CN106590252A - 一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料及其制备方法。所述建筑外墙隔热涂料，其包括成膜物质、辅助助剂、溶剂和石墨烯，所述石墨烯的加入量占基料的重量百分比为1~10%。本发明通过加入石墨烯用以提高建筑外墙隔热涂料的隔热性，以及涂料的机械强度和与底材的附着性、耐洗刷性能。本发明的建筑外墙隔热涂料性能稳定，应用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉及建筑外墙隔热涂料领域，尤其涉及一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料及其制备方法。
背景技术
建筑隔热保温是节约能源、提高建筑物居住和使用功能的一个重要方面。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例一般在30%~40%，故建筑节能意义重大。建筑隔热材料是建筑节能的物质基础。目前，隔热材料正在经历一场由工业隔热向建筑隔热为主的转变。
建筑外墙涂料包括水性建筑外墙涂料和溶剂型建筑外墙涂料，溶剂型建筑外墙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，但由于水性型建筑外墙涂料成膜物耐老化性不如溶剂型建筑外墙涂料理想，在高层建筑的外墙装饰中溶剂型建筑外墙涂料仍在使用。
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而使用溶剂型建筑外墙涂料，而使得其环保性能下降，为了达到环保要求所制的建筑涂料却因隔热性能和机械强度差，与底材的附着性、耐洗刷性能不理想而受到限制。
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1~6kg，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隔热性差，机械性能与对底材的附着性以及耐洗刷性能较差而受到限制。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料及其制备方法，旨在解决现有建筑外墙涂料隔热性差，机械强度与对底材的附着性以及耐洗刷性能较差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其中，包括成膜物质、辅助助剂、溶剂和石墨烯，所述石墨烯的加入量占基料的重量百分比为1~10%。
所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其中，所述辅助助剂的加入量占基料的重量百分比为0.1~5%。
所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其中，所述石墨烯的加入量占基料的重量百分比为1~3%。
所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其中，所述辅助助剂为纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、钛酸钾、骨胶和空心玻璃微珠中的一种或几种。
所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其中，所述溶剂选自水、松香水、酒精、汽油、苯、二甲苯和丙酮中的一种。
所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其中，所述成膜物质为醋酸乙烯系聚合物乳液、丙烯酸系共聚物乳液、聚苯酯乳液和含氟聚合物乳液中的一种或几种。
所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其中，所述成膜物质为丙烯酸系共聚物乳液。
所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其中，所述石墨烯中包括羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种官能团。
所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其中，所述建筑外墙隔热涂料中，碳元素与非碳元素质量比大于4:1。
一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其中，包括步骤：
以成膜物质为基料，加入石墨烯粉末，搅拌均匀后静置；
将辅助助剂和溶剂搅拌，然后离心分离并烘干；
最后将烘干后的原料添加到加入石墨烯的基料中，搅拌均匀后静置。
有益效果：本发明通过加入石墨烯用以提高建筑外墙隔热涂料的隔热性，以及涂料的机械强度和与底材的附着性、耐洗刷性能。本发明的建筑外墙隔热涂料性能稳定，应用范围更广。
具体实施方式
本发明提供一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所提供的一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其包括成膜物质、辅助助剂、溶剂和石墨烯，所述石墨烯的加入量占基料的重量百分比为1~10%。
石墨烯是一种新型的由碳原子构成的单层片状结构的二维材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平而薄膜。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。
石墨烯的高比表面积，使其表面吸附力强，表面能大，能在涂料干燥时形成网状结构，从而增强涂层与基底的吸附作用，使涂层更加致密，提高涂料对基材的附着力，同时，有助于提高涂料的耐冲击性能，隔热性，耐候性及防腐性能。同时还能进一步降低涂层厚度，提升涂料的耐磨性。
本发明中，所述石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯优选为层数在2~50层的石墨烯，每一层层内为：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。
进一步，所述辅助助剂为纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、钛酸钾、骨胶和空心玻璃微珠中的一种或几种。所述辅助助剂的加入量占基料的重量百分比优选为0.1~5%，此比例下，建筑外墙隔热涂料的机械性能、附着性、耐洗刷性能更佳。
