CN112280451B - 一种仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料的制备方法,包括如下步骤:(1)纳米纤维素分散体的制备;(2)二氧化硅分散体的制备;(3)将成膜物质和助剂投入分散缸中分散30分钟;(4)投入催化剂、钛白粉、炭黑、陶瓷微珠、超高蜡粉分散均匀后使用砂磨机研磨,直到细度小于30μm;(5)投入纳米纤维素分散体和纳米二氧化硅分散体,高速搅拌30分钟;(6)加入陶瓷三氧化铝和固化剂得到最终产品。本发明应用仿生学原理,根据荷叶的不粘水的自清洁效应,制备的地坪材料,具有耐污清洁效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料制备方法,属于地坪化工新材料技术领域。
背景技术
地坪是指使用特定材料和工艺对原有地面进行施工处理并呈现出一定装饰性和功能性的地面。例如树脂类地坪,包括环氧自流平地坪、环氧防静电地坪、环氧防滑地坪、聚脲防腐地坪、聚氨酯地坪;树脂砂浆地坪,环氧磨石地坪、环氧彩砂地坪、聚氨酯砂浆地坪等;如无机类地坪金刚砂耐磨地坪、水泥基水磨石、混凝土密封固化剂地坪等。
中国专利CN111334174A公开了一种地坪材料,包括独立分装的A组分和B组分,A组分包括HDI三聚体固化剂,B组分包括聚天门冬氨酸树脂、分散剂、流平剂、消泡剂、防尘剂、吸水剂、导电纤维、单壁碳纳米管、色粉和填料,该地坪材料具有干燥快、可低温固化、抗划伤性、耐磨性能和防静电性能。
随着社会的发展,人们对建筑体六面体要求也越来越高,在满足专业需要的功能性的同时,装饰性能也是要求越来越高,其中对材料表面的抗耐污性能以及易清洁性能尤为突出。比如工业制造场所,地坪的表面污染不单单对装饰影响,还对制造有直接影响;再比如,车库系统的轮胎痕迹。目前最有效的方式是投入大量清洗保洁工作和重复翻新建设,导致资源浪费和应用限制。
因此开发具有耐污染易清洁功能的地坪材料成为业内重要研究热点。涂层污染一般是物理性的污染,其主要机理包括表面附着性污染和涂层不致密导致微孔吸附。涂层提高耐沾污性传统上可以通过以下几个个方向获得:(1)涂层低表面能,使得污染物很难稳定附着在涂层的表面;(2)涂层表面亲水性,使得水十分容易润湿涂层表面,使水能够浸入到污染物下面,完成脱离污染物,完成易清洁;(3)涂层具有更高的致密性,可以通过提高交联密度;这些技术方案主要通过化学方案在现实得到广泛应用,并没提及物理的宏观表面尺寸。
在数学领域,有种理论是分形,简单讲,就是局部与整体的自相似性,很多自然和人工复杂系统都呈现出分形的特性,包括树木、河流、山川、城市、道路网络等,但是在涂料领域应用甚至在化工领域应用很少涉及。
予独爱莲之出淤泥而不染,濯清涟而不妖,中通外直,不蔓不枝,香远益清,亭亭净植,可远观而不可亵玩焉。
荷花之所以能出淤泥而不染,荷叶扮演着重要的清洁工角色,这是由其表面的微观结构和含低表面能的化学生物物质所决定。
本发明将分形理论应用于地坪材料领域,基于荷叶的生物特性,制作了一种耐污清洁地坪材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有耐污易清洁效果的仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料。
基于荷叶的生物特性,通过分形算法计算相似程度,并计算出相应的配方(算法不公开),选用生物基纳米纤维素,纳米气硅,空心微球,超高分子量聚四氟乙烯蜡粉,陶瓷刚玉为形态组合物,并赋予成膜物资及各类助剂通过限定的制备工艺实现耐污清洁地坪材料。
其制备方法包括以下步骤:
(1)纳米纤维素分散体的制备;
(2)二氧化硅分散体的制备;
(3)将成膜物质和助剂投入分散缸中分散30分钟;
(4)投入催化剂、钛白粉、炭黑、陶瓷微珠、超高蜡粉分散均匀后使用砂磨机研磨,直到细度小于30μm;
(5)投入纳米纤维素分散体和纳米二氧化硅分散体,高速搅拌30分钟;
(6)加入陶瓷三氧化铝和固化剂得到最终产品。
优选的,所述步骤(1)纳米纤维素分散体的制备包括以下步骤:
a.在搅拌缸体投入改性丙烯酸酯嵌段共聚物和亲和基团共聚溶液,慢慢投入纳米纤维素,搅拌一小时,温度不超过40度,产生触变极大并不流动的膏体;
b.转移缸体,使用高压砂磨机,并使用液氮冷却至-20度,砂磨循环研磨,直到达到透明、无触变、均匀流动液体,使用单色激光可见丁达尔效应;
c.完成研磨后,密封,低温不超过20度保存。
优选的,所述步骤(2)二氧化硅分散体的制备包括以下步骤:
i)在带有夹套搅拌缸体投入碳羟基有机硅改性物和单羟基有机硅丙烯酸酸改性硅油,慢慢投入二氧化硅,高速搅拌一小时,产生触变极大并不流动的膏体;
