一種基體材料及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料工程領(lǐng)域，涉及一種由液態(tài)硅溶膠、針狀草酸鈣和結(jié)晶促進(jìn)劑混 合而成的基體材料，其制備方法，及其在制備無(wú)機(jī)建筑涂料等材料中的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)國(guó)家建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 26-2002,無(wú)機(jī)建筑涂料按主要粘結(jié)劑種類(lèi)可分 為兩類(lèi):一是以水玻璃(堿金屬硅酸鹽)為主要粘結(jié)劑，加入顏料、填料及助劑配制而成;二 是以硅溶膠為主要粘結(jié)劑，加入適量的合成樹(shù)脂乳液、顏料、填料及助劑配制而成。
[0003] 常規(guī)用于制備無(wú)機(jī)涂料的硅酸鉀及硅溶膠的主要物化指標(biāo)如下表所示。
[0004]從硅酸鉀與硅溶膠的組成上看，兩者的主要區(qū)別在于含堿量。雖然前者也能與針 狀草酸鈣發(fā)生鈣化反應(yīng)，甚至具有更低的收縮率，但由于其游離堿含量較高，對(duì)硅化反應(yīng)有 阻礙作用，因此對(duì)最終產(chǎn)物的耐水性影響較大，而伴生的泛堿現(xiàn)象也會(huì)影響著色的均勻性， 對(duì)實(shí)際應(yīng)用構(gòu)成了瓶頸。而后者含堿量極低，硅化程度較高，所以耐水性及與顏料的相容性 也更好。
[0005] 然而，單獨(dú)使用硅溶膠時(shí)，常溫固化成膜往往存在裂紋、內(nèi)部微孔等致命缺陷，并 且不耐洗刷。同時(shí)，硅溶膠的價(jià)格偏高，一直以來(lái)其價(jià)格往往是水玻璃的數(shù)倍，也遠(yuǎn)高于同 樣濃度的合成乳液。因此，目前通常將硅溶膠當(dāng)作助劑使用，常常需要加入有機(jī)高分子乳液 來(lái)配制有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型涂料。但加入有機(jī)高分子材料獲得的涂料易老化，耐候性差。也有 報(bào)道采用水溶性三聚氰胺和多元醇對(duì)硅溶膠進(jìn)行改性的，但這類(lèi)處理會(huì)增加制備的復(fù)雜 性。
[0006] 近年來(lái)，隨著硅粉一步水解法生產(chǎn)硅溶膠工藝逐步取代傳統(tǒng)的離子交換法生產(chǎn)硅 溶膠工藝，硅溶膠的價(jià)格已逐步下降到低于水玻璃的水平，如今的硅溶膠已成為一種應(yīng)用 前景廣闊的基本化工原料。因此，如果能夠克服硅溶膠成膜存在裂紋、內(nèi)部微孔以及不耐洗 刷等問(wèn)題，將能獲得性能良好的無(wú)機(jī)建筑涂料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明揭示了一種極具價(jià)值的膠凝性化學(xué)反 應(yīng)，其中液態(tài)硅溶膠可以和針狀草酸鈣(CaC20 4)發(fā)生氣硬性反應(yīng)。從機(jī)理上講，一方面，液態(tài) 硅溶膠中的無(wú)定型活性二氧化硅與針狀草酸鈣表面上的Ca2+直接反應(yīng)，生成水化硅酸鈣;另 一方面，結(jié)晶促進(jìn)劑(EDTA-2Na)分子中的-C0(T與針狀草酸鈣游離出的Ca 2+鍵合，而Ca2+又與 硅溶膠中的-〇-Si-〇-鍵連接，得到結(jié)晶度更高的、EDTA穿插的水化硅酸鈣晶體，并包裹在針 狀草酸鈣的表面。當(dāng)放置于空氣中時(shí)，體系中的水分蒸發(fā)，析出水化硅酸鈣晶體，并結(jié)合草 酸鈣的針狀結(jié)構(gòu)，形成以水化硅酸鈣晶體/針狀草酸鈣為主要成分的、不溶于水的、具有力 學(xué)強(qiáng)度的基體材料，具有優(yōu)異的抗開(kāi)裂性和耐洗刷性，可以應(yīng)用于多個(gè)建筑材料領(lǐng)域。因 此，本發(fā)明的目的在于提供一種如上所述的基體材料及其制備方法和用途。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種基體材料，其由液態(tài)硅溶膠、針狀草酸鈣和結(jié)晶促進(jìn)劑組成，以固含量計(jì)，所述液 態(tài)硅溶膠、針狀草酸鈣、結(jié)晶促進(jìn)劑之間的質(zhì)量比為1:2~9:0.001~0.01。
