CN113105791A - 一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料及其制备方法,属于涂料技术领域,该涂料包括:弹性乳液、钛白粉、填料、润湿剂、分散剂、中和剂、消泡剂、防腐杀菌剂、成膜助剂、石墨烯溶液、水、增稠剂;本发明将石墨烯纳米片制成石墨烯溶液,使石墨烯更好的发挥作用,制得的石墨烯改性水性厚质弹性涂料为绿色环保型产品,不仅具有较强的质感,较好的耐候性、耐水性、耐碱性,耐沾污性能优良,还具有防火、抗菌等功能,更持久的保护和装饰墙面,零VOC,不含重金属等有害物质,适用于工业、民用、公共场所等建筑物的墙体、屋顶等部位。

Description

一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域,特别是涉及一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料及其制备方法。
背景技术
外墙涂料长期暴露于户外,受到日光、雨水、风沙、冷热变化等的影响,经过一段时间后,饰面的外观发生开裂、剥落、粉化、变色、退色等现象。特别是在西北地区,气候干燥,紫外线强烈,昼夜温差大,造成墙体开裂,建筑裂缝乃当今建筑施工质量中最常见的问题,长久以来一直困扰着当今的建筑业,裂缝的出现不仅影响建筑饰面的美观,而且会对建筑物本身产生不利影响,甚至危害。
在建筑外墙涂料中,弹性涂料由于其具有弹性拉伸好、能够有效的遮盖墙体的裂纹,因而逐渐成为了外墙装饰中的主导材料。在弹性涂料中,弹性拉毛涂料具有凹凸质感和纹理,可以修补墙体裂纹,饰面效果突出,立体感强,因而受到了人们的喜爱。虽然弹性拉毛涂料立体装饰感强,能够形成强烈的视觉效果,但是其性能单一,不具备防火、抗菌等功能,同时耐沾污性能差。尤其是在环境污染日益严重的今天,大气中的灰尘以及悬浮物质较多,凹凸的纹理更容易沾染污染物而影响墙体的装饰效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料及其制备方法,以解决上述现有技术中存在的弹性拉毛涂料性能单一,不具备防火、抗菌等功能,同时耐沾污性能差的问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,以质量份计,包括以下组分:
Figure BDA0003005751720000021
进一步地,所述弹性乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、氟碳乳液中的一种或多种;所述钛白粉为金红石型钛白粉;所述填料为滑石粉、重钙中的一种或两种。
进一步地,所述润湿剂为聚氧烯基烷基醚类非离子型润湿剂,如SN 996,是一种零VOC,无APEO的环保助剂,同时能够改善涂料的浮色发花,还具有一定的防冻性能,去除了防冻剂的添加,大大降低了VOC的含量;
进一步地,所述分散剂为聚羧酸钠盐,零VOC,如日本诺普科SN-5027;所述中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇,如AMP-95。
进一步地,所述消泡剂为矿物油类、有机硅类、聚醚类中的一种或两种,如诺普科SN1360,巴斯夫A10;所述成膜助剂为酯类高沸点有机化合物,如醇脂-12。
进一步地,所述防腐杀菌剂为不含CIT(甲基氯异噻唑啉酮),AOX(可吸附有机卤素)和有机挥发物(VOC)的协同增效型杀菌剂,其活性成份为BIT(1,2-苯并异噻唑啉酮)和MIT(甲基异噻唑啉酮),如托尔的MBS;所述增稠剂为阴离子型疏水改性丙烯酸碱溶胀型增稠剂,如TZ-801,改善低剪切粘度方面的作用非常显著,具有高效的增稠效果和更高的假塑性,从而使涂料在施工中达到适度的立体花纹效果。
进一步地,石墨烯溶液选用片径在1-3um,厚度为1-5nm的石墨烯纳米片制备而成。
进一步地,石墨烯溶液的浓度为1.3mg/ml。
进一步地,石墨烯溶液的制备方法包括以下步骤:
在超声设备中加入65wt%的水为分散介质,再加入5wt%异丙醇、10wt%聚乙烯吡咯烷酮以及20wt%的石墨烯片,超声分散2-3h,静置24-48h,取上层液置于离心机中,在5000-6000r/min转速下离心30-40min,取上层液,得石墨烯溶液。
本发明还提供一种上述的石墨烯改性水性厚质弹性涂料的制备方法,包括以下步骤:先将准确称量的水加入拉缸或大罐中,在400-600r/min的低转速状态下,缓慢依次加入分散剂、润湿剂、消泡剂、中和剂、防腐杀菌剂,添加完成后搅拌1-2min,提高转速至700-900r/min中速状态下,依次加入钛白粉、填料,提高转速至1000-1200r/min,高速分散30分钟,然后降低转速至400-600r/min低速状态下加入弹性乳液、防腐杀菌剂、石墨烯溶液,搅拌2-3min后缓慢加入增稠剂,在23±2℃条件下调整粘度至15-16mPa·s,慢速搅拌15分钟,制得石墨烯改性水性厚质弹性涂料。
本发明公开了以下技术效果:
