CN106147376A - 一种3d打印建筑物外墙油墨及其制备方法 - Google Patents

一种3d打印建筑物外墙油墨及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种3D打印建筑物外墙油墨及其制备方法，属于3D打印材料技术领域，涉及一种3D打印建筑物外墙用的石膏材料，本发明还涉及该石膏材料的制备方法和使用方法。该油墨由重量百分比的95～98％的基础油墨、0.5～4％的缓凝剂、0.5～2％的防水剂和0.2～1％的颜料组成。该油墨的制备方法：填料预处理；加入促凝剂，预处理填料和改性剂，加入石膏粉和颜料，混合均匀，制得基础油墨；在基础油墨中加入缓凝剂、防水剂颜料，混合均匀，制得3D打印建筑物外墙油墨。将建筑物外墙油墨加入水中，充分搅拌，混合均匀，即可进行3D打印。有益效果：(1)成品强度高、韧性好；(2)防水性能好、可靠；(3)外墙重量轻，保温性能好，隔音，且防火、防水；(4)施工工艺简单，工期短，省人工；(5)无污染，更环保。

Description

一种3D打印建筑物外墙油墨及其制备方法
技术领域
本发明属于3D打印材料技术领域，涉及一种3D打印建筑物外墙用的石膏材料，本发明还涉及该石膏材料的制备方法和使用方法。
背景技术
墙体是建筑物的承重、围护和分隔构件。墙面尤其是外墙出现渗漏，轻则影响外墙美观，造成饰面脱落，埋下安全隐患，并渗入墙体侵蚀室内装饰和物品；重则会影响建筑物的使用寿命和结构安全。同时因外墙施工需要高空作业，如果出现渗漏，维修作业很困难。
雨水及空气中的水汽在风压作用下，会通过建筑围护结构的孔隙——如墙体开裂缝隙、外墙保温板材等处侵入外墙内，从而使未作有效防水保护的保温层受潮。而保温层受潮后，其保温性能及耐久性都将显著下降，使其无法达到设计使用功能及耐久年限。这一点，对目前广泛使用的发泡聚苯板(ESP)类保温尤其明显，即使是闭孔密实的挤塑聚苯板(XPS)，其在长期受潮后也会加速老化，影响其保温性能。同时，进入墙体中的湿汽还将使其他建筑材料——如钢筋、钢结构、木材、混凝土等耐久性降低：而冻融、干湿循环很容易使整个外保温体系破坏，并导致霉菌生成，对空气质量造成影响。例如，目前我国的薄抹灰外墙外保温系统中普遍存在开裂现象，开裂后致使保温系统受损或失去了保温效果，达不到节能的目的，从而增加了能源消耗和维修费用。
目前建筑物外墙的施工一般需经过基层处理、保温层施工、砂浆找平、饰面层施工等工序，施工工序复杂、周期长，对施工人员的技术要求较高。因此，不仅成本高，且可靠性不佳。
石膏建材由于具有重量轻，可以保存热量，隔音等优点被应用于建筑行业的各方面。但是由于其结构特殊，内部为多孔结构，非常容易吸收水分，其吸水率通常超过50％，并且吸收水分之后的石膏材料的强度会大幅度下降。所以软化系数很低，约为0.25～0.35，石膏的这两大缺点极大程度的限制了其使用性能及范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印建筑物外墙用石膏材料，解决目前建筑物外墙易开裂、保温效果不佳、防水性能不好的问题；解决传统墙体工序复杂、施工周期长的问题；解决石膏材料吸水率高、软化系数低的问题，提供一种能用于建筑物外墙的石膏材料。
本发明所采用的技术方案是：
一种3D打印建筑物外墙油墨，由重量百分比95～98％的基础油墨、0.5～4％的缓凝剂、0.5～2％的防水剂和0.2～1％的颜料组成。
所述的基础油墨由重量百分比的以下组份组成，石膏粉：60％～91％，填料：2％～20％，改性剂：4％～18％，促凝剂：0.5％～5％，固化剂：1％～20％；
所述的石膏粉为直火顺流煅烧法生产制作的α-半水石膏，其粒径大小为1μm～150μm，抗压强度≥25MPa；其生产工艺是：石膏原料经过三级破碎，均化，得到粒径10～20cm的石膏块，在反应釜中加热至55℃～60℃，排除产生的冷凝水后通入1.5～3.5MPa的饱和蒸汽，干燥5～6h，然后排走多余蒸汽；压力0.3～0.5MPa，温度150℃～160℃，干燥7～8h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；所述的填料为二氧化硅或纳米碳化硅中的一种或两种的混合物；所述的改性剂为聚醋酸乙烯酯、环氧树脂和有机硅中的一种或任意几种的混合物；所述的促凝剂为无水乙醇、乙酸乙酯和丙三醇中的一种或任意几种的混合物；所述的固化剂为二乙烯三胺(DETA)、乙二胺和3-二乙胺基丙胺(DEAPA)中的一种或任意几种的混合物。
所述的缓凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸、酒石酸钾、丙烯酸、丙烯酸钠、六偏磷酸钠和骨胶中的一种或任意几种的混合物。
