CN112280341B - 一种外墙涂料 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种外墙涂料，由包含以下重量份的原料制成：无机硅酸盐40～60份、石英砂35～55份、重钙25～35份、填料10～20份、抗裂剂5～10份、羟乙基纤维素3～7份、三氧化二锑4～6份、氢氧化镁2～4份、分散剂1～5份以及水25～45份，所述抗裂剂包括质量比为1:（0.3～0.9）的碳量子点与纳米TiO2。本申请的外墙涂料可用于抗紫外线、抗裂性能要求高的外墙涂覆，其具有抗裂性能优异的特点。
Description
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种外墙涂料。
背景技术
外墙涂料是能够涂覆在基体材料表面并能形成牢固附着涂层的材料，其在外墙表面形成的涂层能给建筑物带来保护效果，并可提高外墙的美观性。由于外墙涂层长期暴露于大气中，要经受风吹、日晒、盐雾腐蚀、雨淋、冷热变化等外界自然环境的长期反复作用，尤其是日晒光中的紫外线作用，紫外光作用于涂层的内部，使涂层内部产生游离自由基，造成涂层的老化，导致涂层性质变脆，产生开裂甚至剥落问题，导致涂层失去原有的装饰保护功能。
目前，为了改善外墙涂层长期受到紫外光照射而产生的老化问题，关联技术为CN105860678A的中国发明专利公开了一种抗紫外线涂料，其原料按重量份包括：改性环氧树脂乳液80-100份，水15-25份，丙二醇甲醚醋酸酯3-5份，轻质碳酸钙8-12份，高岭土20-25份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱2-3份，十二烷基磺酸钠1-2份，二甲基硅油0.03-0.05份，消泡剂TegoFoamex843 0.05-0.07份，润湿剂Wet265 0.2-0.4份，润湿剂Wet500 0.1-0.2份，流平剂0.4-0.5份，聚丙烯酰胺0.3-0.5份，甲基纤维素0.1-0.2份，1，2-苯并异噻唑啉-3-酮0.02-0.04份，紫外线吸收剂UV-P 0.1-0.3份。
针对上述中的相关技术，发明人认为紫外线吸收剂UV-P在使用过程中不够环保，且其抗紫外线性能有限，无法有效提高涂层的抗裂性，因此，如何在提高涂料抗裂性能的同时确保其环保性是亟需解决的问题。
发明内容
为了在提高涂料抗裂性能的同时确保其环保性，本申请提供一种外墙涂料。
第一方面，本申请提供一种外墙涂料，采用如下的技术方案：
一种外墙涂料，由包含以下重量份的原料制成：无机硅酸盐40～60份、石英砂35～55份、重钙25～35份、填料10～20份、抗裂剂5～10份、羟乙基纤维素3～7份、三氧化二锑4～6份、氢氧化镁2～4份、分散剂1～5份以及水25～45份，所述抗裂剂包括质量比为1:(0.3～0.9)的碳量子点与纳米TiO2。
通过采用上述技术方案，碳量子点与纳米TiO2均为环保材料，对环境无毒害作用，本申请采用碳量子点与纳米TiO2复合作为抗裂剂添加至涂料体系配方中，由于碳量子点主要吸收260～320nm的紫外波长，具有优越的紫外线吸收性能，从而起到良好的抗紫外线作用。纳米TiO2不仅具有优异的耐腐蚀性，而且其粒径微小，光线能透过纳米TiO2的粒子面，并对中波区紫外线产生强烈的吸收作用，从而弥补碳量子点波长吸收范围较窄的缺陷，两者复合使用，获得良好的抗紫外线性能，从而降低紫外光对涂料的老化影响，实现提高涂料抗裂性能的作用。
