法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2014-01-08
授权
授权
2011-05-25
实质审查的生效 IPC(主分类):C04B41/50 申请日:20080419
实质审查的生效
2009-10-21
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种硬表面处理组合物，特别涉及一种使硬表面材料的表面具有防滑、防污、增色、增光和耐磨持久特性的硬表面处理组合物；本发明还涉及该组合物用于硬表面材料的表面处理的用途；本发明还涉及该组合物处理硬表面材料的表面后形成的覆层及带有该覆层的硬表面材料。
背景技术
一般的未处理的瓷砖、大理石和花岗岩等硬表面材料干燥表面摩擦系数在0.3-0.4之间，沾水后的潮湿表面则低至0.2，在这样的未处理材料的潮湿表面上行走是极度危险的。由于我国对于铺设地面的光滑花岗岩及其它硬固体表面的防滑还没有建立相应的国家标准和企业标准，故根据美国ASTM D2047-99标准，光滑硬表面的摩擦系数0.5以上为安全系数，低于0.5的，将有引致滑倒摔伤的危险，摩擦系数小于0.3的为易滑危险表面[1]。
抛光砖硬表面材料的防污的问题，公开号为CN1944348，公开日为2007.04.11的中国发明专利公开了一种“抛光瓷砖表面二氧化硅抗污涂层的制备方法”，该方法是在抛光砖表面形成二氧化硅的复方抗污涂层及最后用氟硅有机化合物进行处理形成复合涂层，复合涂层有很好的防污效果，但含有氟硅有机化合物的复合涂层摩擦系数一般较低，不能解决抛光砖的防滑问题，另外含有高分子树脂的复合涂层降低了二氧化硅本身的硬度，耐磨持久性也会受到一定的影响。在该发明专利中采用在硅溶胶中加入高分子树脂乳液，改善覆层的韧性和抛磨时的可塑性变形从而改善抛磨后覆层的均匀性。在中国建筑材料检验认证中心网页的行业动态栏目中有一篇文章：《中国95％陶瓷企业抛光砖防滑不合格》，该文章称：“有关机构最近对中国陶瓷企业抛光砖的防滑性能进行了抽样调查，结果发现有95％的陶瓷企业生产的抛光砖防滑不合格，甚至某些特大型企业，著名品牌也是如此。在所抽查的企业中，抛光砖摩擦系数最大的只能达到0.4，摩擦系数最小的却只有0.2……各种防滑不合格的抛光砖如被应用在各种家居和公共设施装修中，给家庭和社会带来了危害。”到目前为止，有关抛光砖硬表面既能防污又能防滑的技术解决方案还没有出现，而市场对这样的技术解决方案有迫切的期望。
天然装饰石材作为一种建筑装饰材料具有色彩亮丽，光泽度好等特点。在城市的各种建筑中，都可见到石材装饰所创造的壮丽景观，同时石材装饰逐步进人到家庭，可见石材工业是一个很有发展空间的工业。然而石材的病变污染却是一个不容回避的问题，据对青岛市用石材做外墙装饰的建筑物的调查，发现这些建筑物投入使用一般只有三个月至半年的时间，80％以上的建筑物有不可同程度的石材病变[2]。目前石材护理最新一代产品是渗透性氟硅有机化合物，这种技术在一定程度上能解决石材的防污问题，但污垢在外力作用下仍可强行进入石材内部，而且会降低石材表面的摩擦系数，另外对石材没有增色增光等的修饰作用。
大理石地面的防护，目前均采用晶硬处理技术在大理石表面形成镜面效果好，光泽较高的膜层，但该膜层耐久、耐水性不好。另外，晶硬处理技术所用的产品含有强酸性物质，有毒氟硅酸盐，以及有害有机溶剂，不但对环境不友好，而且对人体也会有一定影响。这种晶硬处理技术用在花岗岩硬表面没有明显的增色增光效果。
在水磨石表面硬度方面，公开号为CN2799736，公开日为2006.07.26的中国实用新型专利公开了一种“带覆盖层的水磨石地板”，方法是先在水磨石基层上覆盖SiO2或Al2O3耐磨层，然后经过抛光形成硬度达到洛氏6～9级的表面。该实用新型专利未交待覆盖SiO2或Al2O3耐磨层的方法，如用在室温中能固化的硅溶胶形成耐磨层，则由于此类耐磨层非常脆，在不大的外力作用下就会脱落，根本承受不了抛光垫的强力抛磨作用。如用铝溶胶形成耐磨层，铝溶胶逐步加热且最后加热到1200℃才可转换成洛氏硬度为9的α-氧化铝，这在现场制作是难以实现的。
目前在国内市场上，采用在各种材料的地面上涂刷防滑树脂的方法提高摩擦系数，但树脂的耐久性不佳，且发粘的树脂会吸附灰尘及污垢，导致地面污染且难以有效清除，走起路来地面有发粘的感觉，路感不好。
