一种水性耐高温的搪瓷涂料及其制备方法和施工方法.pdf

本发明涉及水性耐高温搪瓷涂料及其制备方法和施工方法。所述涂料是由无机组份粘合剂、胶凝固化剂、色浆按一定重量比例配制而成，其中粘合剂由以下重量配比的组分制成：硅溶胶40—80份、铝溶胶0—20份、分散剂0.05—0.5份、 消泡剂0.05—0.5份、流平剂0.2—0.5份。胶凝固化剂由以下重量配比的组分制成：酒石酸钾溶液60—90份、钛酸酯偶联剂2.0—10.0份。色浆由以下重量配比的组分制成：金红石型钛白粉0—40份、纳米二氧化钛0.05—3份、无机高温颜料0—20份、水性硅溶胶研磨体30—80份、分散剂和消泡剂0.1—0.6份。本发明所述涂料具有优良表面装饰性，且在高温状态下具有6H以上的高硬度，可在600℃的高温环境下长期使用，表面装饰效果保持不变，具有极佳的室外耐候性。

权利要求书
1.  一种水性耐高温搪瓷涂料，其特征在于是由无机组份粘合剂、胶凝固化剂、色浆按一定重量比例配制而成，其中：
粘合剂由以下重量配比的组分制成：
        硅溶胶     40—80份、
        铝溶胶     0—20份、
        分散剂   0.05—0.5份、
        消泡剂   0.05—0.5份、
        流平剂   0.2—0.5份、
胶凝固化剂由以下重量配比的组分制成：
        酒石酸钾溶液       60—90份、
        钛酸酯偶联剂       2.0—10.0份、
色浆由以下重量配比的组分制成：
        金红石型钛白粉       0—40份、
        纳米二氧化钛         0.05—3份、
        无机高温颜料          0—20份、
        水性硅溶胶研磨体     30—80份、
        分散剂和消泡剂       0.1—0.6份 。

2.  据权利要求1所述水性耐高温搪瓷涂料，其特征在于：
粘合剂由以下重量配比的组分制成：
        硅溶胶   50—70份、
        铝溶胶    0—12份、
分散剂   0.05—0.3份、
        消泡剂   0.05—0.3份、
        流平剂   0.2—0.3份、
胶凝固化剂由以下重量配比的组分制成：
        酒石酸钾溶液      60—80份、
        钛酸酯偶联剂     3.0—6.0份、
色浆由以下重量配比的组分制成：
        金红石型钛白粉         0—20份、
        纳米二氧化钛         0.05—3份、
        无机高温颜料         0—10份、
        水性硅溶胶研磨体      40—60份、
        分散剂和消泡剂        0.1—0.3份。

3.  据权利要求1或2所述水性耐高温搪瓷涂料，其特征在于：上述硅溶胶为水性纳米二氧化硅溶胶，上述分散剂采用助剂Byk346或Byk154，上述消泡剂采用助剂Byk037或Byk022，上述流平剂采用助剂EFKA和Byk450。

4.  据权利要求1或2所述水性耐高温搪瓷涂料，其特征在于：上述粘合剂A、胶凝固化剂B和色浆C是按A:B:C=（0.9-1.3）：（1.5-2）：（0.5-1）的比例混合的。

5.  一种如权1所述水性耐高温搪瓷涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（一）、在反应罐内加入硅溶胶、铝溶胶，然后在慢速搅拌下依次加入按一定重量配比的分散剂、消泡剂、流平剂，搅拌充分均匀后形成粘合剂A，待用；
（二）、将酒石酸钾用水配成浓度为15-80%的溶液后与钛酸酯偶联剂混合均匀，形成胶凝固化剂B，待用；
（三）、将按一定重量配比的无机高温颜料、金红石型钛白粉、 纳米二氧化钛                          无机高温颜料、水性硅溶胶研磨体及分散剂和消泡剂搅拌均匀后，在研磨机中研磨至细度少于20μm；
（四）、将粘结剂、胶凝固化剂、色浆按一定比例充分混合，并使混合液的PH值控制在5-6.5，然后在球磨机中慢速熟化2-4个小时，待充分熟化后，过120目晒，即形成水性耐高温搪瓷涂料。