优选的，所述纳米TiO2以分散液的形式加入体系，所述纳米TiO2分散液的制备方法为：1)常温下将纳米TiO2分散至15wt％～25wt％的乙二醇-水溶液中，配制出悬浮液；2)对悬浮液进行搅拌，使纳米TiO2分散均匀；3)向搅拌液中加入十六烷基三甲基溴化铵，超声分散制得分散液；4)添加乙酸直至将分散液的pH值调节至4.0～5.0，制得纳米TiO2分散液。
通过采用上述技术方案，由于直接加入体系中的纳米TiO2分散稳定性较低，颗粒之间容易在体系中发生团聚而影响涂料的稳定性，导致涂料内部产生裂缝，先将纳米TiO2制备成性能稳定的分散液，再加入体系中以确保其在长期使用过程中的稳定性，从而确保其抗紫外线效果，使得涂料具备良好的持久抗裂性能。
选用乙二醇-水溶液作为溶剂，并限定其添加量在15wt％～25wt％，纳米TiO2在15wt％～25wt％的乙二醇-水溶液中具有良好的分散稳定性。十六烷基三甲基溴化铵的分子基团吸附在纳米TiO2表面，使纳米TiO2由疏水状态变为亲水状态，且十六烷基三甲基溴化铵可以改变纳米TiO2颗粒表面的带电情况，增大Zeta电位，从而增大颗粒之间的排斥力，以此提高颗粒之间的分散稳定性。将分散液的pH调节至4.0～5.0，使分散液中的Zeta电位保持在较大的数值，从而提高纳米TiO2颗粒表面的静电层电荷密度，以此确保颗粒之间具有良好的分散性。
优选的，所述十六烷基三甲基溴化铵溶液的添加量为0.1wt％～0.4wt％。
通过采用上述技术方案，当十六烷基三甲基溴化铵的添加量过少时，无法增加纳米TiO2颗粒之间的静电排斥力或增效不足；当十六烷基三甲基溴化铵的添加量过多时，会导致纳米TiO2分子基团交联，造成团聚加重的问题，因此，将十六烷基三甲基溴化铵溶液的添加量控制在0.1wt％～0.4wt％，以确保其对纳米TiO2颗粒具有稳定的分散增效效果。
优选的，所述纳米TiO2的粒径为10～30nm。
通过采用上述技术方案，纳米TiO2的粒径过大，粒子之间因自身体积原因相聚较远而更易产生静电吸力，从而导致团聚；纳米TiO2的粒径过小，一方面其颗粒具有较高的表面能，导致颗粒之间形成团聚体，另一方面，粒径过小的颗粒其表面积更大，会含有更多的可电离位点，其在分散液中会产生更高的电解质浓度，导致Zeta电位降低，从而导致分散液的稳定性变差。因此，控制纳米TiO2的粒径在10～30nm，以提高其分散稳定性。
优选的，所述原料还包括苎麻/石墨复配纤维。
通过采用上述技术方案，苎麻具有优异的韧性与拉伸强度，而石墨具有良好的耐腐蚀性、化学稳定性、导热性等性能，苎麻与石墨复配，苎麻可用于弥补石墨脆性较大、韧性不足的缺陷，而石墨又可弥补苎麻强度不足的缺陷，两者复合制备的苎麻/石墨复配纤维添加至涂料体系中，有利于提高涂料的耐腐蚀性、柔韧性、化学稳定性等，从而提高涂料的使用耐久性。
优选的，所述苎麻/石墨复配纤维的制备方法为：分别将苎麻麻骨与石墨干燥后经粗磨、精磨制成粉末，然后将两者粉碎成纳米级粉末；再将纳米级苎麻粉末与纳米级石墨粉末混合均匀，加水搅拌制得混合乳液；最后将混合乳液混匀挤出后，重新纺制成丝，制得苎麻/石墨复配纤维。
通过采用上述技术方案，将苎麻与石墨磨成粉末混合的目的是提高两者的混合均匀性与分散稳定性。
优选的，所述填料包括云母粉15～25份、植酸钠5～10份、蒙脱土15～20份以及空心玻璃微珠10～20份。
通过采用上述技术方案，云母粉、植酸钠、蒙脱土以及空心玻璃微珠复合，云母粉与蒙脱土特有的粘附性将涂料体系中的各种组分粘合紧密，从而增强涂层的结构强度，降低裂纹的生长概率，且云母粉与蒙脱土本身还具有良好的抗腐蚀性；植酸钠用于对碳量子点与纳米TiO2的抗紫外线性能辅助增效；空心玻璃微珠特殊的结构，使其具有良好的保温性能，且其具有反射光的作用，具有辅助增强涂料抗紫外线性能的效果。