优选的缓凝剂为柠檬酸和柠檬酸钠中的一种或两种的混合物。
进一步优选的缓凝剂为一水柠檬酸。
所述的防水剂为聚乙稀醇、石蜡、苯丙乳液、可再分散树脂粉、有机硅类防水剂和渗透结晶防水剂(DPS)中的一种或两种或多种的混合物。
优选的防水剂为聚乙稀醇、石蜡、有机硅类防水剂和渗透结晶防水剂(DPS)中的一种或两种或多种的混合物。
进一步优选的防水剂为聚乙稀醇、有机硅类防水剂和渗透结晶防水剂(DPS)中的一种或两种或三种的混合物。
本发明还有关于该3D打印建筑物外墙油墨的制备方法：填料预处理：在研磨机中按配方加入固化剂和填料，转速500～2000r/min，研磨4～12h；在搅拌器中按配方加入促凝剂，预处理填料和改性剂，混合均匀，50～57℃保温3～6h后，按配方加入石膏粉和颜料，混合均匀，制得基础油墨；95～98％基础油墨中加入0.5～4％的缓凝剂、0.5～2％的防水剂和0.2～1％的颜料，混合均匀，制得3D打印建筑物外墙油墨。
本发明还有关于该3D打印建筑物外墙油墨的使用方法：将质量百分比40～60％的3D打印建筑物外墙油墨加入到40～60％的水中，充分搅拌，混合均匀，即可进行3D打印。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的3D打印建筑物外墙油墨生产的建筑物外墙强度高、韧性好、分辨率高、表观质量好。
(2)本发明的3D打印建筑物外墙油墨生产的建筑物外墙一体成型，无接缝，因此防水性能好、可靠。
(3)本发明的3D打印建筑物外墙油墨生产的建筑物外墙重量轻，保温性能好，隔音，且防火、防水，因此，节省了防火防水等投入。
(4)开创建筑物外墙结构新工艺：本发明的3D打印材料可以直接将建筑物外墙打印在钢筋框架上，而不需要浇筑砼和砌墙，施工工艺简单，工期短，省人工。
(5)本发明的3D打印建筑物外墙油墨，无污染，更环保；该材料可以回收再加工后重复使用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的内容作进一步说明，但不用于限定本发明的技术方案。
实施例1
石膏原料经过三级破碎，均化，得到粒径10cm的石膏块，在反应釜中加热至55℃，排除产生的冷凝水后通入1.5MPa的饱和蒸汽，干燥6h，然后排走多余蒸汽；干燥3小时，压力0.5MPa，温度150℃，干燥8h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；
在研磨机中加入DETA10.0g和纳米碳化硅155.0g，转速500r/min，研磨12h；
在搅拌器中加入无水乙醇50.0g，经过研磨的纳米碳化硅和DETA的混合物，环氧树脂180.0g，混合均匀，50℃保温6h后，按配方加入605.0g石膏粉，混合均匀，即得基础油墨1000g。
950g基础油墨中加入28g的柠檬酸，20g由8g聚乙稀醇、5g石蜡、7g渗透结晶防水剂(DPS)组成的防水剂，以及红色氧化铁颜料2.0g，混合均匀，制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
400g的3D打印建筑物外墙油墨加入到600g的水中，充分搅拌，混合均匀，即可进行3D打印。
实施例2
石膏原料经过三级破碎，均化，得到粒径20cm的石膏块，在反应釜中加热至60℃，排除产生的冷凝水后通入3.5MPa的饱和蒸汽，干燥5h，然后排走多余蒸汽；干燥2小时，压力0.3MPa，温度160℃，干燥7h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；
在研磨机中加入DETA200.0g和纳米碳化硅20.0g，转速2000r/min，研磨4h；
在搅拌器中加入无水乙醇5.0g，经过研磨的纳米碳化硅和DETA的混合物，环氧树脂40.0g，混合均匀，55℃保温4.5h后，按配方加入735.0g石膏粉，混合均匀，得基础油墨1000g。
980g基础油墨中加入8g的柠檬酸，10g可再分散树脂粉，以及群青蓝颜料2.0g，混合均匀，制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
500g的3D打印建筑物外墙油墨加入到500g的水中，充分搅拌，混合均匀，即可进行3D打印。
实施例3
石膏原料经过三级破碎，均化，得到粒径15cm的石膏块，在反应釜中加热至57℃，排除产生的冷凝水后通入2.5MPa的饱和蒸汽，干燥5.5h，然后排走多余蒸汽；干燥2.5小时，压力0.4MPa，温度155℃，干燥7.5h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；
