CN103740158A - 一种石墨烯改性的建筑涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯改性的建筑涂料，包括溶剂、常用助剂、主要成膜物质，建筑涂料中加入用于改性的石墨烯，所述石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为0.001-20%，建筑涂料中还可以加入辅助助剂，辅助助剂的加入量占建筑涂料的重量百分比为0-8%。在现有的建筑涂料中加入石墨烯用以改性建筑涂料的耐水性机械强度，提高建筑涂料与底材附着性、对比率、耐洗刷性能，在建筑涂料中加入竹炭纤维用以抑菌抗菌，抗紫外线，使得建筑涂料绿色环保；在建筑涂料中加入骨胶则是为了提高其黏结性，增加附着力。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑涂料，尤其涉及一种提高建筑涂料耐水性和机械强度，提高与底材的附着性、对比率、耐洗刷性能的石墨烯改性的建筑涂料。
背景技术
建筑涂料包括水性建筑涂料和溶剂型建筑涂料，溶剂型建筑涂料因其固化过程中释放有毒溶剂，不符合环保要求而在建筑涂料中受到限制，但由于溶剂型建筑涂料的高分子成膜物耐老化性强，在高层建筑的外墙装饰中仍在使用。
外墙涂装用的建筑涂料要求底层表面干燥、坚实、牢固，不会起砂，不会产生裂缝疏松等，但是现在大多数适用于外墙的建筑涂料若要满足其要求却使用溶剂型建筑涂料，而使得其环保性能下降，为了达到环保要求制的的建筑涂料却因耐水性和机械强度差，与底材的附着性、对比率、耐洗刷性能较差而受到限制。
2004年英国曼彻斯顿大学的Geim和Novoselov通过胶带剥离高定向石墨获得了独立存在的二维石墨烯（Gra-phene，GN）晶体以来，石墨烯已经成为材料科学领域极受关注的研究热点之一。石墨烯，实际上就是单原子层的石墨，它拥有独特的二维结构和优异的力学、热力学、光学和电学性能。
石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，至吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m·k，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点。
竹炭纤维是取毛竹为原料，采用了纯氧高温及氮气阻隔延时的煅烧新工艺和新技术，使得竹炭天生具有的微孔更细化和蜂窝化，然后再与具有蜂窝状微孔结构趋势的聚酯改性切片熔融纺丝而制成的。
中国专利公布号CN102079908A，公布日2011年6月1日，名称为一种建筑涂料，该申请案公开了一种建筑涂料，按照质量组成包括榆树皮纤维1kg-6kg，苯丙乳液15-40kg，钛白粉5-20kg，成膜助剂0.5-3kg，六偏硫酸钠0.1-0.8kg，分散剂0.1-0.5kg，增稠剂0.1-0.5kg，重钙10-25kg，硅石灰粉5-20kg。滑石粉6-10kg，消泡剂0.1-0.8kg。其不足之处在于，虽然该配方对人体无害，但是其作为建筑涂料耐水性和机械强度差，与底材的附着性、对比率、耐洗刷性能较差而受到限制。
发明内容
本发明的目的在于为了解决现有建筑涂料耐水性和机械强度差，与底材的附着性、对比率、耐洗刷性能较差而受到限制的缺陷而提供一种环保、提高建筑涂料耐水性和机械强度，提高与底材的附着性、对比率、耐洗刷性能的石墨烯改性的建筑涂料。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种石墨烯改性的建筑涂料，包括溶剂、常用助剂、主要成膜物质，在使用建筑涂料前，在建筑涂料中加入用于改性的石墨烯，所述石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为0.001-20%，建筑涂料中还可以加入辅助助剂，辅助助剂的加入量占建筑涂料的重量百分比为0-8%。在本技术方案中，石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，至吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m·k，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点；在现有的建筑涂料中加入石墨烯用以改性建筑涂料的耐水性与机械强度，提高建筑涂料与底材附着力、对比率、耐洗刷性能与耐摩擦性能。
作为优选，所述石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为0.01-5%。
作为优选，所述石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为0.01-0.5%。