综上，目前针对各种材料地面的多种具有单一防污或防滑的技术解决方案，均存在各种不足；既能防滑又能防污兼有增色增光等多种功能且安全环保的技术解决方案仍未出现。随着科技的发展和生活水平的提高，人们不仅要满足生活环境的美化需要，越来越希望得到环保及防滑等的安全需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时具有防滑、防污、增色、增光和耐磨持久效果的硬表面处理组合物。
本发明的另一目的是提供上述组合物用于硬表面材料的表面处理的用途。
本发明进一步的目的是提供一种经上述组合物处理硬表面材料的表面后形成的覆层。
本发明进一步的目的是提供一种带有上述覆层的花岗岩、大理石、抛光砖、瓷砖和水磨石等硬表面材料。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的上述硬表面处理组合物含有：
a.液体二氧化硅溶胶，其中固相SiO2占组合物中总固相的50~99.9重量％；
b.固体无机凝胶，具有纳米尺寸的层状、链状、层链状或架状结构，其重量占组合物中总固相的0.1～50重量％；
c.分散介质，用于分散固体无机凝胶，调整组合物分散液中固相成份为1～50重量％。
上述二氧化硅溶胶的胶体粒子多以球状单个或多个聚结，渗透性好。硅溶胶的分子式可表达为：mSiO2.nH2O。
上述固体无机凝胶[3]是一种精细化工类高附加值产品，是由硅、镁、铝、氧、钠等无机元素组成的层状、链状、层链状及架状结构的特种硅酸盐，无毒、无味、纯天然。它因在水中的膨胀能力，并能把有益的流变特性带到含水体系中，而变得有应用价值。无机凝胶有一个共同的特点，就是具有水中可膨胀性并高度分散，无机凝胶的水分散液具有增稠和悬浮稳定作用。本发明所述无机凝胶优选人工合成硅酸镁锂，凹凸棒粘土无机凝胶或膨润土型无机凝胶(其中膨润土中的蒙脱石起主要作用)中的一种或它们的任意组合。其中膨润土型无机凝胶更优选为高纯蒙脱土、锂膨润土凝胶粉、铝镁硅酸盐无机凝胶、天然硅酸镁铝、高纯度钠基蒙脱石、蒙皂石无机凝胶、天然高纯纳基膨润土；无机凝胶至少是以上所述物质的一种或一种以上的任意组合。
上述分散介质是指pH值为3～11的本技术领域常用酸(碱)和水调配而成的弱酸(碱)性水溶液或水，本发明的组合物其中的分散介质优选为水，更优选为软化水。
本发明所述的组合物还可以包含无机粉体材料，为本领域通用的无机粉体材料，其中无机粉体占组合物固相0～25重量％。优选的无机粉体材料为膨润土粉、凹凸棒粘土粉、碳酸钙粉、球粘土粉、高岭土粉和云母粉中的一种或多种。
本发明所述的组合物可以用于硬表面材料的表面处理，处理后的硬表面材料的表面同时具有防滑、防污、增色、增光和耐磨持久的特性。上述硬表面材料为花岗岩、大理石、抛光砖、瓷砖、水磨石和金属漆面等。
上述组合物处理硬表面材料的表面后形成了同时具有防滑、防污、增色、增光和耐磨持久的特性的覆层。
带有上述特性的覆层的材料优选为花岗岩、大理石、抛光砖、瓷砖和水磨石。
由于本发明硅溶胶分子附着在基材和填料颗粒的表面，随着水分的蒸发，mSiO2.nH2O粒子间脱水，形成附着牢固的以Si-O键交联的立体网状涂膜。Si-O键的刚性较强，覆膜在脱水过程中容易出现裂缝、微孔等缺陷，在目前已知的高速抛光、低速加压抛磨等情况下不能得到有实用性的覆膜，因此，二氧化硅溶胶一般不能单独使用。在组合物中，硅溶胶所含的二氧化硅纳米粒子在硬表面的覆层中起附着、增硬、憎油和防滑作用；无机凝胶组分由于具有纳米厚度片状或片链状等的结构，在抛擦过程中起增强具有强力粘结作用的二氧化硅的展开性并辅助成膜的作用，降低覆层的脆性、增强覆层的理化性能。
在本发明公开的组合物中，在不影响组合物中硅溶胶稳定性和覆层附着力的的条件下，还可以加入无机粉体材料，以起到提高组合物水分散液中固体百分含量和降低原料成本的作用。
与现有技术相比，由于本发明用纳米尺寸的层状结构、链状结构、层链状结构和架状结构的无机凝胶硅酸盐代替高分子树脂乳液和二氧化硅溶胶配合使用，在覆层中降低了交联活性基团硅醇基的单位体积浓度，增强覆层的强度，降低覆层的脆性，改善了二氧化硅在抛磨时的展开性和覆层的完整性，提高覆盖能力从而提高了防污能力，透亮的覆层提高了硬表面的平整性和光泽，同时在覆层与空气接触的地方保留了二氧化硅粒子表面原有的大量强极性硅醇基，从而使硬表面具有极好的防滑、防污、增色、增光和耐磨持久的特性。