在研磨机中加入DETA5.0g和纳米碳化硅20.0g，转速1000r/min，研磨8h；
在搅拌器中加入无水乙醇5.0g，经过研磨的纳米碳化硅和DETA的混合物，环氧树脂40.0g，混合均匀，56℃保温5h后，按配方加入930.0g石膏粉，混合均匀，即得基础油墨1000g。
950g基础油墨中加入40g的柠檬酸钠，5g渗透结晶防水剂(DPS)和5g氧化铬颜料，混合均匀，制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
600g的3D打印建筑物外墙油墨加入到400g的水中，充分搅拌，混合均匀，即可进行3D打印。
实施例4
石膏原料经过三级破碎，均化，得到粒径10cm的石膏块，在反应釜中加热至60℃，排除产生的冷凝水后通入3.0MPa的饱和蒸汽，干燥6h，然后排走多余蒸汽；干燥2小时，压力0.5MPa，温度150℃，干燥7h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；
在研磨机中加入DETA100.0g和纳米碳化硅200.0g，转速1250r/min，研磨10h；
在搅拌器中加入无水乙醇25.0g，经过研磨的纳米碳化硅和DETA的混合物，环氧树脂70.0g，混合均匀，57℃保温3h后，按配方加入605.0g石膏粉，混合均匀，得基础油墨1000g。
960g基础油墨中加入20g由15g酒石酸和5g骨胶混合制成的缓凝剂，20g由5g苯丙乳液、12g可再分散树脂粉、3g有机硅类防水剂组成的防水剂，以及10g偶氮红颜料，混合均匀，制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
450g的3D打印建筑物外墙油墨加入到550g的水中，充分搅拌，混合均匀，即可进行3D打印。
实施例5
石膏原料经过三级破碎，均化，得到粒径10cm的石膏块，在反应釜中加热至55℃，排除产生的冷凝水后通入1.5MPa的饱和蒸汽，干燥6h，然后排走多余蒸汽；干燥3小时，压力0.5MPa，温度150℃，干燥8h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；
在研磨机中加入DETA10.0g和超细二氧化硅粉155.0g，转速500r/min，研磨12h；
在搅拌器中加入无水乙醇50.0g，经过研磨的二氧化硅粉和DETA的混合物，丙三醇180.0g，混合均匀，50℃保温6h后，按配方加入605.0g石膏粉，混合均匀，得基础油墨1000g。
970g基础油墨中加入12g由7g柠檬酸钠和5g丙烯酸混合制成的缓凝剂，12g由4g聚乙稀醇、2g有机硅类防水剂，6g渗透结晶防水剂(DPS)组成的防水剂，以及6g黄色氧化铁颜料，混合均匀，制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
550g的3D打印建筑物外墙油墨加入到450g的水中，充分搅拌，混合均匀，即可进行3D打印。
实施例6
石膏原料经过三级破碎，均化，得到粒径20cm的石膏块，在反应釜中加热至60℃，排除产生的冷凝水后通入3.5MPa的饱和蒸汽，干燥5h，然后排走多余蒸汽；干燥2小时，压力0.3MPa，温度160℃，干燥7h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；
在研磨机中加入乙二胺200.0g和纳米碳化硅20.0g，转速2000r/min，研磨4h；
在搅拌器中加入乙酸乙酯5.0g，经过研磨的纳米碳化硅和乙二胺的混合物，有机硅40.0g，混合均匀，55℃保温4.5h后，按配方加入735g石膏粉，混合均匀，得基础油墨1000g。
960g基础油墨中加入20g由6g酒石酸钾、4g丙烯酸钠混合制成的缓凝剂，18g由5g聚乙稀醇、3g石蜡、5g有机硅类防水剂和8g渗透结晶防水剂(DPS)组成的防水剂，以及2g天津绿颜料，混合均匀，制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
480g的3D打印建筑物外墙油墨加入到520g的水中，充分搅拌，混合均匀，即可进行3D打印。
实施例7
石膏原料经过三级破碎，均化，得到粒径15cm的石膏块，在反应釜中加热至57℃，排除产生的冷凝水后通入2.5MPa的饱和蒸汽，干燥5.5h，然后排走多余蒸汽；干燥2.5小时，压力0.4MPa，温度155℃，干燥7.5h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；