6.  一种如权5所述水性耐高温搪瓷涂料的制备方法，其特征在于在上述步骤（二）中，酒石酸钾用水配成的溶液浓度为30-60%。

7.  一种如权5所述水性耐高温搪瓷涂料的制备方法，其特征在于在上述步骤（四）中，将粘结剂、胶凝固化剂、色浆混合的具体方法是：先根据需要将色浆与粘结剂混合搅拌均匀形成色料后，再与胶凝固化剂混合。

8.  一种如权利1或5所述水性耐高温搪瓷涂料的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
      （一）、样板工件预处理：工件清洁后采用喷砂处理，经喷砂处理达到Sa2.5级，在烘箱中预热到40-50℃，待用；
    （二）、喷涂施工：将配好涂料，用喷枪空气喷涂成膜，空气压力3-5公斤为宜，控制喷涂干膜厚度20-25μm，喷涂后晾干几分钟，于80-100℃预热15分钟，再在180-220℃下烘干，使之充分固化即可达到搪瓷效果的涂层。

说明书一种水性耐高温的搪瓷涂料及其制备方法和施工方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，尤其在一种在高温环境中具有优异表面装饰性和耐候性的水性耐高温搪瓷涂料及其制备方法和施工方法。
背景技术
一直以来，陶瓷或搪瓷凭借其优越的表面性能，受到人们的广泛青睐，陶瓷或搪瓷表面的装饰性、耐候性、耐酸碱性、耐高温性、高硬度值都是现有涂料所无法比拟的，人们期待涂料也能达到类似的表面效果。
目前在耐高温涂料（有时也叫油漆）领域，都为油性涂料，油性涂料大多采用有机涂层、溶剂型油漆等，这些材料会释放大量甲醛、VOC等有害物质，在生产施工及使用的过程中都会造成严重环境污染，尤其是在高温环境下，会释放出有毒有害气体并使漆膜发软，造成环境的二次污染，严重危害人们的身体健康。且多数耐高温涂料的表面装饰效果不佳，在高温环境下易发生开裂和剥落现象，达不到人们对高温环境下表面颜色、色泽等装饰效果的要求，陶瓷或搪瓷依然是高温器具最优的表面处理方法。但搪瓷或陶瓷表面釉层的烧结，高耗能，高污染，与建设节能环保型社会相背离，急需新型替代技术的出现。
怎么样能开发出达到陶瓷或搪瓷的表面效果的涂料及涂装技术，且无污染，耗能低，耐候性优良，显得尤为重要和关键。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种在保证漆膜无毒化的前提下，又具有搪瓷或陶瓷一样的耐高温表面装饰性，且施工过程简单，能耗低，无污染，易操作的水性耐高温搪瓷涂料及其加工方法和施工方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述水性耐高温搪瓷涂料，其特点是由无机组份粘合剂、胶凝固化剂、色浆按一定重量比例配制而成，其中：
粘合剂由以下重量配比的组分制成：
        硅溶胶        40—80份
        铝溶胶           0—20份
        分散剂   0.05—0.5份
        消泡剂   0.05—0.5份
        流平剂   0.2—0.5份
胶凝固化剂由以下重量配比的组分制成：
        酒石酸钾溶液      60—90份
        钛酸酯偶联剂     2.0—10.0份
色浆由以下重量配比的组分制成：
        金红石型钛白粉     0—40份
        纳米二氧化钛       0.05—3份
        无机高温颜料      0—20份
        水性硅溶胶研磨体    30—80份
        分散剂和消泡剂       0.1—0.6份 。
本发明优选方案是：
粘合剂由以下重量配比的组分制成：
        硅溶胶   50—70份
        铝溶胶    0—12份
分散剂   0.05—0.3份
        消泡剂   0.05—0.3份
        流平剂   0.2—0.3份
胶凝固化剂由以下重量配比的组分制成：
        酒石酸钾溶液               60—80份
        钛酸酯偶联剂            3.0—6.0份
色浆由以下重量配比的组分制成：
        金红石型钛白粉                    0—20份
        纳米二氧化钛                      0.05—3份
        无机高温颜料                      0—10份
        水性硅溶胶研磨体                  40—60份
        分散剂和消泡剂                    0.1—0.3份。
在本发明中，酒石酸钾溶液的浓度一般为30-60%。当所需的涂膜为透明涂层时，上述金红石型钛白粉的添加量则为0。上述无机高温颜料的颜色根据要求而定，当所需涂膜为白色涂层时，上述颜料的添加量为0。
本发明的配比中加入酒石酸钾和钛酸酯偶联剂的重要作用是在加速涂料在使用过程中凝固成膜的同时又能很好地控制反应速度。尤其是酒石酸钾在本发明中能使反应液的PH值能很好地控制在5-6.5之间，以很好地控制反应速度，使硅溶胶包裹的水分子能以不慢不快的速度释放出来，从而使涂膜的致密性好和耐高温性强，达到涂膜在高温下不开裂不剥落、装饰性好的良好效果。并且申请人经过长期的研究发现，本发明中酒石酸钾的重量配比也是非常关键，如添加少了，则反应不充分，有部分的游离水分子还在凝胶里面，导致涂膜不致密，牢固度不行；如果添加过多则易使凝胶老化，使涂膜发脆，易剥落。
上述硅溶胶是采用水性纳米二氧化硅溶胶。为进一步的确保本产品的使用效果，上述分散剂采用助剂Byk346或Byk154，上述消泡剂采用助剂Byk037或Byk022，上述流平剂采用助剂EFKA和Byk450。
为进一步的确保本产品的使用效果，上述粘合剂A、胶凝固化剂B和色浆C是按A:B:C=（0.9-1.3）：（1.5-2）：（0.5-1）的比例混合的。上述粘合剂A、胶凝固化剂B和色浆C的优选配比是按A:B:C=1.2：2：0.9的比例混合。
本发明还涉及水性耐高温搪瓷涂料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（一）、在反应罐内加入硅溶胶、铝溶胶，然后在慢速搅拌下依次加入按一定重量配比的分散剂、消泡剂、流平剂，搅拌充分均匀后形成粘合剂A，待用；
（二）、将酒石酸钾用水配成浓度为15-80%的溶液后与一定重量配比的钛酸酯偶联剂混合均匀，形成胶凝固化剂B，待用、
（三）、将按一定重量配比的无机高温颜料、金红石型钛白粉、 纳米二氧化钛                          无机高温颜料、水性硅溶胶研磨体及分散剂和消泡剂搅拌均匀后，在研磨机中研磨至细度少于20μm；
（四）、将粘结剂、胶凝固化剂、色浆按一定比例充分混合，混合液的PH值控制在5-6.5，然后在球磨机中慢速熟化2-4个小时，待充分熟化后，过120目晒，即形成水性耐高温搪瓷涂料。
在上述步骤（二）中，酒石酸钾用水配成的优选溶液浓度为30-60%。
 