作为优选，所述辅助助剂为竹炭纤维、纳米TiO2、纳米Al2O3、钛酸钾或骨胶中的一种或几种，溶剂选自水、松香水、酒精、汽油、苯、二甲苯、丙酮中的一种,成膜物质为醋酸乙烯系聚合物乳液、丙烯酸系共聚物乳液、聚氨酯乳液、含氟聚合物乳液中的一种或几种，优选丙烯酸系共聚物乳液。在本技术方案中，纳米Al2O3，纳米TiO2，钛酸钾的加入使得建筑涂料的耐磨性能提高，在建筑涂料中加入竹炭纤维用以抑菌抗菌，抗紫外线，使得建筑涂料绿色环保；在建筑涂料中加入骨胶则是为了提高其黏结性，增加附着力；作为建筑涂料的辅助成膜物质的溶剂，可以根据主要成膜物质来选择有机溶剂或无机溶剂，本发明选择的溶剂类型来源广，成本低，有利于工业化生产。
作为优选，所述石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子sp2杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合。
作为优选，所述石墨烯以粉末或浆料的形式添加。
作为优选，建筑涂料为有机建筑涂料、无机建筑涂料或有机无机复合建筑涂料，优选无机建筑涂料。
作为优选，所述石墨烯中，碳元素与非碳元素质量比大于4:1，非碳元素选自氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种。
作为优选，所述石墨烯还包含有各种官能团的改性石墨烯，如羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种。
本发明的有益效果是：在现有的建筑涂料中加入石墨烯用以改性建筑涂料的耐水性与机械强度，提高建筑涂料与底材附着力、对比率、耐洗刷性能与耐摩擦性能，在建筑涂料中加入竹炭纤维用以抑菌抗菌，抗紫外线，使得建筑涂料绿色环保；在建筑涂料中加入骨胶则是为了提高其黏结性，增加附着力。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步的解释：
本发明中，若非特指，所采用的原料均可从市场购得或是本领域常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
本发明中涉及到的建筑涂料的原料均为现有市售的建筑涂料。
竹炭纤维购自浙江民心生态科技有限公司。
骨胶购自浙江兰溪兴发胶业有限公司。
石墨烯原料，石墨烯粉、石墨烯浆料为市售，购自宁波墨西科技有限公司。
石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子sp2杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合；碳元素与非碳元素质量比大于4:1，非碳元素选自氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种；所述石墨烯还包含有各种官能团的改性石墨烯，如羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种。
实施例1
建筑涂料为市售的丙烯酸乳液为基料的建筑涂料，在建筑涂料中加入石墨烯粉末，搅拌均匀后静置1h；竹炭纤维与骨胶先与丙酮混合均匀，在45℃下搅拌1.5h，然后离心分离并在80℃下烘干；向添加了石墨烯的建筑涂料中添加辅助助剂，搅拌均匀后静置；其中，石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为0.001%，辅助助剂的加入量占建筑涂料的重量百分比为0.5%，其中竹炭纤维与骨胶的质量比为1：1，溶剂为丙酮。
实施例2
建筑涂料为市售的碱金属硅酸钠为基料的建筑涂料，在建筑涂料中加入石墨烯浆料，搅拌均匀后静置1h；竹炭纤维与纳米二氧化钛先与去离子水混合均匀，在50℃下搅拌2.5h，然后离心分离并在65℃下烘干；向添加了石墨烯的建筑涂料中添加辅助助剂，搅拌均匀后静置；其中，石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为0.01%，辅助助剂的加入量占建筑涂料的重量百分比为1%，其中竹炭纤维与纳米二氧化钛的质量比为1：2，溶剂为去离子水。
实施例3
建筑涂料为市售的碱金属硅酸钠为基料的建筑涂料，在建筑涂料中加入石墨烯粉末，搅拌均匀后静置1h；纳米氧化铝与骨胶先与去离子水混合均匀，在95℃下搅拌3h，然后离心分离并在120℃下烘干；向添加了石墨烯的建筑涂料中添加辅助助剂，搅拌均匀后静置；其中，石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为5%，助剂的加入量占建筑涂料的重量百分比为8%，其中纳米氧化铝与骨胶的质量比为3：1，溶剂为去离子水。
实施例4
建筑涂料为市售的碱金属硅酸钾为基料的建筑涂料，在建筑涂料中加入石墨烯浆料，搅拌均匀后静置1h；纳米氧化铝与钛酸钾先与去离子水混合均匀，在50℃下处理2.5h，然后离心分离并在90℃下烘干；向添加了石墨烯的建筑涂料中添加辅助助剂，搅拌均匀后静置；其中，石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为10%，助剂的加入量占建筑涂料的重量百分比为1.5%，其中纳米氧化铝与钛酸钾的质量比为1：3，溶剂为去离子水。