ii)夹套中通入热油,使缸体内液体控制120-150摄氏度,密封搅拌缸并开启真空,高速搅拌均质,直到达到透明、无触变、均匀流动液体,使用单色激光可见丁达尔效应。
iii)完成研磨后,密封保存。
优选的,所述纳米纤维素分散体,由如下质量分数的原料组成,纳米纤维素10%,改性丙烯酸酯嵌段共聚物10%,亲和基团共聚溶液80%。
优选的,所述纳米纤维素为纳米晶纤维素,长度和直径15-25nm,添加量0.01%~0.1%;所述亲和基团共聚溶液为含颜料亲和基团共聚溶液。
优选的,所述二氧化硅分散体,由如下质量分数的原料组成,二氧化硅10%,碳羟基有机硅改性物45%,单羟基有机硅丙烯酸酸改性硅油45%;添加量0.1%~0.5%。二氧化硅分散体表面每平方纳米包含1.7个硅羟基,碳羟基有机硅改性为四官能碳羟基的改性硅油,其分子量为2000。
优选的,所述二氧化硅为气硅或疏水处理的纳米二氧化硅或亲水的二氧化硅;亲水二氧化硅的直径为20nm,比表面积200。
优选的,所述步骤(3)中的成膜物质为聚氨酯、聚脲树脂或胺固化环氧树脂;助剂为消泡剂,流平剂,润湿分散剂,防沉降剂,防静电剂,抗UV稳定剂,以及表面张力和表面能控制剂。
聚氨酯和聚脲树脂,包括异氰酸酯部分和羟基部分(包括空气中的水);胺固化环氧树脂,包括胺以及含有环氧加成物的单官能度和多官能度。
优选的,所述步骤(4)中的陶瓷微珠直径1μm,添加量1%-2%;超高分子量聚四氟乙烯蜡粉,分子量200万~900万,粒径20μm~200μm添加量1%-2%;
优选的,所述步骤(6)中的,100-200目,添加量30-50%。
本发明制造工艺核心在于纳米物质的分散以及保持,其中纳米纤维素在低温下-20摄氏度研磨分散,亲水二氧化硅和碳羟基有机硅改性体需要在120摄氏度分散研磨,设备为高速研磨机,高速砂磨机,其分散作用力为π-π键相互作用、氢键作用、离子键作用以及静电作用,优选静电稳定为主,氢键为辅。其他作用过多,会降低后期的生物特性,降低清洁功能。
本发明根据仿生学机理,根据荷叶的不粘水的自清洁效应,制造了一种仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料,具有耐污清洁效果,降低了清洗保洁工作难度和重复翻新建设的次数,减少资源浪费和应用限制。同时其他综合性能复合GB/T 22374-2018《地坪涂装材料》的要求。
附图说明
图1为使用GB/T 9780—2013《建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》规定灰分进行污染擦试的对比图。
图2为实施例1的微观结构图。
图3为实施例1的微观结构的10倍放大电镜照片。
图4为实施例1的微观结构的500倍放大电镜照片。
图5为实施例1的微观结构的10000倍放大电镜照片。
具体实施方式
通过下面给出的实施例和对比例进一步说明本发明,实施例及对比例中的羟基树脂为改性蓖麻油树脂。
实施例1
(1)纳米纤维素分散体的制备:
a.在搅拌缸体投入改性丙烯酸酯嵌段共聚物和亲和基团共聚溶液,慢慢投入纳米纤维素,搅拌一小时,温度不超过40度,产生触变极大并不流动的膏体;
b.转移缸体,使用高压砂磨机,并使用液氮冷却至-20度,砂磨循环研磨,直到达到透明、无触变、均匀流动液体,使用单色激光可见丁达尔效应;
c.完成研磨后,密封,低温不超过20度保存。
(2)纳米二氧化硅分散体的制备:
i)在带有夹套搅拌缸体投入碳羟基有机硅改性物和单羟基有机硅丙烯酸酸改性硅油,慢慢投入二氧化硅,高速搅拌一小时,产生触变极大并不流动的膏体;
ii)夹套中通入热油,使缸体内液体控制120-150摄氏度,密封搅拌缸并开启真空,高速搅拌均质,直到达到透明、无触变、均匀流动液体,使用单色激光可见丁达尔效应。
iii)完成研磨后,密封保存。
(3)将树脂和分散剂投入分散缸中分散30分钟;
(4)投入催化剂、钛白粉、炭黑、陶瓷微珠、超高蜡粉分散均匀后使用砂磨机研磨,直到细度小于30μm;
(5)投入纳米纤维素分散体和纳米二氧化硅分散体,高速搅拌30分钟;
(6)加入陶瓷三氧化铝和固化剂得到最终产品。
实施例2~6与实施例1的制造工艺相同,和实施例所不同的是使用煅烧高岭土分别替换纳米纤维素分散体、纳米二氧化硅分散体、纳米二氧化硅分散体、陶瓷微珠以及超高蜡粉,实施例与对比例由以下重量份的原料组成,如表1所示。
表1
对实施例以及对比例的地坪材料进行使用色差仪测试污染区和非污染区的色差值测试五点,十字四点和中心一点,如附图1所示,求平均值。以ΔE为评判指标。ΔE越小,则表示污渍处的颜色与非污染区的空白涂膜越接近,耐污性能越好。然后进行抗热轮胎压痕评价,按照GB/T 22374-2018《地坪涂装材料》制板、养护、测试,结果如表2所示。