优选的，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的任意一种。
通过采用上述技术方案，三聚磷酸钠、六偏磷酸钠以及焦磷酸钠均为无机分散剂，分散性能显著且环保无毒，其价廉易得，因此，选用三聚磷酸钠、六偏磷酸钠以及焦磷酸钠之一作为本申请配方中的分散剂使用。
第二方面，本申请提供一种外墙涂料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种外墙涂料的制备方法，包括以下制备步骤：
S1.将无机硅酸盐、石英砂、重钙先搅拌混合均匀，制得混合物1；
S2.再将填料、羟乙基纤维素与混合物1混合均匀，制得混合物2；
S3.向混合物2中加入水，搅拌均匀制得拌合物1；
S4.向混合物3中加入碳量子点与纳米TiO2，搅拌均匀制得拌合物2；
S5.向拌合物2中加入抗裂剂、三氧化二锑、氢氧化镁以及分散剂，拌和均匀制得涂料成品。
通过采用上述技术方案，将不同的组分依次添加搅拌混合相较于同时添加更有利于各组分之间分散均匀，碳量子点与纳米TiO2在添加完水之后加入，有利于两者在水中分散，从而提高两者的分散稳定性，从而提高涂料的结构稳定性以使涂料的抗紫外线性能充分发挥。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用碳量子点与纳米TiO2复合作为抗裂剂添加至涂料体系配方中，纳米TiO2不仅具有优异的耐腐蚀性，而且其粒径微小，光线能透过纳米TiO2的粒子面，并对中波区紫外线产生强烈的吸收作用，从而弥补碳量子点波长吸收范围较窄的缺陷，两者复合使用，获得良好的抗紫外线性能，从而降低紫外光对涂料的老化影响，实现提高涂料抗裂性能的作用。
2、本申请中优选采用纳米TiO2分散液，再加入体系中以确保其在长期使用过程中的稳定性，从而确保其抗紫外线效果，使得涂料具备良好的持久抗裂性能。
3、本申请采用的制备纳米TiO2分散液的方法，有利于确保纳米TiO2在涂料体系中的稳定性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料的制备例
制备例1
纳米TiO2分散液的制备方法为：1)常温下将粒径为20nm的纳米TiO2分散至20wt％的乙二醇-水溶液中，配制出悬浮液；2)对悬浮液进行搅拌，使纳米TiO2分散均匀；3)向搅拌液中加入0.25wt％的十六烷基三甲基溴化铵，超声分散制得分散液；4)添加乙酸直至将分散液的pH值调节至4.5，制得纳米TiO2分散液。
制备例2，与制备例1的不同之处在于，十六烷基三甲基溴化铵的添加量为0.1wt％。
制备例3，与制备例1的不同之处在于，十六烷基三甲基溴化铵的添加量为0.4wt％。
制备例4，与制备例1的不同之处在于，十六烷基三甲基溴化铵的添加量为0.05wt％。
制备例5，与制备例1的不同之处在于，十六烷基三甲基溴化铵的添加量为0.5wt％。
制备例6，与制备例1的不同之处在于，纳米TiO2的粒径为10nm。
制备例7，与制备例1的不同之处在于，纳米TiO2的粒径为30nm。
制备例8，与制备例1的不同之处在于，纳米TiO2的粒径为5nm。
制备例9，与制备例1的不同之处在于，纳米TiO2的粒径为40nm。
制备例10