[0009] 優(yōu)選地，在上述基體材料中，以固含量計(jì)，所述液態(tài)硅溶膠、針狀草酸鈣、結(jié)晶促進(jìn) 劑之間的質(zhì)量比為1:4~7:0.004~0.008。
[0010] 優(yōu)選地，在上述基體材料中，所述液態(tài)硅溶膠為活性二氧化硅膠體在水中的分散 液，其固含量為20~40%，氧化鈉含量小于1%，ρΗ值為8~10,粒徑小于100 nm。
[0011] 優(yōu)選地，在上述基體材料中，所述結(jié)晶促進(jìn)劑為乙二胺四乙酸二鈉。
[0012] 優(yōu)選地，在上述基體材料中，所述針狀草酸鈣的長(zhǎng)度為5~40 μπι，長(zhǎng)徑比為5~19。
[0013] 優(yōu)選地，在上述基體材料中，所述針狀草酸鈣通過(guò)下列方法制備：按照草酸鈉:尿 酸:酒石酸=2~5:1:1的質(zhì)量比，向反應(yīng)容器中加入摩爾濃度為0.1~0.4摩爾/升的草酸鈉水 溶液、尿酸和酒石酸，接著按照尿酸:氫氧化鈉=20:1的質(zhì)量比，向反應(yīng)容器中加入氫氧化 鈉，并靜置1~3小時(shí)，然后在轉(zhuǎn)速為150~200轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌條件下，按照草酸鈉:氯化鈣=1~ 1.2:1的摩爾比，向反應(yīng)容器中滴加摩爾濃度為0.4~1.0摩爾/升的氯化鈣水溶液，滴加完畢 后，繼續(xù)攪拌反應(yīng)5~8小時(shí)，將出現(xiàn)的沉淀物過(guò)濾，洗滌并干燥，得到針狀草酸鈣。
[0014] 更優(yōu)選地，在上述方法中，所述草酸鈉、尿酸、酒石酸之間的質(zhì)量比為2.35~4.35: 1:1〇
[0015] 更優(yōu)選地，在上述方法中，所述草酸鈉水溶液的摩爾濃度為0.18~0.34摩爾/升。
[0016] 更優(yōu)選地，在上述方法中，所述靜置的時(shí)間為2小時(shí)。
[0017]更優(yōu)選地，在上述方法中，所述攪拌為機(jī)械攪拌，轉(zhuǎn)速為160轉(zhuǎn)/分鐘。
[0018]更優(yōu)選地，在上述方法中，所述草酸鈉、氯化鈣之間的摩爾比為1.05:1。
[0019]更優(yōu)選地，在上述方法中，所述氯化鈣水溶液的摩爾濃度為0.49~0.97摩爾/升。 [0020]更優(yōu)選地，在上述方法中，所述滴加以8~12滴/分鐘的速度來(lái)進(jìn)行。
[0021 ] 更優(yōu)選地，在上述方法中，所述反應(yīng)的時(shí)間為6小時(shí)。
[0022]更優(yōu)選地，在上述方法中，所述干燥為真空烘干，溫度為70°C。
[0023]上述基體材料通過(guò)包括下列步驟的制備方法制得:按照液態(tài)硅溶膠、針狀草酸鈣、 結(jié)晶促進(jìn)劑之間的質(zhì)量比，計(jì)算并稱量各種反應(yīng)物，將液態(tài)硅溶膠加入到分散釜中，在轉(zhuǎn)速 為700~1100轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌條件下，向分散釜中加入針狀草酸鈣和結(jié)晶促進(jìn)劑，攪拌均勻 后，得到基體材料。
[0024] 此外，本發(fā)明提供了一種基于上述基體材料的無(wú)機(jī)建筑涂料，其由上述基體材料 和輔配材料組成，所述基體材料占所述無(wú)機(jī)建筑涂料總質(zhì)量的60~80%，余量為所述輔配材 料，并且所述輔配材料選自高分子聚合物、填料、顏料、涂料添加劑中的任意一種或其任意 比例的混合物，各種輔配材料可以根據(jù)涂料的使用性能要求進(jìn)行調(diào)整。
[0025] 優(yōu)選地，在上述無(wú)機(jī)建筑涂料中，所述高分子聚合物為具有一定柔韌性的乳液，其 選自EVA乳液、氟碳乳液、硅丙乳液、純丙乳液中的任意一種或其任意比例的混合物，其作用 在于提高"娃溶膠-草酸媽"體系的穩(wěn)定性和可施工性，并增加其硬化材料的柔韌性。
[0026]優(yōu)選地，在上述無(wú)機(jī)建筑涂料中，所述填料選自鈦白粉、云母粉、高嶺土中的任意 一種或其任意比例的混合物。
