本发明涉及一种高性能有机无机复合热反射防水涂料、制备方法及应用。所述的高性能有机无机复合热反射防水涂料，以重量百分比计，由如下组分制成：硅酸钾5～10％，硅溶胶15～20％，丙烯酸乳液10～15％，玻璃微珠3.0～5.0％，远红外陶瓷粉5.0～10％，钛白粉12～15％，颜填料15～20％，增稠剂0.4～0.6％，pH调节剂0.1～0.2％，分散剂0.5～0.7％，润湿剂0.1～0.2％，消泡剂0.1～0.2％，成膜助剂0.5～0.8％，有机硅防水剂0.5～1％，余量为水。该复合热反射防水涂料具有较强的附着力，较强的耐水性能，为墙体提供有效且持久的保护效果，拓展了其在外墙隔热领域的应用。
一种高性能有机无机复合热反射防水涂料、制备方法及应用
技术领域
本发明属于建筑涂料的领域，尤其涉及一种高性能有机无机复合热反射防水涂料、制备方法及应用。
背景技术
随着我国经济的快速发展，国家对节能环保的要求也越来越高，建筑领域的减排可以通过建筑节能来实现。因此，兼顾隔热和保温效果的建筑外墙隔热保温涂料的研制和推广对于减少制冷设备的使用，降低能耗，节约社会能源有着重大的意义。但国内现有隔热涂料种类繁多，质量参差不齐，很难达到高效持久的隔热效果。
同时，近些年以硅酸盐为主的水性无机涂料发展迅速，由于无机涂料具有良好的耐碱、耐污染以及优异的耐候性和环保性，因而备受市场青睐。但其储存稳定性差、耐水性差和易脱粉等问题，严重影响隔热效果的长期有效性，因而无机隔热涂料在国内成长较为缓慢。
现有技术中，有人通过有机高分子乳液复合改性硅酸盐得到有机无机防水涂料，中国专利CN201810560614.3公开了一种环保建筑涂料，其原料包括：硅酸、硅溶胶、聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸乳液、粉煤灰、钛白粉、助剂、去离子水；所述助剂包括分散剂、稳定剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、防腐剂、偶联剂、纤维素、pH调节剂。该发明涂料绿色环保，物理性能优异；添加了聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸乳液、粉煤灰、钛白粉等原料，使得涂料具有弹性好、流变性能佳、防腐效果好、防水效果好等优势，但是该专利存在以下缺点：(1)保温性能差，(2)耐候性差，(3)防水性不佳，(4)附着力及强度不足。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的不足而提供一种高性能有机无机复合热反射防水涂料、制备方法及应用，并且该复合涂料兼顾隔热和防水两大特性。市面上常见的硅酸钾模数较低，强度差，耐水性差、耐候性差；硅溶胶具有渗透力强、附着力强、超高硬度和耐沾污等优点，但其固化后较脆，易龟裂。将硅酸钾和硅溶胶与丙烯酸乳液复合使用，便可实现漆膜高强度、强耐水和改善漆膜硬而脆、易开裂的缺陷。
本发明所述高性能有机无机复合热反射防水涂料，以重量百分比计，由如下组分制成：硅酸钾5～10％，硅溶胶15～20％，丙烯酸乳液10～15％，玻璃微珠3.0～5.0％，远红外陶瓷粉5.0～10％，钛白粉12～15％，颜填料15～20％，增稠剂0.4～0.6％，pH调节剂0.1～0.2％，分散剂0.5～0.7％，
润湿剂0.1～0.2％，消泡剂0.1～0.2％，成膜助剂0.5～0.8％，有机硅防水剂0.5～1％，余量为水。
优选，硅酸钾与玻璃微珠的重量比为1：(1-1.5)，如果玻璃微珠用量过多，会使得玻璃微珠得不到硅酸钾和丙烯酸乳液的充分包裹，而使得涂层机械性能有所降低，如果硅酸钾用量过多，涂料放置时热稳定性不好，容易破乳，而且耐水性不好，容易开裂、脱落。
各组分在本发明的高性能有机无机复合隔热防水涂料中的功能作用如下：
所述的硅酸钾是经过功能化改性和惰性处理后的纳米级产品，可以对填料进行有效包覆，在固化时，析出的游离硅酸有着较高的活性，可以通过毛细管作用快速有效地渗入基层内部，并可以与基层中的Ca(OH)2发生反应，产生的CaSiO3凝胶具有较好的粘结性能，从而实现漆膜对基层较强的附着力和极佳的封闭性。除此之外，硅酸钾是纯无机的产品，且碱性较强，可有效防止菌类、藻类等生物的生长繁殖，并且硅酸钾固化后有着良好的耐热性和防火性能。所述硅酸钾优选西谱森化学的纳米改性硅酸钾KS33。