表2
从耐污性和抗热轮胎痕迹来看,实施例具有很好的使用效果。
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,在不脱离本发明精神的基础之下,本领域普通技术人员可以对本发明的技术方案做出的各种修改和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)纳米纤维素分散体的制备;
(2)二氧化硅分散体的制备;
(3)将成膜物质和助剂投入分散缸中分散10-60分钟;
(4)投入催化剂、钛白粉、炭黑、陶瓷微珠、超高蜡粉,分散均匀后使用砂磨机研磨,直到细度小于30μm;
(5)投入纳米纤维素分散体和纳米二氧化硅分散体,高速搅拌10-60分钟;
(6)加入陶瓷三氧化铝和固化剂得到最终产品;
所述步骤(4)中的陶瓷微珠的直径1μm,添加量1%-2%;步骤(4)中所述蜡粉为超高分子量聚四氟乙烯蜡粉, 分子量200万~900万,粒径20μm~200μm, 添加量1%-2%;所述步骤(6)中的陶瓷三氧化二铝的粒径大小为100-200目,添加量30-50%。
2.根据权利要求1所述的仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料制备方法,其特征在于,所述步骤(1)纳米纤维素分散体的制备包括以下步骤:
a.在搅拌缸体中投入改性丙烯酸酯嵌段共聚物和亲和基团共聚溶液,慢慢投入纳米纤维素,搅拌一小时,以使温度不超过40℃,产生触变极大并不流动的膏体;
b.转移缸体,使用高压砂磨机,并使用液氮冷却至-20℃,砂磨循环研磨,直到达到透明、无触变、均匀流动液体,使用单色激光可见丁达尔效应;
c.完成研磨后,密封,低温保存,温度不超过20℃。
3.根据权利要求1所述的仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料制备方法,其特征在于,所述步骤(2)纳米二氧化硅分散体的制备包括以下步骤:
i)在带有夹套搅拌缸体投入碳羟基有机硅改性物和单羟基有机硅丙烯酸酸改性硅油,慢慢投入二氧化硅,搅拌一小时,产生触变极大并不流动的膏体;
ii)夹套中通入热油,使缸体内液体控制120-150℃,密封搅拌缸并开启真空,搅拌均质,直到达到透明、无触变、均匀流动液体,使用单色激光可见丁达尔效应;
iii)完成研磨后,密封保存。
4.根据权利要求2所述的仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料制备方法,其特征在于,所述纳米纤维素分散体是由如下质量分数的原料组成:纳米纤维素10%,改性丙烯酸酯嵌段共聚物10%,亲和基团共聚溶液80%。
5.根据权利要求2所述的仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料制备方法,其特征在于,纳米纤维素分散体的制备中所述步骤a中的纳米纤维素为纳米晶纤维素,长度和直径均为15-25nm,添加量为0.01%~0.1%;亲和基团共聚溶液为含颜料亲和基团共聚溶液或不含颜料亲和基团共聚溶液。
6.根据权利要求3所述的仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料制备方法,其特征在于,二氧化硅分散体的制备中所述二氧化硅分散体是由如下质量分数的原料组成:二氧化硅10%,碳羟基有机硅改性物45%,单羟基有机硅丙烯酸酸改性硅油45%,添加量0.1%~0.5%。
7.根据权利要求3所述的仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料制备方法,其特征在于,纳米二氧化硅分散体的制备中所述步骤i)中的二氧化硅为气硅或疏水处理的纳米二氧化硅或亲水的二氧化硅;亲水二氧化硅的直径为2-30nm,比表面积50-300m2/g。
8.根据权利要求1所述的仿生分形生物基耐污易清洁地坪材料制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中的成膜物质为聚氨酯、聚脲树脂或胺固化环氧树脂;所述助剂为消泡剂,流平剂,润湿分散剂,防沉降剂,防静电剂,抗UV稳定剂,以及表面张力和表面能控制剂。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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