[0027] 優(yōu)選地，在上述無(wú)機(jī)建筑涂料中，所述顏料為無(wú)機(jī)色粉或有機(jī)色粉或者由無(wú)機(jī)色 粉或有機(jī)色粉制成的液體色漿。
[0028] 優(yōu)選地，在上述無(wú)機(jī)建筑涂料中，所述涂料添加劑至少同時(shí)包含分散劑和消泡劑， 本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)具體需求酌情添加其他成分。
[0029] 更優(yōu)選地，所述分散劑選自聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸銨中的任意一種或其任意比例 的混合物。
[0030] 更優(yōu)選地，所述消泡劑為NXZ消泡劑。
[0031 ]上述無(wú)機(jī)建筑涂料通過(guò)包括下列步驟的制備方法制得:按照基體材料和輔配材料 各自占無(wú)機(jī)建筑涂料總質(zhì)量的百分比，計(jì)算并稱量各種反應(yīng)物，將基體材料加入到分散釜 中，在攪拌條件下，向分散釜中加入輔配材料，攪拌均勻后，得到無(wú)機(jī)建筑涂料。該涂料在密 封及陰涼條件下至少可保存6個(gè)月。
[0032] 除了上述用于制備無(wú)機(jī)建筑涂料的用途以外，本發(fā)明還提供了上述基體材料在制 備剛性防水材料、彩色飾面砂漿和人造石材料中的用途。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1、 本發(fā)明揭示了一種極具價(jià)值的膠凝性化學(xué)反應(yīng)，其中液態(tài)硅溶膠可以和針狀草酸鈣 (CaC204)發(fā)生氣硬性反應(yīng)，并且利用結(jié)晶促進(jìn)劑的穿插結(jié)晶作用交聯(lián)形成網(wǎng)狀的"水化硅酸 ?丐"晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成一種以水化硅酸鈣晶體/針狀草酸鈣為主要成分的、不溶于水的、具 有力學(xué)強(qiáng)度的基體材料，其結(jié)構(gòu)中以離子鍵與共價(jià)鍵為主，范德華鍵為輔，性能類(lèi)似于巖石 礦物，通過(guò)限定液態(tài)硅溶膠、針狀草酸鈣和結(jié)晶促進(jìn)劑的用量比例，獲得了顯著的技術(shù)效 果； 2、 采用本發(fā)明的基體材料制備的無(wú)機(jī)建筑材料與水泥基層之間具有化學(xué)結(jié)合力，涂刷 于水泥基墻面后（如混凝土、水泥基膩?zhàn)印⑺嗷孛鎸拥龋?，能夠滲透進(jìn)入水泥基墻表 面，并和水泥中的鈣質(zhì)材料反應(yīng)生成不溶于水的硅酸鈣，形成錨固效應(yīng)，使涂料與墻面牢固 地結(jié)合為一體； 3、 采用本發(fā)明的基體材料制備的無(wú)機(jī)建筑材料具有優(yōu)異的抗開(kāi)裂性和耐洗刷性，耐老 化性、耐候性強(qiáng)，不脫皮，耐熱，防火，無(wú)毒，無(wú)污染，節(jié)約能源； 4、 本發(fā)明的基體材料不含鉀、鈉等強(qiáng)堿性離子，pH值小于10,與顏料的相容性好，不會(huì) 產(chǎn)生泛堿現(xiàn)象，可以制作各種顏色的無(wú)機(jī)涂料； 5、 基體材料中的針狀草酸鈣在白色涂料中還具有一定的遮蓋作用，可以取代一大部分 的鈦白粉，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本，避免了相應(yīng)的污染風(fēng)險(xiǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是實(shí)施例1中制備的針狀草酸鈣的SEM圖。
[0035] 圖2是實(shí)施例1中制備的基體材料形成的涂層與硅溶膠涂層抗開(kāi)裂性能對(duì)比圖，其 中a代表硅溶膠，b代表基體材料。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下文將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。除非有特殊說(shuō) 明，下列實(shí)施例中