所述的硅溶胶是一种纳米级的二氧化硅颗粒在水中均匀分散的胶体，具有比表面积大、表面能高、耐高温、抗氧化、高硬度等特性。硅溶胶在失水的过程中，单体硅酸之间的硅羟基自聚，可以形成牢固的Si-O-Si键继而形成空间硅氧网状涂膜。并且，硅溶胶的加入，可以降低体系中可溶性盐的比重，使得涂膜有更好的机械强度和耐水性能。所述的硅溶胶优选西谱森化学的ZC301。
所述丙烯酸酯乳液的玻璃化温度为20℃-30℃，固含量为45-55％，在此范围内的丙烯酸酯乳液不仅有着较好的强度，也可有助于增加漆膜的柔韧性，为防止漆膜龟裂，提高漆膜的耐水性能，提供有力支持。
所述的玻璃微珠为中空微小圆形颗粒，主要成分为硼硅酸盐，粒径在10～100微米，壁厚为1～2微米，堆积密度小，据测定，该微珠的导热系数为0.03～0.1W/(m.k)之间，有良好的隔热性能。
优选的，所述的玻璃微珠采用下述方法处理，依次包括如下步骤：首先按照质量比为1:(2.5-3.5)的比例将玻璃微珠加入质量浓度为1％-2％的NaOH溶液中，机械搅拌1-2h后用去离子水洗涤至中性，然后在100-110℃下烘干备用；称取得到的玻璃微珠，加入其质量2％-3％的铝酸酯后在高速混合机内混合2-3h，最后在140℃-160℃的环境下烘干既得。
所述的远红外陶瓷粉是一种白色粉末，由多种物质混合而成，远红外陶瓷粉以能够辐射出比正常物体更多的远红外线(红外辐射率更高)为主要特征功能，将含有远红外陶瓷粉的隔热涂料施涂于建筑物外表，可实现较高的太阳能反射比和半球发射率，用量优选为5～10％。
所述钛白粉为金红石型钛白粉，金红石型钛白粉是以硫酸法制备而得，采用锆硅铝磷多元无机包膜和有机处理技术，使得其色相与粒径有着极为精准的控制，不仅可以提高钛白粉在水性涂料中的分散性和稳定性，也可以提高漆膜的遮盖力和热反射性能。用量优选为10～15％。
所述颜填料选自重钙、滑石粉或硫酸钡等惰性填充性粉体中的一种或几种，用量优选为15～20％。
所述增稠剂优选
羟乙基纤维素醚；分散剂优选高分子聚合物类分散剂；润湿剂优选烷基聚氧乙烯醚类润湿剂；消泡剂优选矿物油类消泡剂；成膜助剂优选2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，即醇酯十二。
所述的pH调节剂为胺类物质，优选陶氏化学的AMP95。
所述的水优选去离子水。
本发明还提供了上述有机无机复合隔热防水涂料的制备方法，依次包括以下步骤：
(1)在容器中先加入所需水总量的1/3-1/2，然后加入所需增稠剂总量的1/3-1/2、pH调节剂、润湿剂、分散剂、和消泡剂，低速(600-1000r/min)搅拌3-5min，直至形成均匀的胶状物质；
(2)然后加入颜填料和钛白粉，高速(1500-2000r/min)分散30-35min，直到细度达40μm以下，再在低速(600-800r/min)搅拌下加入玻璃微珠，得到均匀稳定的浆料；
(3)在分散缸中加入丙烯酸酯乳液、成膜助剂、硅酸钾、硅溶胶、余量增稠剂、有机硅防水剂和余量水，搅拌10-15min混合均匀，即得有机无机复合隔热防水涂料。
上述步骤中各组分的加入顺序是固定的，如硅酸钾不能加在步骤(2)，如果在步骤(2)中加入，在高速搅拌下，其表面会被破坏，不能对填料进行有效包覆，固化时漆膜对基层的附着力变差。
本发明还包括上述有机无机复合隔热防水涂料在建筑物外墙中的应用，基层含Ca(OH)2，可以与基层中的Ca(OH)2发生反应，得到的CaSiO3凝胶具有较好的粘结性能，从而实现漆膜对基层较强的附着力和极佳的封闭性。
与现有技术相比，本发明具有以下特点与优点：
(1)本发明的有机无机复合隔热防水涂料，不仅添加硅酸盐材料作为重要成膜物质，还复配了硅溶胶，增加体系模数，提高涂料整体性能。硅溶胶中的二氧化硅粒子具有刚性高、强度高、吸收紫外线、高吸附性以及绿色环保等优良特性，采用硅溶胶对涂料改性，旨在提高涂层的附着力、抗冲击性能以及机械强度。同时，体系中加入的丙烯酸脂乳液，可以为体系提供一定的柔韧性，防止漆膜刚性过高而导致的龟裂。并且丙烯酸酯乳液有着良好的耐黄变性能，对涂层的耐候性有着重要贡献；