选用片径在1-3um,厚度为1-5nm的石墨烯纳米片,为正六边形碳环在平面内无限拓展延伸构成,碳原子sp2杂化形成的六边形碳环,具有高比表面积、快速导电性、优异的化学稳定性、突出的力学性能、高导热性等性能,能赋予涂料阻燃、防腐、防污效果。
由于石墨烯的厚度只有几个纳米,具有纳米材料颗粒之间高强的吸附性能,故很难被完全分散开,且由于纯碳材料所固有的疏水性,使得石墨烯不能够充分分散在其他材料中,直接影响其功能的充分发挥,本发明将石墨烯纳米片溶解超声后制备得到石墨烯溶液,使得石墨烯更好的在涂料中发挥作用。
本发明为绿色环保型产品,不仅具有较强的质感,较好的耐候性、耐水性、耐碱性,耐沾污性能优良,还具有防火、抗菌等功能,更持久的保护和装饰墙面,零VOC,不含重金属等有害物质,适用于工业、民用、公共场所等建筑物的墙体、屋顶等部位。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式,该详细说明不应认为是对本发明的限制,而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式,并非用于限制本发明。另外,对于本发明中的数值范围,应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明,否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料,但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入,用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时,以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下,可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化,这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等,均为开放性的用语,即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明,均按质量份计。
一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,以质量份计,包括以下组分:
Figure BDA0003005751720000051
Figure BDA0003005751720000061
所述弹性乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、氟碳乳液中的一种或多种;所述钛白粉为金红石型钛白粉;所述填料为滑石粉、重钙中的一种或两种。
所述润湿剂为聚氧烯基烷基醚类非离子型润湿剂,如SN 996;
所述分散剂为聚羧酸钠盐,零VOC,如日本诺普科SN-5027;所述中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇,如AMP-95。
所述消泡剂为矿物油类、有机硅类、聚醚类中的一种或两种,如诺普科SN1360,巴斯夫A10;所述成膜助剂为酯类高沸点有机化合物,如醇脂-12。
所述防腐杀菌剂为不含CIT,AOX和有机挥发物(VOC)的协同增效型杀菌剂,其活性成份为BIT和MIT(甲基异噻唑啉酮),如托尔的MBS;所述增稠剂为阴离子型疏水改性丙烯酸碱溶胀型增稠剂,如TZ-801。
实施例1-3
配方如表1所示。
制备方法:
制备石墨烯溶液:
选用片径在1-3um,厚度为1-5nm的石墨烯纳米片,在超声设备中加入65wt%的水为分散介质,再加入5wt%异丙醇、10wt%聚乙烯吡咯烷酮以及20wt%的石墨烯片,超声分散2-3h,静置24-48h,取上层液置于离心机中,在5000-6000r/min转速下离心30-40min,取上层液;
石墨烯改性水性厚质弹性涂料的制备:
先将准确称量的水加入拉缸或大罐中,在400-600r/min的低转速状态下,缓慢依次加入分散剂、润湿剂、消泡剂、中和剂、防腐杀菌剂,添加完成后搅拌1-2min,提高转速至700-900r/min中速状态下,依次加入钛白粉、填料,提高转速至1000-1200r/min,高速分散30分钟,然后降低转速至400-600r/min低速状态下加入弹性乳液、防腐杀菌剂、石墨烯溶液,搅拌2-3min后缓慢加入增稠剂,在23±2℃条件下调整粘度至15-16mPa·s,慢速搅拌15分钟,制得石墨烯改性水性厚质弹性涂料。
其中,实施例1-3中石墨烯溶液的浓度分别为1.2mg/ml,1.4mg/ml,1.3mg/ml。
表1
Figure BDA0003005751720000071
Figure BDA0003005751720000081
对比例1
与实施例3的不同之处在于,将石墨烯溶液替换为同等石墨烯质量的石墨烯纳米片,其他组分和涂料制备方法同实施例3。
对比例2