苎麻/石墨复配纤维的制备方法为：分别将质量比为1:1的苎麻麻骨与石墨干燥后经粗磨、精磨制成粉末，然后将两者粉碎成纳米级粉末；再将纳米级苎麻粉末与纳米级石墨粉末混合均匀，加水搅拌制得混合乳液；最后将混合乳液混匀挤出后，重新纺制成丝，制得苎麻/石墨复配纤维。
实施例
实施例1
一种外墙涂料，由包含以下重量份的原料制成：无机硅酸盐40kg、石英砂35kg、重钙25kg、填料10kg、质量比为1:0.3的碳量子点与纳米TiO2 5kg、羟乙基纤维素3kg、三氧化二锑4kg、氢氧化镁2kg、三聚磷酸钠1kg以及水25kg；
填料包括云母粉15kg、植酸钠5kg、蒙脱土15kg以及空心玻璃微珠10kg；
外墙涂料的制备方法包括以下步骤：
S1.将无机硅酸盐、石英砂、重钙先搅拌混合均匀，制得混合物1；
S2.再将填料、羟乙基纤维素与混合物1混合均匀，制得混合物2；
S3.向混合物2中加入水，搅拌均匀制得拌合物1；
S4.向混合物3中加入碳量子点与纳米TiO2，搅拌均匀制得拌合物2；
S5.向拌合物2中加入抗裂剂、三氧化二锑、氢氧化镁以及三聚磷酸钠，拌和均匀制得涂料成品。
实施例2
一种外墙涂料，由包含以下重量份的原料制成：无机硅酸盐50kg、石英砂45kg、重钙30kg、填料15kg、质量比为1:0.6的碳量子点与纳米TiO2 7.5kg、羟乙基纤维素5kg、三氧化二锑5kg、氢氧化镁3kg、六偏磷酸钠3kg以及水35kg；
填料包括云母粉20kg、植酸钠7.5kg、蒙脱土17.5kg以及空心玻璃微珠15kg；
外墙涂料的制备方法包括以下步骤：
S1.将无机硅酸盐、石英砂、重钙先搅拌混合均匀，制得混合物1；
S2.再将填料、羟乙基纤维素与混合物1混合均匀，制得混合物2；
S3.向混合物2中加入水，搅拌均匀制得拌合物1；
S4.向混合物3中加入碳量子点与纳米TiO2，搅拌均匀制得拌合物2；
S5.向拌合物2中加入抗裂剂、三氧化二锑、氢氧化镁以及六偏磷酸钠，拌和均匀制得涂料成品。
实施例3
一种外墙涂料，由包含以下重量份的原料制成：无机硅酸盐60kg、石英砂55kg、重钙35kg、填料20kg、质量比为1:0.9的碳量子点与纳米TiO2 10kg、羟乙基纤维素7kg、三氧化二锑6kg、氢氧化镁4kg、焦磷酸钠5kg以及水45kg；
填料包括云母粉25kg、植酸钠10kg、蒙脱土20kg以及空心玻璃微珠20kg；
外墙涂料的制备方法包括以下步骤：
S1.将无机硅酸盐、石英砂、重钙先搅拌混合均匀，制得混合物1；
S2.再将填料、羟乙基纤维素与混合物1混合均匀，制得混合物2；
S3.向混合物2中加入水，搅拌均匀制得拌合物1；
S4.向混合物3中加入碳量子点与纳米TiO2，搅拌均匀制得拌合物2；
S5.向拌合物2中加入抗裂剂、三氧化二锑、氢氧化镁以及焦磷酸钠，拌和均匀制得涂料成品。
实施例4，本实施例与实施例2的区别之处在于：
纳米TiO2以分散液的形式加入体系，纳米TiO2分散液由制备例1制得。
实施例5，本实施例与实施例2的区别之处在于：
纳米TiO2以分散液的形式加入体系，纳米TiO2分散液由制备例2制得。
实施例6，本实施例与实施例2的区别之处在于：
纳米TiO2以分散液的形式加入体系，纳米TiO2分散液由制备例3制得。
实施例7，本实施例与实施例2的区别之处在于：
纳米TiO2以分散液的形式加入体系，纳米TiO2分散液由制备例4制得。
实施例8，本实施例与实施例2的区别之处在于：
纳米TiO2以分散液的形式加入体系，纳米TiO2分散液由制备例5制得。
实施例9，本实施例与实施例2的区别之处在于：
纳米TiO2以分散液的形式加入体系，纳米TiO2分散液由制备例6制得。