(2)本发明的有机无机复合隔热防水涂料中的远红外陶瓷粉能够反射大部分太阳光线，避免热量进入墙体内部，玻璃微珠凭借其较低的导热系数和较高的反射率，可有效阻隔热量。但玻璃微珠会使漆膜变脆，影响漆膜机械强度，掺量不易过高，而远红外陶瓷微粉可弥补这一缺陷，二者协同作用可使得涂层的隔热性能达到最佳；
(3)本发明的有机无机复合隔热防水涂料不仅具有较强的附着力、优异的耐碱耐候性能、高效的防霉抗菌性能，而且有着较强的耐水性能，可大大延长产品的使用寿命，为墙体提供更加有效且持久的保护效果，极大的拓展了其在外墙隔热领域的应用。
附图说明
图1为隔热性能测试装置。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述如下：
实施例中所述原料如下：
羟乙基纤维素醚为上海中基行化工有限公司S30000YP2，分散剂为德国明凌化学的METOLAT 394，消泡剂为德国明凌化学的AGITAN 351，pH调节剂为陶氏化学的AMP95，成膜助剂为市售醇酯十二。
硅酸钾为西谱森化学的纳米改性硅酸钾KS33，硅溶胶为西谱森化学的ZC301，丙烯酸乳液是日照广大的GD-4261，固含量为48％，玻璃化温度为20℃。玻璃微珠采购于广州市燊纳贸易有限公司，远红外陶瓷粉采购于灵寿县旭阳矿业，钛白粉牌号为R902，生产厂家美国杜邦，重钙采购于广西木森矿业，润湿剂牌号为M364，生产厂家德国明凌，有机硅防水剂牌号为BS1306，生产厂家德国瓦克。
实施1-2及对比例1-3配方见表1，单位为重量份数。
表1
表2为实施例4-6和对比例3-4的配方，单位为重量份数，其中实施例4和5分别跟实施例1和2相同，区别在于实施例4和5的玻璃微珠进行了处理，处理方法如下：首先按照质量比为1:3的比例将玻璃微珠加入质量浓度为1％NaOH溶液中，机械搅拌1h后用去离子水洗涤至中性，然后在110℃下烘干备用；称取得到的玻璃微珠，加入其质量2％的铝酸酯后在高速混合机内混合2h，最后在150℃的环境下烘干既得，上述铝酸酯选用南京品宁铝酸酯PN-827。
对比例3的配方与实施例6的区别在于玻璃微珠的用量为80份，不含远红外陶瓷微粉，对比例4的配方与实施例6的区别在于远红外陶瓷微粉的用量为80份，不含玻璃微珠。
表2
以上实施例、对比例的制备方法如下：
(1)在容器中先加入所需水总量的1/2，然后加入所需增稠剂总量的1/2、pH调节剂、润湿剂、分散剂、和消泡剂，低速(800r/min)搅拌5min，直至形成均匀的胶状物质；
(2)然后加入颜填料和钛白粉，高速(1600r/min)分散30min，直到细度达40μm以下，再在低速(700r/min)搅拌下加入玻璃微珠，得到均匀稳定的浆料；
(3)在分散缸中加入丙烯酸脂乳液、成膜助剂、硅酸钾、硅溶胶、余量增稠剂、有机硅防水剂和余量水，搅拌10min混合均匀，即得有机无机复合隔热防水涂料。
将实施1-3及对比例1-2配方按照JG/T 26-2002《建筑无机外墙涂料》标准中的要求进行性能测试，数据如表3。
表3
从上表的检测结果来看，本发明的有机无机复合隔热防水涂料，性能优异，其理化性能完全符合JG/T 26-2002《建筑无机外墙涂料》的要求。
将实施3-5及对比例4-5配方按照JG/T 26-2002《建筑无机外墙涂料》标准中的要求进行性能测试，数据如表4。
表4
对比实施例4、5和实施例1、2，可以发现当玻璃微珠经过表面处理后，使得整个涂料的机械性能大幅度提升，附着力和强度都有明显增大，说明改性过的玻璃微珠可以有效改善界面的粘结效果，增强机械性能，同时在隔热效果上也有较为明显的提升。
经过大量测试发现，玻璃微珠经过改性处理以后，在透水性方面与远红外陶瓷微粉具有协同作用。
关于本发明的有机无机复合隔热防水涂料的隔热性能测试按照以下方法进行：以纤维增强硅酸钙板作为隔热温差试验的测试板，其尺寸为100mm×100mm×5mm，涂层制备按GB/T9271-2008《色漆和清漆标准试板》中的规定进行。测试条件(隔热性能测试装置见图1):(1)室内测试，实验进行时应保证门窗紧闭；(2)调节电压，保证测试时板上表面温度在(75±2)℃；(3)测试过程中，将测试板放置在型腔上，涂层面朝向碘钨灯，观察测试板内表面温度随时间的变化；(4)为保证数据稳定性，测试时间为1h。具体结果见表5。