以本发明的硬表面处理组合物水分散液，涂布于硬表面材料的表面上，如花岗岩、抛光砖、大理石、水磨石和金属漆面等的表面上，紧接着手工抛擦或机械抛擦，在抛擦过程中，随着水分的蒸发，依靠二氧化硅的强力附着作用，无机凝胶中的纳米尺寸的层状(层链状)物和硅溶胶中的纳米二氧化硅粒子一起淀积在硬表面上，填补固体表面的缺陷(如微孔或微细擦痕等)并最终形成具有纳米厚度的含有二氧化硅和无机凝胶固体组分的覆层，使硬表面具有防污、防滑、增色、增光和耐磨持久的特性并满足人们对环保安全的需要。
通过实验，采用了上述组合物对一些材料硬表面进行处理后，其表面可达到以下效果(其中摩擦系数和防污性指标由国家建筑材料测试中心检验认证)：
实验数据：
具体实施方式：
以下所述实施例详细地说明了本发明。在这些实施例中，除另有说明外，所有份数和百分比均按重量计算。
以下实施例采用的硅溶胶可以是目前市售的各种型号的硅溶胶，对硅溶胶的理化指标无特别的要求，参见表1、表2和表3，在以下实施例中，硅溶胶采用了具有上述表中理化性能的产品。如要配制贮存时间长的组合物水分散液，则要用稳定时间长的弱碱性(pH范围为：8.5～10.0)的硅溶胶，如现配现用，则可用市售各种型号硅溶胶进行配置，甚至本领域技术人员用公知的制备方法配制的硅溶胶也可用于配制本发明公开的硬表面处理组合物水分散液。
表1：浙江宇达化工有限公司产品型号介绍
表2中国科学院上海应用物理研究所(硅溶胶部)生产的硅溶胶产品介绍：
表3：青岛恒盛达化工有限公司硅溶胶产品介绍
以下实施例中采用的无机凝胶组分选自以下产品或由以下生产厂购得：
1、高纯蒙脱土(安吉荣建矿产精制厂生产)：经提纯蒙脱石含量可达到(90-98)，本系列产品无毒、无味、质地柔软，有良好的耐盐、耐酸性；分散体稠而不粘，并具有良好的触变性和稳定性。其胶体性能类似于美国范德比尔公司和胶体公司的Veegum或Magnabrite胶体产品。
2、硅酸镁锂[浙江省地质矿产研究所(公司)生产]：人工合成的硅酸镁锂凝胶主要矿物成份为锂皂石。锂皂石又称汉克脱石，自然界极为稀缺。人工合成锂皂石和天然锂皂石一样，系三八面体层状硅酸盐矿物。单位晶胞由两层Si-O四面体夹一层Mg-(O.OH)三八面体组成。在电子显微镜下观察，晶粒呈不规则片状，片长和宽约(0.3～2.5)μm，片厚约(15～230nm)，是典型人工合成的二维纳米矿物材料。与国外同类产品：Laponite；类似产品：Bentone LT、MA、EW、LT、AD(维乐斯)，Macaloid、Hectone M，Hectorite，Hectone H(灵高)，Attagel 50(安格公司)
3、锂膨润土凝胶粉(浙江长安仁恒化工有限公司生产)。
4、SM系列铝镁硅酸盐无机凝胶产品(浙江丰虹粘土化工有限公司生产)。
5、“苏矿”牌SF无机凝胶系列材料(苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司)——天然硅酸镁铝，是将三八面体矿物蒙皂石和二八面体矿物膨润土、凹凸棒土中所含的矿物胶体经水洗、提纯、成份配伍等加工而成的一种白色、无毒的环保型天然矿物材料。
6、高纯度钠基蒙脱石也叫蒙脱石无机凝胶(浙江三鼎科技有限公司生产)。
7、蒙皂石无机凝胶(中国科学院新疆理化技术研究所生产)。
8、天然高纯纳基膨润土(新疆托克逊天山膨润土矿加工厂生产)。
9、ATTA无机凝胶是一种灰白色粉状硅酸镁铝胶体材料，是以凹凸棒粘土为主要原料经科学配方加工而成(安徽省滁州市明光市城林矿品厂)。
实施例1：
先将10重量份的高纯蒙脱土用100重量份的水搅拌分散均匀，最后将200重量份的含20％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：310重量份；
总固含量：50重量份，其中高纯蒙脱土占20％，SiO2占80％；
固体占组合物的重量百分比为：16.1％。
实施例2：
先将0.1重量份的硅酸镁锂用5重量份的pH＝4的水溶液搅拌分散均匀，最后将190重量份的含50％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：195.1重量份；