实施例5
建筑涂料为市售的聚氨酯为基料的建筑涂料，在建筑涂料中加入石墨烯粉末，搅拌均匀后静置1h；纳米氧化铝与钛酸钾先与酒精混合均匀，在40℃下处理2h，然后离心分离并在75℃下烘干；向添加了石墨烯的建筑涂料中添加辅助助剂，搅拌均匀后静置；其中，石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为15%，助剂的加入量占建筑涂料的重量百分比为3%，其中纳米氧化铝与钛酸钾的质量比为1：3，溶剂为酒精。
实施例6
建筑涂料为市售的硅溶胶为基料的建筑涂料，在建筑涂料中加入石墨烯粉末，搅拌均匀后静置1h；其中，石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为20%。
对比例1，市售的建筑涂料，购自乔本化学工业有限公司，型号bo13-5。
对比例2，所用配方与制法与实施例1相同，唯一区别是其中未加入石墨烯。
将实施例1-6得到的建筑涂料与对比例1-2得到建筑涂料按照涂料施工工艺涂覆在试验板上测试耐洗刷性、附着力，测试结果如下：
表1、测试结果
| 耐洗刷性 | 附着力/MPa | 耐磨性测试/次 | |
| 实施例1 | 优等 | 1.8 | 4500 |
| 实施例2 | 优等 | 1.9 | 4400 |
| 实施例3 | 优等 | 2.3 | 5000 |
| 实施例4 | 优等 | 2.2 | 4000 |
| 实施例5 | 优等 | 2.1 | 4300 |
| 实施例6 | 优等 | 2 | 4500 |
| 对比例1 | 一等 | 0.6 | 2000 |
| 对比例2 | 一等 | 0.8 | 2800 |
由表1可见，本发明采用的石墨烯改性现有的建筑涂料，能较好的提高建筑涂料与底材的附着力，耐洗刷性耐摩擦性能也相应提高；而在现有的建筑涂料中添加竹炭纤维与骨胶则可以吸附有害物质从而达到净化环境，绿色环保的效果。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1.一种石墨烯改性的建筑涂料，包括溶剂、常用助剂、主要成膜物质，其特征在于，在使用建筑涂料前，在建筑涂料中加入用于改性的石墨烯，所述石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为0.001-20%，建筑涂料中还可以加入辅助助剂，辅助助剂的加入量占建筑涂料的重量百分比为0-8%。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性的建筑涂料，其特征在于，所述石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为0.01-5%。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯改性的建筑涂料，其特征在于，所述石墨烯的加入量占建筑涂料的重量百分比为0.01-0.5%。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性的建筑涂料，其特征在于，所述辅助助剂为竹炭纤维、纳米TiO2、纳米Al2O3、钛酸钾或骨胶中的一种或几种，溶剂选自水、松香水、酒精、汽油、苯、二甲苯、丙酮中的一种,成膜物质为醋酸乙烯系聚合物乳液、丙烯酸系共聚物乳液、聚氨酯乳液、含氟聚合物乳液中的一种或几种，优选丙烯酸系共聚物乳液。
5.根据权利要求1 或2或3所述的一种石墨烯改性的建筑涂料，其特征在于，石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子sp2杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种石墨烯改性的建筑涂料，其特征在于，所述石墨烯以粉末或浆料的形式添加。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性的建筑涂料，其特征在于，建筑涂料为有机建筑涂料、无机建筑涂料或有机无机复合建筑涂料，优选无机建筑涂料。
8.根据权利要求5所述的一种石墨烯改性的建筑涂料，其特征在于，所述石墨烯中，碳元素与非碳元素质量比大于4:1，非碳元素选自氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种。
9.根据权利要求5所述的一种石墨烯改性的建筑涂料，其特征在于，所述石墨烯还包含有各种官能团的改性石墨烯，如羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种。
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