表5
从表5中可以看出，对比例1和对比例2的有机无机复合隔热防水涂料中加入玻璃微珠和远红外陶瓷微粉后，与普通外墙涂料相比有将近10℃的隔热温差，说明对比例1和对比例2对基材的阻隔热量的作用较好。对比实施例1和实施例2发现，当玻璃微珠和远红外陶瓷微粉协同作用时，又可将隔热温差降低1℃左右。但从表3的数据分析，对于强度和透水性方面，实施例2比实施例1和实施例3要更优，说明硅溶胶和硅酸钾的复配能够使涂料的性能得到优化，硅溶胶的增加可以有效提高涂层的耐磨性、硬度等力学性能，同时说明本发明的硅酸钾KS33可以更有效地渗入基层，从而实现较高的附着力和极佳的封闭性。其中透水性按照GB/T
9755-2014的标准进行测试。
1.一种有机无机复合热反射防水涂料，其特征在于，以重量百分比计，由如下组分制成：
硅酸钾5～10％，硅溶胶15～20％，丙烯酸乳液10～15％，玻璃微珠3.0～5.0％，远红外陶瓷粉5.0～10％，钛白粉12～15％，颜填料15～20％，增稠剂0.4～0.6％，pH调节剂0.1～0.2％，分散剂0.5～0.7％，润湿剂0.1～0.2％，消泡剂0.1～0.2％，成膜助剂0.5～0.8％，有机硅防水剂0.5～1％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的有机无机复合热反射防水涂料，其特征在于，所述硅酸钾为西谱森化学的纳米改性硅酸钾KS33，所述的硅溶胶为西谱森化学的ZC301。
3.根据权利要求1所述的有机无机复合热反射防水涂料，其特征在于，硅酸钾与玻璃微珠的重量比为1：(1-1.5)。
4.根据权利要求1所述的有机无机复合热反射防水涂料，其特征在于，所述丙烯酸酯乳液的玻璃化温度为20℃-30℃，固含量为45-55％。
5.根据权利要求1所述的有机无机复合热反射防水涂料，其特征在于，所述的玻璃微珠粒径在10～100微米，壁厚为1～2微米，导热系数为0.03～0.1W/(m.k)。
6.根据权利要求5所述的有机无机复合热反射防水涂料，其特征在于，所述的玻璃微珠采用下述方法处理，其处理方法依次包括如下步骤：首先按照质量比为1:(2.5-3.5)的比例将玻璃微珠加入质量浓度为1％-2％的NaOH溶液中，机械搅拌1-2h后用去离子水洗涤至中性，然后在100-110℃下烘干备用；称取得到的玻璃微珠，加入其质量2％-3％的铝酸酯后在高速混合机内混合2-3h，最后在140℃-160℃的环境下烘干。
7.根据权利要求6所述的有机无机复合热反射防水涂料，其特征在于，所述铝酸酯为南京品宁偶联剂有限公司的铝酸酯PN-827。
8.根据权利要求1所述的有机无机复合热反射防水涂料，其特征在于，所述增稠剂为羟乙基纤维素醚；分散剂为高分子聚合物类分散剂；润湿剂为烷基聚氧乙烯醚类润湿剂；消泡剂为矿物油类消泡剂；成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，所述的pH调节剂为胺类物质。
9.根据权利要求1所述有机无机复合热反射防水涂料的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
(1)在容器中先加入所需水总量的1/3-1/2，然后加入所需增稠剂总量的1/3-1/2、pH调节剂、润湿剂、分散剂和消泡剂，600-1000r/min转速下搅拌3-5min，直至形成均匀的胶状物质；
(2)然后加入颜填料和钛白粉，1500-2000r/min转速下分散30-35min，直到细度达40μm以下，再在600-800r/min转速下搅拌加入玻璃微珠，得到均匀稳定的浆料；
(3)在分散缸中加入丙烯酸酯乳液、成膜助剂、硅酸钾、硅溶胶、余量增稠剂、有机硅防水剂和余量水，搅拌10-15min混合均匀，即得有机无机复合隔热防水涂料。
10.根据权利要求1所述有机无机复合热反射防水涂料在建筑物外墙中的应用，其特征在于，基层中含Ca(OH)2。