与实施例3的不同之处在于,不添加石墨烯溶液,其他添加组分和涂料制备方法同实施例3。
根据JG/T172-2014《弹性建筑涂料》、GB24408—2009《建筑用外墙涂料中有害物质限量》共2个标准对本发明的实施例1-3以及对比例1-2的涂料进行检测,结果见表2。
表2
Figure BDA0003005751720000082
Figure BDA0003005751720000091
根据GB/T21866-2008抗菌涂料抗菌性能测定方法和抗菌效果、HG/T3980-2007抗菌涂料测定以及GB12441-2005饰面型防火涂料对本发明的实施例1-3以及对比例1-2的涂料进行检测,结果见表3。
表3
项目 指标 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
抗菌率% - 99.71 99.84 99.93 89.13 20.31
耐燃时间/min ≥15 132 132 135 102 14
质量损失/g ≤5.0 2.13 2.21 2.12 4.23 5.12
由表2可以看出,本发明石墨烯改性水性厚质弹性涂料的耐候性、耐水性、耐碱性,耐沾污性能优良,对装饰墙面具有更持久的保护,零VOC,不含重金属等有害物质。
由表3可以看出,本发明石墨烯改性水性厚质弹性涂料还具有良好的抗菌效果以及持久的耐火性。
本发明是一种绿色环保型产品,解决了现有技术中存在的弹性拉毛涂料性能单一,不具备防火、抗菌等功能,同时耐沾污性能差的问题,适用于工业、民用、公共场所等建筑物的墙体、屋顶等部位。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,其特征在于,以质量份计,包括以下组分:
Figure FDA0003005751710000011
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,其特征在于,所述弹性乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、氟碳乳液中的一种或多种;所述钛白粉为金红石型钛白粉;所述填料为滑石粉、重钙中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,其特征在于,所述润湿剂为聚氧烯基烷基醚类非离子型润湿剂。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,其特征在于,所述分散剂为聚羧酸钠盐;所述中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,其特征在于,所述消泡剂为矿物油类、有机硅类、聚醚类中的一种或两种;所述成膜助剂为酯类高沸点有机化合物。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,其特征在于,所述防腐杀菌剂为不含甲基氯异噻唑啉酮,可吸附有机卤素和有机挥发物的协同增效型杀菌剂,其活性成份为1,2-苯并异噻唑啉酮和甲基异噻唑啉酮;所述增稠剂为阴离子型疏水改性丙烯酸碱溶胀型增稠剂。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,其特征在于,石墨烯溶液选用片径在1-3um,厚度为1-5nm的石墨烯纳米片制备而成。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,其特征在于,石墨烯溶液的浓度为1.3mg/ml。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性水性厚质弹性涂料,其特征在于,石墨烯溶液的制备方法包括以下步骤:
在超声设备中加入65wt%的水为分散介质,再加入5wt%异丙醇、10wt%聚乙烯吡咯烷酮以及20wt%的石墨烯片,超声分散2-3h,静置24-48h,取上层液置于离心机中,在5000-6000r/min转速下离心30-40min,取上层液,得石墨烯溶液。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的石墨烯改性水性厚质弹性涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:先将准确称量的水加入拉缸或大罐中,在400-600r/min的低转速状态下,缓慢依次加入分散剂、润湿剂、消泡剂、中和剂、防腐杀菌剂,添加完成后搅拌1-2min,提高转速至700-900r/min中速状态下,依次加入钛白粉、填料,提高转速至1000-1200r/min,高速分散30分钟,然后降低转速至400-600r/min低速状态下加入弹性乳液、防腐杀菌剂、石墨烯溶液,搅拌2-3min后缓慢加入增稠剂,在23±2℃条件下调整粘度至15-16mPa·s,慢速搅拌15分钟,制得石墨烯改性水性厚质弹性涂料。
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