CN113248981A - 一种石墨烯改性的水性弹性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种石墨烯改性的水性弹性涂料组合物，所述组合物包括以质量份计的以下组分：弹性乳液38‑43份，钛白粉13‑18份，填料20‑25份，润湿剂0.2‑0.3份，分散剂0.5‑0.6份，中和剂0.1‑0.2份，消泡剂0.2‑0.4份，成膜助剂0.4‑0.6份，石墨烯水溶液2‑2.5份，水15‑30份，以及增稠剂0.5‑1份；其中石墨烯在所述石墨烯水溶液中的浓度为1.2mg/ml～1.4mg/ml。本申请的涂料组合物不仅具有较强的质感，较好的耐候性、耐水性、耐碱性，耐沾污性能优良，还具有防火、抗菌等功能。

Description

一种石墨烯改性的水性弹性涂料及其制备方法

技术领域

本申请涉及涂料技术领域，特别是涉及一种石墨烯改性的水性弹性涂料 及其制备方法。

背景技术

外墙涂料长期暴露于户外，受到日光、雨水、风沙、冷热变化等的影响， 经过一段时间后，饰面的外观发生开裂、剥落、粉化、变色、退色等现象。 特别是在西北地区，气候干燥，紫外线强烈，昼夜温差大，造成墙体开裂， 建筑裂缝乃当今建筑施工质量中最常见的问题，长久以来一直困扰着当今的 建筑业。裂缝的出现不仅影响建筑饰面的美观，而且会对建筑物本身产生不 利影响，甚至危害。

在建筑外墙涂料中，弹性涂料由于其具有弹性拉伸好、能够有效地遮盖 墙体的裂纹，因而逐渐成为了外墙装饰中的主导材料。在弹性涂料中，弹性 拉毛涂料具有凹凸质感和纹理，可以修补墙体裂纹，饰面效果突出，立体感 强，因而受到了人们的喜爱。虽然弹性拉毛涂料立体装饰感强，能够形成强 烈的视觉效果，但是其性能单一，不具备防火、抗菌等功能，同时耐沾污性 能差。尤其是在环境污染日益严重的今天，大气中的灰尘以及悬浮物质较多， 凹凸的纹理更容易沾染污染物而影响墙体的装饰效果。

发明内容

本申请的目的是提供一种石墨烯改性的水性弹性涂料及其制备方法，以 解决上述现有技术中存在的弹性拉毛涂料性能单一，不具备防火、抗菌等功 能，同时耐沾污性能差的问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种石墨烯改性的水性弹性涂料 组合物，所述组合物包括以质量份计的以下组分：

其中石墨烯在所述石墨烯水溶液中的浓度为1.2mg/ml～1.4mg/ml。

在一些实施方式中，所述组合物还可以包含0.4-0.6份的防腐剂。

在一些实施方式中，所述弹性乳液可以为苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳 液或氟碳乳液或其混合物；所述钛白粉可以为金红石型钛白粉；所述填料可 以为滑石粉或重钙或其混合物。

在一些实施方式中，所述润湿剂可以为聚氧烯基烷基醚类非离子型润湿 剂，比如市售的SN996或科莱恩的LCN088(这是零VOC，无烷基酚聚氧乙 烯醚类化合物(APEO)的环保助剂)，同时能够改善涂料的浮色发花，还具 有一定的防冻性能，去除了防冻剂的添加，大大降低了VOC的含量。

在一些实施方式中，所述分散剂可以为聚羧酸钠盐，零VOC，如市售的 日本诺普科SN-5027或者陶氏化学的快易。

在一些实施方式中，所述中和剂可以为2-氨基-2-甲基-1-丙醇，如市售的 安格斯AMP-95或者科莱恩的KF100。

在一些实施方式中，所述消泡剂可以为矿物油类、有机硅类或聚醚类或 其混合物，比如市售的如诺普科SN1360，巴斯夫A10；

所述成膜助剂可以为双酯类高沸点有机化合物比如沸点大于260摄氏度 的有机化合物，例如市售伊斯曼的OE300。

在一些实施方式中，所述防腐剂可以不含甲基氯异噻唑啉酮(CIT)、可 吸附有机卤素(AOX)和有机挥发物(VOC)，且所述防腐剂的活性成份可 以为1,2-苯并异噻唑啉酮(BIT)和甲基异噻唑啉酮(MIT)，例如托尔的 MBS或者陶氏化学的CJ-1。