实施例10，本实施例与实施例2的区别之处在于：
纳米TiO2以分散液的形式加入体系，纳米TiO2分散液由制备例7制得。
实施例11，本实施例与实施例2的区别之处在于：
纳米TiO2以分散液的形式加入体系，纳米TiO2分散液由制备例8制得。
实施例12，本实施例与实施例2的区别之处在于：
纳米TiO2以分散液的形式加入体系，纳米TiO2分散液由制备例9制得。
实施例13，本实施例与实施例2的区别之处在于：
原料还包括苎麻/石墨复配纤维6kg，苎麻/石墨复配纤维由制备例10制得。
实施例14，本实施例与实施例4的区别之处在于：
原料还包括苎麻/石墨复配纤维6kg，苎麻/石墨复配纤维由制备例10制得。
实施例15，本实施例与实施例2的区别之处在于：
填料包括云母粉20kg、蒙脱土17.5kg以及空心玻璃微珠15kg。
实施例16，本实施例与实施例2的区别之处在于：
填料包括云母粉20kg、植酸钠7.5kg以及空心玻璃微珠15kg。
对比例
对比例1，与实施例2的不同之处在于，
质量比为1:0.6的碳量子点与纳米TiO2 5kg由UV-P 5kg替代。
对比例2，与实施例2的不同之处在于，
质量比为1:0.6的碳量子点与纳米TiO2 5kg由纳米TiO2 5kg替代。
对比例3，与实施例2的不同之处在于，
质量比为1:0.6的碳量子点与纳米TiO2 5kg由碳量子点5kg替代。
对比例4，与实施例2的不同之处在于，
碳量子点与纳米TiO2的质量比为1:0.3。
对比例5，与实施例2的不同之处在于，
碳量子点与纳米TiO2的质量比为1:0.9。
对比例6，与实施例2的不同之处在于，
碳量子点与纳米TiO2的质量比为1:0.2。
对比例7，与实施例2的不同之处在于，
碳量子点与纳米TiO2的质量比为1:1。
性能检测试验
对由实施例1～15以及对比例1～7制备的外墙涂料的性能进行以下检测。
试验方法
1、抗裂性能检测
分别将实施例1～15以及对比例1～7制备的外墙涂料涂覆在拟外墙基材表面，形成厚度一致的涂层试样，再将试样至于紫外光下集中照射360h，再在显微镜下观察涂层试样表面的裂纹以及剥落情况，分为以下7个等级：
0级：完全光滑，基本无裂纹；
1级：存在裂纹，裂纹根数＜5根；
2级：存在裂纹，5根≤裂纹根数＜15根；
3级：存在裂纹，15根≤裂纹根数＜25根；
4级：存在裂纹，15根≤裂纹根数＜25根，存在小块的剥离，影响面积＜5％；
5级：存在裂纹，裂纹根数≥25根，存在剥离，影响面积为5～15％；
6级：存在裂纹，裂纹根数≥25根，存在剥离，影响面积≥15％。
将等级结果记录在表1中。
2、韧性检测
根据GB/T16777-2008对涂层试样的断裂伸长率进行测试，断裂伸长率越大，说明涂层试样的韧性越强，说明其抵抗裂纹产生的能力越强，测试结果记录于表1中。
表1
| 涂层试样 | 裂纹及剥落等级 | 断裂伸长率/％ |
| 实施例1 | 3 | 365 |
| 实施例2 | 2 | 372 |
| 实施例3 | 3 | 369 |
| 实施例4 | 1 | 388 |
| 实施例5 | 2 | 385 |
| 实施例6 | 2 | 382 |
| 实施例7 | 4 | 375 |
| 实施例8 | 3 | 374 |
| 实施例9 | 2 | 382 |
| 实施例10 | 2 | 384 |
| 实施例11 | 3 | 378 |
| 实施例12 | 4 | 380 |
| 实施例13 | 1 | 394 |
| 实施例14 | 0 | 403 |
| 实施例15 | 4 | 349 |