总固含量为：95.1重量份，其中硅酸镁锂占0.1％，SiO2占99.9％；
固体占组合物的重量百分比为：48.7％。
实施例3：
先将10重量份的锂膨润土凝胶粉用80重量份的pH＝9的水溶液搅拌分散均匀，最后将200重量份的含40％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：290重量份；
总固含量为：90重量份，其中锂膨润土凝胶粉占11.1％，SiO2占88.9％；
固体占组合物的重量百分比为：31.0％。
实施例4：
先将20重量份的SMP铝镁硅酸盐用200重量份的水搅拌分散均匀，最后将100重量份的含25％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：320重量份；
总固含量为：45重量份，其中SMP铝镁硅酸盐占44.4％，SiO2占55.6％；
固体占组合物的重量百分比为：14.1％。
实施例5：
先将1重量份的硅酸镁锂100重量份的水搅拌分散均匀，最后将5重量份的含20％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：106重量份；
总固含量为：2重量份，其中硅酸镁锂占50％，SiO2占50％；
固体占组合物的重量百分比为：1.9％。
实施例6：
先将2重量份的天然硅酸镁铝用15重量份的水搅拌分散均匀，最后将100重量份的含30％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：117重量份；
总固含量为：32重量份，其中天然硅酸镁铝占6.3％，SiO2占93.7％；
固体占组合物的重量百分比为：27.4％。
实施例7：
先将30重量份的高纯度钠基蒙脱石用220重量份的软化水搅拌分散均匀，最后将200重量份的含40％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：450重量份；
总固含量为：110重量份，其中高纯度钠基蒙脱石占27.3％，SiO2占72.7％；
固体占组合物的重量百分比为：24.4％。
实施例8：
先将15重量份的蒙皂石无机凝胶用130重量份的水搅拌分散均匀，最后将90重量份的含25％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：235重量份；
总固含量为：37.5重量份，其中蒙皂石无机凝胶占40％，SiO2占60％；
固体占组合物的重量百分比为：16.0％。
实施例9：
先将40重量份的天然高纯纳基膨润土用260重量份的水搅拌分散均匀，最后将300重量份的含30％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：600重量份；
总固含量为：130重量份，其中天然高纯纳基膨润土占30.8％，SiO2占69.2％；
固体占组合物的重量百分比为：21.7％。
实施例10：
先将5重量份的天然硅酸镁铝和5重量份的高纯度钠基蒙脱石用100重量份的水搅拌分散均匀，最后将100重量份的含40％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：210重量份；
总固含量为：50重量份，其中天然硅酸镁铝占10％，高纯度钠基蒙脱石占10％，SiO2占80％；
固体占组合物的重量百分比为：23.8％。
实施例11：
先将10重量份的高纯蒙脱土、5重量份的硅酸镁锂和5重量份的高纯度钠基蒙脱石用200重量份的水搅拌分散均匀，最后将120重量份的含50％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：340重量份；
总固含量为：80重量份，其中高纯蒙脱土占12.5％，硅酸镁锂占6.25％，高纯度钠基蒙脱石占6.25％，SiO2占75％；
固体占组合物的重量百分比为：23.5％。
实施例12：
先将2重量份的硅酸镁锂用33重量份的水搅拌分散均匀，再加入2重量份的膨润土粉并在此搅匀，最后将20重量份的含25％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：57重量份；