在研磨机中加入3-二乙胺基丙胺(DEAPA)5.0g和超细二氧化硅粉20.0g，转速1000r/min，研磨8h；
在搅拌器中加入乙酸乙酯5.0g，经过研磨的二氧化硅粉和3-二乙胺基丙胺(DEAPA)的混合物，聚醋酸乙烯酯40.0g，混合均匀，56℃保温5h后，按配方加入930.0g石膏粉，混合均匀，得基础油墨1000g。
970g基础油墨中加入20g由7g柠檬酸、4g酒石酸钾、3g丙烯酸钠3g六偏磷酸钠和3g骨胶混合制成的缓凝剂，8g渗透结晶防水剂(DPS)，以及2g孔雀蓝颜料，混合均匀，制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
540g的3D打印建筑物外墙油墨加入到460g的水中，充分搅拌，混合均匀，即可进行3D打印。

Claims (10)

1.一种3D打印建筑物外墙油墨，其特征在于：由重量百分比95～98％的基础油墨、0.5～4％的缓凝剂、0.5～2％的防水剂和0.2～1％的颜料组成。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印建筑物外墙油墨，其特征在于：所述的基础油墨由重量百分比的以下组份组成，石膏粉：60％～91％，填料：2％～20％，改性剂：4％～18％，促凝剂：0.5％～5％，固化剂：1％～20％；
所述的石膏粉为直火顺流煅烧法生产制作的α-半水石膏，其粒径大小为1μm～150μm，抗压强度≥25MPa；其生产工艺是：石膏原料经过三级破碎，均化，得到粒径10～20cm的石膏块，在反应釜中加热至55℃～60℃，排除产生的冷凝水后通入1.5～3.5MPa的饱和蒸汽，干燥5～6h，然后排走多余蒸汽；压力0.3～0.5MPa，温度150℃～160℃，干燥7～8h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；
所述的填料为二氧化硅或纳米碳化硅中的一种或两种的混合物；
所述的改性剂为聚醋酸乙烯酯、环氧树脂和有机硅中的一种或任意几种的混合物；
所述的促凝剂为无水乙醇、乙酸乙酯和丙三醇中的一种或任意几种的混合物；
所述的固化剂为二乙烯三胺(DETA)、乙二胺和3-二乙胺基丙胺(DEAPA)中的一种或任意几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印建筑物外墙油墨，其特征在于：所述的缓凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸、酒石酸钾、丙烯酸、丙烯酸钠、六偏磷酸钠和骨胶中的一种或任意几种的混合物。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种3D打印建筑物外墙油墨，其特征在于：所述的缓凝剂为柠檬酸和柠檬酸钠中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的一种3D打印建筑物外墙油墨，其特征在于：所述的缓凝剂为一水柠檬酸。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的一种3D打印建筑物外墙油墨，其特征在于：所述的防水剂为聚乙稀醇、石蜡、苯丙乳液、可再分散树脂粉、有机硅类防水剂和渗透结晶防水剂(DPS)中的一种或两种或多种的混合物。
7.根据权利要求1～3任意一项所述的一种3D打印建筑物外墙油墨，其特征在于：所述的防水剂为聚乙稀醇、石蜡、有机硅类防水剂和渗透结晶防水剂(DPS)中的一种或两种或多种的混合物。
8.根据权利要求1～3任意一项所述的一种3D打印建筑物外墙油墨，其特征在于：所述的防水剂为聚乙稀醇、有机硅类防水剂和渗透结晶防水剂(DPS)中的一种或两种或三种的混合物。
9.根据权利要求1～3任意一项所述的一种3D打印建筑物外墙油墨，其特征在于：所述的油墨由以下方法制备：填料预处理：在研磨机中按配方加入固化剂和填料，转速500～2000r/min，研磨4～12h；在搅拌器中按配方加入促凝剂，预处理填料和改性剂，混合均匀，50～57℃保温3～6h后，按配方加入石膏粉和颜料，混合均匀，制得基础油墨；95～98％基础油墨中加入0.5～4％的缓凝剂、0.5～2％的防水剂和0.2～1％的颜料，混合均匀，制得3D打印建筑物外墙油墨。
10.根据权利要求1～3任意一项所述的一种3D打印建筑物外墙油墨，其特征在于：所述的油墨的使用方法：将质量百分比40～60％的3D打印建筑物外墙油墨加入到40～60％的水中，充分搅拌，混合均匀，即可进行3D打印。
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