| 实施例16 | 3 | 356 |
| 对比例1 | 6 | 347 |
| 对比例2 | 5 | 354 |
| 对比例3 | 5 | 356 |
| 对比例4 | 3 | 367 |
| 对比例5 | 3 | 369 |
| 对比例6 | 4 | 364 |
| 对比例7 | 4 | 362 |
结合实施例1～3和对比例1～7并结合表1可以看出，本申请中采用碳量子点与纳米TiO2配合的方式有效提高了外墙涂料的抗紫外线性能，从该方便提高了外墙涂料的抗裂性能；碳量子点与纳米TiO2主要影响涂料涂层的抗裂性能，对其韧性的影响较小，但也会产生影响；两者的配比也会影响涂层的抗裂性能，因此，需要将两者的添加比控制在合适的范围内。
结合实施例2、4～12并结合表1可以看出，纳米TiO2以分散液形式加入体系中，对于涂层的抗裂性能的提升效果更为显著，这可能是因为分散液的性质稳定，在紫外光照射下的稳定性更强，因此，涂层的抗裂性能有所提升。十六烷基三甲基溴化铵的添加量与纳米TiO2的粒径都会对涂层的抗裂性产生一定的影响，因此，应控制在合适的范围内。
结合实施例2、13～14并结合表1可以看出，苎麻/石墨复配纤维的添加有利于从提高涂层韧性的方面提高涂层的抗裂性能。
结合实施例2、15～16并结合表1可以看出，填料之间的相互配合有利于确保涂层的抗裂性能与韧性，若不采用云母粉、植酸钠、蒙脱土20kg以及空心玻璃微珠的配合，涂层的抗裂性与韧性都会产生一定程度地下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种外墙涂料，其特征在于：由包含以下重量份的原料制成：无机硅酸盐40～60份、石英砂35～55份、重钙25～35份、填料10～20份、抗裂剂5～10份、羟乙基纤维素3～7份、三氧化二锑4～6份、氢氧化镁2～4份、分散剂1～5份以及水25～45份，所述抗裂剂包括质量比为1:（0.3～0.9）的碳量子点与纳米TiO2；
所述原料还包括苎麻/石墨复配纤维，所述苎麻/石墨复配纤维的制备方法为：分别将苎麻麻骨与石墨干燥后经粗磨、精磨制成粉末，然后将两者粉碎成纳米级粉末；再将纳米级苎麻粉末与纳米级石墨粉末混合均匀，加水搅拌制得混合乳液；最后将混合乳液混匀挤出后，重新纺制成丝，制得苎麻/石墨复配纤维；
所述填料包括云母粉15～25份、植酸钠5～10份、蒙脱土15～20份以及空心玻璃微珠10～20份。
2.根据权利要求1所述的一种外墙涂料，其特征在于：所述纳米TiO2以分散液的形式加入体系，所述纳米TiO2分散液的制备方法为：1）常温下将纳米TiO2分散至15wt%～25wt%的乙二醇-水溶液中，配制出悬浮液；2）对悬浮液进行搅拌，使纳米TiO2分散均匀；3）向搅拌液中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液，超声分散制得分散液；4）添加乙酸直至将分散液的pH值调节至4.0～5.0，制得纳米TiO2分散液。
3.根据权利要求2所述的一种外墙涂料，其特征在于：所述十六烷基三甲基溴化铵溶液的添加量为0.1wt%～0.4wt%。
4.根据权利要求2所述的一种外墙涂料，其特征在于：所述纳米TiO2的粒径为10～30nm。
5.根据权利要求1所述的一种外墙涂料，其特征在于：所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的任意一种。
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