总固含量为：9重量份，其中硅酸镁锂占22.2％，SiO2占55.6％，膨润土粉占22.2％；
固体占组合物的重量百分比为：15.8％。
实施例13：
先将2重量份的高纯蒙脱土用18重量份的水搅拌分散均匀，再加入1重量份的凹凸棒土粉并再次搅匀，最后将30重量份的含30％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：51重量份；
总固含量为：12重量份，其中高纯蒙脱土占16.7％，SiO2占75％，凹凸棒土粉占8.3％；
固体占组合物的重量百分比为：23.5％。
实施例14：
先将4重量份的SMP铝镁硅酸盐用40重量份的水搅拌分散均匀，再加入6重量份的碳酸钙粉再次搅匀，最后将80重量份的含30％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：130重量份；
总固含量为：34重量份，其中SMP铝镁硅酸盐占11.8％，SiO2占70.6％，碳酸钙粉占17.6％；
固体占组合物的重量百分比为：26.2％。
实施例15：
先将10重量份的ATTA无机凝胶用80重量份的水搅拌分散均匀，最后将200重量份的含40％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：290重量份；
总固含量为：90重量份，其中ATTA无机凝胶占11.1％，SiO2占88.9％；
固体占组合物的重量百分比为：31.0％。
实施例16：
先将4重量份的SMP铝镁硅酸盐用40重量份的水搅拌分散均匀，再加入3重量份的球粘土粉和3重量份的高岭土粉再次搅匀，最后将80重量份的含30％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：130重量份；
总固含量为：34重量份，其中SMP铝镁硅酸盐占11.8％，SiO2占70.6％，球粘土粉占8.8％，高岭土粉占8.8％；
固体占组合物的重量百分比为：26.2％。
实施例17：
先将2重量份的硅酸镁锂用33重量份的水搅拌分散均匀，再加入2重量份的云母粉并在此搅匀，最后将20重量份的含25％SiO2的液体硅溶胶加入并搅拌均匀。配制好的组合物的各组分的含量为：
总重量：57重量份；
总固含量为：9重量份，其中硅酸镁锂占22.2％，SiO2占55.6％，云母粉占22.2％；
固体占组合物的重量百分比为：15.8％。
上述实施例中组合物的制备均采用普通的混合方法，对水的用量无严格的要求，只要能分散无机凝胶组分且加入硅溶胶后能混合均匀即可，至于包装后静置是否形成半固体凝胶，均不会影响使用的效果，涂布时可以加水调稀；也可涂布后，直接用抛光垫剪切变稀。在特殊情况下，如要配制固体含量低、粘度低且加入无机凝胶的量很少，也可以直接将无机凝胶加入硅溶胶中进行分散。
用途实施例1：清洁花岗岩的表面，除去原有的蜡质、油污或树脂等，至表面能完全被水所湿润为止。不必风干，加前述的料液并涂匀，随后进行抛擦；如温度高干燥速度太快，中间可适当补充水分以增强覆层的均匀性。
用途实施例2：清洁抛光砖的表面，其它步骤同前一实施例。
用途实施例3：清洁大理石的表面，其它步骤同前一实施例。
用途实施例4：清洁水磨石的表面，其它步骤同前一实施例。
用途实施例5：清洁瓷砖的表面，其它步骤同前一实施例。
用途实施例6：清洁金属漆面的表面，其它步骤同前一实施例。
参考文献
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[2]吴纯明，李珍，天然石材防护剂的研究现状及对策[J].石材，2001，(8)：38。
[3]：曾路，严春杰等，半湿法制备膨润土无机凝胶[J].非金属矿，2007，30(4)：41～42，45。
机译： 用于处理硬表面的组合物及其用途，由此形成的涂层以及具有该涂层的硬表面材料
机译： 用于硬表面处理的组合物，制备可溶于水或在水中分散的化合物的方法，可溶于水或在水中分散的化合物，用于处理硬表面的方法以及可溶于水或分散的化合物的用途水中的卵泡和成分S
机译： 硬表面处理组合物，为硬表面提供光泽，光滑度，修复和/或较少损坏的方法以及该组合物的用途