本发明所述涂料由于采用以水性纳米二氧化硅溶胶、铝溶胶为成膜材料，同时配合酒石酸钾和钛酸酯偶联剂为胶凝固化剂，再配合色浆及消泡剂、流平剂等功能性助剂，组成新型的无机涂料，使得该涂料在经喷涂施工，烘烤固化后，能得到平直、光滑、具有陶瓷或搪瓷优秀表面装饰性的耐高温涂料膜层。该涂料膜层除了具有常规的附着力、耐冲击性、耐溶剂性、耐水性等通常膜层性能之外，在高温状态下还具有6H以上的高硬度，可在600℃的高温环境下长期使用，表面装饰效果保持不变，具有极佳的室外耐候性。并且本发明不燃烧不助燃、不含有机VOC、不含有有毒重金属，无污染，耐候30年以上，高硬度，高光泽，适用性广等优点。
简单地说本发明的技术关键就是想办法将具有陶瓷表面优良性的釉料制成胶体，采用纳米技术，可以在烤漆型涂料的施工条件下，表面形成陶瓷釉状或搪瓷状的涂膜。
本发明水性耐高温搪瓷涂料的施工方法，包括以下步骤：
      （一）、样板工件预处理：工件必须除油污、除粉尘、除水分，最好采用喷砂处理，经喷砂处理达到Sa2.5级，在烘箱中预热到40-50℃，待用；
    （二）、喷涂施工：将配好涂料，用喷枪空气喷涂成膜，空气压力3-5公斤为宜，控制喷涂厚度20-25μm(干膜)，喷涂后晾干几分钟，于80-100℃预热15分钟，再在180-220℃下烘干，使之充分固化即可达到搪瓷效果的涂层。
具体实施方式
本发明所述水性耐高温搪瓷涂料，由无机组份粘合剂、胶凝固化剂、色浆按一定重量比例配制而成，其中：
粘合剂由以下重量配比的组分制成：
        硅溶胶        40—80份
        铝溶胶       0—20份
        分散剂   0.05—0.5份
        消泡剂   0.05—0.5份
        流平剂   0.2—0.5份
胶凝固化剂由以下重量配比的组分制成：
        酒石酸钾溶液           60—90份
        钛酸酯偶联剂             2.0—10.0份
色浆由以下重量配比的组分制成：
        金红石型钛白粉                0—40份
        纳米二氧化钛                   0.05—3份
        无机高温颜料                  0—20份
        水性硅溶胶研磨体               30—80份
        分散剂和消泡剂               0.1—0.6份 。
本发明的优选配比方案是：
粘合剂由以下重量配比的组分制成：
        硅溶胶   50—70份
        铝溶胶        0—12份
分散剂   0.05—0.3份
        消泡剂   0.05—0.3份
        流平剂   0.2—0.3份
胶凝固化剂由以下重量配比的组分制成：
        酒石酸钾溶液               60—80份
        钛酸酯偶联剂            3.0—6.0份
色浆由以下重量配比的组分制成：
        金红石型钛白粉                    0—20份
        纳米二氧化钛                      0.05—3份
        无机高温颜料                      0—10份
        水性硅溶胶研磨体                  40—60份
        分散剂和消泡剂                    0.1—0.3份。
在本发明中上述硅溶胶为水性纳米二氧化硅溶胶。为进一步的确保本产品的使用效果，上述分散剂优选德国毕克公司生产的助剂Byk346或154，上述消泡剂采用德国毕克公司生产的助剂Byk037或022，上述流平剂采用助剂EFKA和Byk450。
为进一步的确保本产品的使用效果，上述粘合剂A、胶凝固化剂B和色浆C是按A:B:C=（0.9-1.3）：（1.5-2）：（0.5-1）的比例混合的。
