度，把制得的納米水化硅酸鈣粉體烘干至恒重備用。
(2)、配料及預(yù)混合——根據(jù)配比，把稱好的各組分放在容器中待用。先將分散劑的四分之一和一定量的水混合，在高速攪拌機(jī)下攪拌均勻，然后依次倒入顏料、大約三分之一的消泡劑、二分之一的分散劑、滑石粉以及動(dòng)態(tài)水熱合成的水化硅酸鈣粉體，邊攪拌邊加料，使顏料和填料分散均勻成色漿。
(3)、研磨分散——將在高速攪拌機(jī)下攪拌約20min的色漿送入砂磨機(jī)，進(jìn)行再一次的研磨，攪拌15min后，用刮板細(xì)度計(jì)測量細(xì)度至25-30μm即可停止研磨。
(4)、砂磨機(jī)分散的同時(shí)把稱好的乳液用氨水調(diào)節(jié)pH值到6-8，邊攪拌邊加入成膜助劑和增塑劑。
(5)、調(diào)和——色漿分散好以后，放入容器中，用攪拌機(jī)慢速攪拌，邊攪拌邊加入配好的乳液。同時(shí)加入各種助劑，把剩下的三分之二的消泡劑及四分之一的分散劑加入其中，慢速攪拌(攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為120-400r/min)6-10分鐘后即可停止攪拌，將制得的涂料裝入容器中，得到具有良好施工性的建筑涂料。
權(quán)利要求
1.一種水化硅酸鈣納米涂料，其特征在于該涂料中含有以下按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算含量的組分丙烯酸類成膜乳液37.0～39.0％；顏料5.07～6.20％；滑石粉 6.50～7.50％；水化硅酸鈣粉體 10.15～11.00％；成膜助劑0.38～0.88％；消泡劑 0.4～0.9％；水 34.52～40.50％上述水化硅酸鈣粉體是以硅藻土為硅質(zhì)材料，以生石灰為鈣質(zhì)材料，鈣硅比為1∶1，水固比為5∶1，經(jīng)水熱合成、并干燥而成的粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水化硅酸鈣納米涂料，其特征在于所述丙烯酸類成膜乳液是純丙烯酸乳液、苯乙烯-丙烯酸乳液或有機(jī)硅-丙烯酸乳液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水化硅酸鈣納米涂料，其特征在于所述上述成膜助劑是丙二醇丁醚或-縮丙二醇甲醚醋酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水化硅酸鈣納米涂料，其特征在于所述消泡劑是磷酸三丁酯或乳化硅油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水化硅酸鈣納米涂料，其特征是所述涂料中還含有0-3％的分散劑，分散劑是六偏磷酸鈉或聚丙烯酸鈉鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水化硅酸鈣納米涂料，其特征是所述涂料中還含有0-0.8％的增稠劑，增稠劑是羥乙基纖維素或有機(jī)膨潤土。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水化硅酸鈣納米涂料，其特征是所述涂料中還含有0-0.2％的增塑劑，增塑劑是鄰苯二甲酸二丁酯或磷酸酯類。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水化硅酸鈣納米涂料，其特征是所述涂料中還含有0-0.6％的流平劑，流平劑是膠態(tài)二氧化硅或聚乙烯醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水化硅酸鈣納米涂料，其特征是所述涂料中還含有0-0.2％的pH調(diào)節(jié)劑，pH調(diào)節(jié)劑是氨水或碳酸氫鈉水溶液。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述水化硅酸鈣納米涂料的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟如下(1)、先置備水化硅酸鈣粉體，以硅藻土為硅質(zhì)材料，以生石灰為鈣質(zhì)材料，鈣硅比(摩爾比)為1∶1，水固比為5∶1，在水熱合成反應(yīng)釜中保持(100-150)±5℃的溫度，恒溫時(shí)間為3h-10h，升溫時(shí)間為2h，降溫時(shí)間為4h，卸料、過濾，在100℃以下的溫度，把制得的粉末烘干至恒重備用；(2)、配料及預(yù)混合；按配比稱量各種組分，將分散劑的四分之一和水混合，攪拌均勻，然后依次倒入顏料、三分之一的消泡劑、滑石粉以及水化硅酸鈣粉體，邊攪拌邊加料，制成色漿；(3)、研磨分散；將已制得的色漿送入砂磨機(jī)，進(jìn)行再一次的研磨、攪拌，用刮板細(xì)度計(jì)測量細(xì)度至25-30μm停止研磨。(4)、在砂磨機(jī)分散的同時(shí)，把稱好的丙烯酸類成膜乳液用氨水調(diào)節(jié)pH值到6-8，邊攪拌邊加入成膜助劑；(5)、調(diào)和；色漿分散好以后，用攪拌機(jī)慢速攪拌，邊攪拌邊加入上述(4)中配好的乳液；同時(shí)加入各種助劑，把剩下的三分之二的消泡劑加入其中，慢速攪拌6-10分鐘后即可停止攪拌，將制得的涂料放入容器中備用。
全文摘要
一種水化硅酸鈣納米涂料及其生產(chǎn)方法，含有以下按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算含量的組分成膜乳液37.0～39.0％；顏料5.07～6.20％；滑石粉6.50～7.50％；水化硅酸鈣粉體10.15～11.0％；成膜助劑0.38～0.88％；消泡劑0.4～0.9％；水34.52～40.50％。上述水化硅酸鈣粉體是以低成本的硅藻土為硅質(zhì)材料，以生石灰為鈣質(zhì)材料，采用動(dòng)態(tài)水熱合成方法，制得的低結(jié)晶度、比表面積極大的水化硅酸鈣納米粉體。本發(fā)明將這種納米水化硅酸鈣作為填料，用于建筑涂料中，可顯著提高涂料的附著力、耐洗刷性、耐堿性、耐水性、耐老化性以及耐污染性能，成本只比普通涂料稍高，并有利于環(huán)境保護(hù)。
文檔編號(hào)C09D133/00GK1654566SQ20051000892
公開日2005年8月17日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者彭小芹, 萬朝均, 陳科, 劉芳 申請人:重慶大學(xué)