在本发明中，纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、钛酸钾的加入会使得建筑外墙隔热涂料的耐磨性能提高；在建筑外墙隔热涂料中加入骨胶则是为了提高其黏结性，增加附着力，在建筑涂料中加入空心玻璃微珠是为了提高其隔热以及反射性能。作为建筑外墙隔热涂料的溶剂，可以根据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，例如选自水、松香水、酒精、汽油、苯、二甲苯和丙酮中的一种。即，本发明优选的是，采用纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、钛酸钾、骨胶和空心玻璃微珠的混合物作为辅助助剂。
进一步，所述成膜物质为醋酸乙烯系聚合物乳液、丙烯酸系共聚物乳液、聚苯酯乳液和含氟聚合物乳液中的一种或几种。优选的，所述成膜物质为丙烯酸系共聚物乳液，其将使涂料具有更好的隔热性能。
进一步，所述石墨烯中包括羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种官能团。这些官能团将使石墨烯具有更良好的改性功能，通过带上述官能团的石墨烯可提高涂料的隔热性、机械强度和与底材的附着性、耐洗刷性能。
优选的，所述石墨烯的加入量占基料的重量百分比为1~3%。这样不仅可保证建筑外墙隔热涂料具有优良的性能，同时也有利于控制成本，另外含量过多反而会降低涂料的其他性能。另外，石墨烯以粉末或浆料的形式添加到建筑外墙隔热涂料中。
进一步，所述建筑外墙隔热涂料中，碳元素与非碳元素质量比大于4:1，该比例下，涂料具有一个最佳的综合性能。其中的非碳元素选自氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种。
本发明的建筑外墙隔热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。
本发明还提供一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其包括步骤：
以成膜物质为基料，加入石墨烯粉末，搅拌均匀后静置；
将辅助助剂和溶剂搅拌，然后离心分离并烘干；
最后将烘干后的原料添加到加入石墨烯的基料中，搅拌均匀后静置。
实施例1：以市售的丙烯酸乳液为基料，在基料中加入石墨烯粉末，搅拌均匀后静置1h；再将骨胶和丙酮混合均匀，在30℃下搅拌1h，然后离心分离并烘干；再将烘干后的原料添加到加入石墨烯的基料中，搅拌均匀后静置。其中，石墨烯的加入量占基料的重量百分比为1%，辅助助剂的加入量占基料的1%，溶剂为丙酮。
实施例2：以市售的碱金属硅酸钠为基料，在基料中加入石墨烯浆料，搅拌均匀后静置1h；再将纳米二氧化钛与酒精混合均匀，在30℃下搅拌1.5h，然后离心分离并烘干；再将烘干后的原料添加到加入石墨烯的基料中，搅拌均匀后静置。其中，石墨烯的加入量占基料的重量百分比为2%，辅助助剂的加入量占基料的重量百分比1%，溶剂为酒精。
实施例3：以市售的碱金属硅酸钠为基料，在基料中加入石墨烯粉末，搅拌均匀后静置1h；再将纳米氧化铝与骨胶与汽油混合均匀，在30℃下搅拌1.5h，然后离心分离并烘干；再将烘干后的原料添加到加入石墨烯的基料中，搅拌均匀后静置。其中，石墨烯的加入量占基料的重量百分比为3%，助剂的加入量占基料的重量百分比为2%，其中纳米氧化铝与骨胶的质量比为3/1，溶剂为汽油。
实施例4：以市售的碱金属硅酸钾为基料，在建筑涂料中加入石墨烯浆料，搅拌均匀后静置1h；再将空心玻璃微珠、钛酸钾与去离子水混合均匀，在30℃下搅拌1.5h，然后离心分离并烘干；再将烘干后的原料添加到加入石墨烯的基料中，搅拌均匀后静置。其中，石墨烯的加入量占基料的重量百分比为5%，助剂的加入量占基料的重量百分比为1.5%，其中空心玻璃微珠与钛酸钾的质量比为1:3，溶剂为去离子水。
对比例1：市售的建筑外墙隔热涂料，购自中山市凌骏涂料有限公司，型号PT-3000。
对比例2：所用配方与制法与实施例1相同，唯一的区别是其中未加入石墨烯。
将实施例1~4与对比例1~2得到的建筑外墙隔热涂料按照涂料施工工艺涂在试验板上测试隔热性、耐洗刷性、附着力，测试结果如下表1所示：
表1、测试结果
| 隔热性 | 耐洗刷性 | 附着力/MPa | |
| 实施例1 | 优等 | 优等 | 1.7 |
| 实施例2 | 优等 | 优等 | 1.9 |
| 实施例3 | 优等 | 优等 | 2.2 |
| 实施例4 | 优等 | 优等 | 2.0 |
| 对比例1 | 二等 | 一等 | 0.8 |
| 对比例2 | 一等 | 二等 | 1.1 |
由表1可见，本发明采用的石墨烯改性现有的建筑外墙隔热涂料，能较好的提高隔热性，同时耐洗刷性和与底材的附着力也相应提高。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其特征在于，包括成膜物质构成的基料、辅助助剂、溶剂和石墨烯，所述石墨烯的加入量占基料的重量百分比为1~10%。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其特征在于，所述辅助助剂的加入量占基料的重量百分比为0.1~5%。
3.根据权利要求1所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其特征在于，所述石墨烯的加入量占基料的重量百分比为1~3%。
4.根据权利要求2所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其特征在于，所述辅助助剂为纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、钛酸钾、骨胶和空心玻璃微珠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其特征在于，所述溶剂选自水、松香水、酒精、汽油、苯、二甲苯和丙酮中的一种。
6.根据权利要求1所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其特征在于，所述成膜物质为醋酸乙烯系聚合物乳液、丙烯酸系共聚物乳液、聚苯酯乳液和含氟聚合物乳液中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其特征在于，所述成膜物质为丙烯酸系共聚物乳液。
8.根据权利要求1所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其特征在于，所述石墨烯中包括羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种官能团。
9.根据权利要求1所述的石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其特征在于，所述建筑外墙隔热涂料中，碳元素与非碳元素质量比大于4:1。
10.一种石墨烯改性的建筑外墙隔热涂料，其特征在于，包括步骤：
以成膜物质为基料，加入石墨烯粉末，搅拌均匀后静置；
将辅助助剂和溶剂搅拌，然后离心分离并烘干；
最后将烘干后的原料添加到加入石墨烯的基料中，搅拌均匀后静置。
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