本发明所述水性耐高温搪瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
（一）、在反应罐内加入硅溶胶、铝溶胶，然后在慢速（300-500转/小时）搅拌下依次加入按一定重量配比的分散剂、消泡剂、流平剂，搅拌20分钟，搅拌均匀后形成基础涂料粘合剂A，待用；
（二）、将酒石酸钾用水配成浓度为15-80%的溶液后与钛酸酯偶联剂混合均匀，形成胶凝固化剂B，待用；
（三）、将按一定重量配比的无机高温颜料、金红石型钛白粉、 纳米二氧化钛                          无机高温颜料、水性硅溶胶研磨体及分散剂和消泡剂搅拌均匀后，在研磨机中研磨至细度少于20μm，形成色浆；
（四）、根据需要将粘结剂、胶凝固化剂、色浆按一定比例充分混合，混合液的PH值控制在5-6.5，然后在球磨机中慢速熟化2-4个小时，待充分熟化后，过120目晒，即形成水性耐高温搪瓷涂料。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
实施例一：粘结剂配制：洗净反应罐容器和高速分散设备，用去离子水洗净，在反应罐内加入硅溶胶、铝溶胶，然后在慢速搅拌下依次加入分散剂、消泡剂、流平剂。搅拌充分均匀后形成粘结剂A，待用。
配方重量如下：硅溶胶       62.5份
                铝溶胶       12.0份
                分散剂Byk346   0.1份
                消泡剂Byk037   0.2份
                流平剂Byk450   0.2份
（二）、将酒石酸钾用水配成浓度为30-60%的溶液后，以80份重量的酒石酸钾溶液与5份钛酸酯偶联剂混合均匀，形成胶凝固化剂B，待用；
（三）、将按一定重量配比的无机高温颜料、金红石型钛白粉、纳米二氧化钛无机高温颜料、水性硅溶胶研磨体及分散剂Byk154和消泡剂Byk037搅拌均匀后，在研磨机中研磨至细度少于15μm，形成色浆C待用；
色浆的重量配比是：金红石型钛白粉                20.0份
                纳米二氧化钛                      3.0份
                无机高温颜料(颜色根据要求而定)    10.0份 
                水性硅溶胶研磨体                  50份
                分散剂                            0.3份
                消泡剂                            0.2份
（四）、先根据颜色需要将色浆与粘结剂按一定比例混合，搅拌均匀形成色料后，再将色料与胶凝固化剂按1：0.5—1.2的比例混合，此时混合液的PH值约在6.0，在球磨机中慢速熟化2-4个小时，待充分熟化后，过120目晒，即形成水性耐高温搪瓷涂料。
上述色浆与粘结剂的具体配比根据不同需要来定：如65份粘结剂+35份白浆（不加有色颜料）混合，搅拌均匀后得白色料（也叫白漆料）；如95份粘结剂+5份黑浆（色浆中的颜料采用黑色）混合，搅拌均匀后得黑色料（也叫黑漆料）；如75份粘结剂+25份铁黄色浆（色浆中的颜料采用铁黄色）混合，搅拌均匀后得黄色料（也叫黄漆料）等等。因色浆与粘结剂的拼混可以做出很多颜色的涂料，所以在此不一一列举了。
本发明的喷涂施工方法：
⑴、样板工件预处理：工件必须除油污、除粉尘、除水分，最好采用喷砂处理，经喷砂处理达到Sa2.5级，在烘箱中预热到45℃，待用；
 ⑵、喷涂施工：将配好涂料，采用通常油漆施工方法，用喷枪空气喷涂成膜，空气压力3-5公斤为宜，控制喷涂厚度20-25μm(干膜)，喷涂后晾干几分钟，于80-100℃预热15分钟，再在150~220℃下烘干，使之充分固化即可达到搪瓷效果。
漆膜性能：
   经上述配漆和简单施工后，所得的漆膜（涂膜）具有搪瓷的表面性能，具体如下：

从上表看出，制成的涂膜（漆膜）表面具有搪瓷一般的质量，装饰性好、硬度6H远高于有机涂料，具有意的耐高温性、耐久性及消防性能，是目前涂料界无法达到的，本发明为涂料与陶瓷（搪瓷）做了完美的嫁接，开辟了涂料行业新领域。
实施例二：
该实施例的组份配比如下：
粘合剂由以下重量配比的组分制成：
        硅溶胶     80份
        分散剂   0.3份
        消泡剂   0.3份
        流平剂   0.3份
胶凝固化剂由以下重量配比的组分制成：
        酒石酸钾溶液        70份
        钛酸酯偶联剂        3.0份
色浆由以下重量配比的组分制成：
         纳米二氧化钛        2份
        无机高温颜料          8份
        水性硅溶胶研磨体      40份
        分散剂和消泡剂        0.3份 。
该实施例的加工方法和施工方法与实施例相同，在此不再详述。
实施例三：
该实施例的组份配比如下：
粘合剂由以下重量配比的组分制成：
        硅溶胶     50份
        铝溶胶   20份
分散剂   0.5份
        消泡剂   0.5份
        流平剂   0.5份
胶凝固化剂由以下重量配比的组分制成：
        酒石酸钾溶液        90份
        钛酸酯偶联剂        8.0份
色浆由以下重量配比的组分制成：
         金红石型钛白粉     10.0份
纳米二氧化钛       1份
        无机高温颜料        8份
        水性硅溶胶研磨体     60份
        分散剂和消泡剂        0.2份 。
该实施例的加工方法和施工方法与实施例相同，在此不再详述。
尽管本发明是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本发明构成限制。参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。