在一些实施方式中，所述增稠剂可以为阴离子型疏水改性丙烯酸碱溶胀 型增稠剂，如TZ-801，改善低剪切粘度方面的作用非常显著，具有高效的增 稠效果和更高的假塑性，从而使涂料在施工中达到适度的立体花纹效果。

在一些实施方式中，石墨烯水溶液可以选用片径在1-3μm，厚度为1-5nm 的石墨烯纳米片制备而成。

在一些实施方式中，所述石墨烯水溶液的制备方法可以包括以下步骤： 在超声设备中加入水为分散介质，再加入异丙醇、聚乙烯吡咯烷酮以及石墨 烯片，超声分散2-3h，静置24-48h，取上层液置于离心机中，在5000-6000r/min 转速下离心30-40min，取上层液，得石墨烯水溶液。在一些实施方式中，水 可以为65wt％，异丙醇可以为5wt％，聚乙烯吡咯烷酮可以为10wt％，石墨烯 可以为20wt％。

另一方面，本申请提供一种制备如上所述的石墨烯改性的水性弹性涂料 组合物的方法，所述方法包括以下步骤：

先将准确称量的水加入容器比如拉缸或大罐中，在400-600r/min的低转 速状态下，缓慢地依次加入分散剂、润湿剂、成膜助剂、消泡剂、中和剂和 任选的防腐剂的一部分，添加完成后搅拌1-2min，提高转速至700-900r/min 中速状态下，依次加入钛白粉、填料，提高转速至1000-1200r/min，高速分散 30分钟，然后降低转速至400-600r/min低速状态下加入弹性乳液、任选的防 腐剂的剩余部分、石墨烯水溶液，搅拌2-3min后缓慢加入增稠剂，在23±2℃ 条件下调整粘度至15-16mPa·s，慢速搅拌15分钟，制得石墨烯改性的水性弹 性涂料。

与现有技术相比，本申请选用片径在1-3μm，厚度为1-5nm的石墨烯纳 米片，所述石墨烯纳米片为正六边形碳环在平面内无限拓展延伸构成，碳原 子sp²杂化形成的六边形碳环，具有高比表面积、快速导电性、优异的化学稳 定性、突出的力学性能、高导热性等性能，能赋予涂料阻燃、防腐、防污效 果。

由于石墨烯的厚度只有几个纳米，具有纳米材料颗粒之间高强的吸附性 能，故很难被完全分散开，且由于纯碳材料所固有的疏水性，使得石墨烯不 能够充分分散在其他材料中，直接影响其功能的充分发挥，本申请将石墨烯 纳米片溶解超声后制备得到石墨烯水溶液，使得石墨烯更好的在涂料中发挥 作用。

本申请为绿色环保型产品，不仅具有较强的质感，较好的耐候性、耐水 性、耐碱性，优良的耐沾污性能，还具有防火、抗菌等功能，更持久的保护 和装饰墙面，零VOC，不含重金属等有害物质，适用于工业、民用、公共场 所等建筑物的墙体、屋顶等部位。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说 明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优 点可通过在说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。

具体实施方式

现详细说明本申请的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本 申请的限制，而应理解为是对本申请的某些方面、特性和实施方案的更详细 的描述。

应理解本申请中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限 制本申请。另外，对于本申请中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围 的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及 任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本 申请内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本申请所述领 域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本申请仅描述了优选的方法和 材料，但是在本申请的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任 何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述 与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书 的内容为准。

在不背离本申请的范围或精神的情况下，可对本申请说明书的具体实施 方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本申请 的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明 书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等， 均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本申请中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。并且，本申请所 引用的原料均可市购获得。

实施例1-3

配方如表1所示。

制备方法：

制备石墨烯水溶液：

选用片径在1-3μm，厚度为1-5nm的石墨烯纳米片，在超声设备中加入 65wt％的水为分散介质，再加入5wt％异丙醇、10wt％聚乙烯吡咯烷酮以及20wt％ 的石墨烯片，超声分散3h，静置24h，取上层液置于离心机中，在5000r/min 转速下离心30min，取上层液；

石墨烯改性的水性弹性涂料的制备：

先将准确称量的水加入拉缸中，在400r/min的低转速状态下，缓慢依次 加入分散剂、润湿剂、成膜助剂消泡剂、中和剂、防腐剂，添加完成后搅拌 2min，提高转速至700r/min中速状态下，依次加入钛白粉、填料，提高转速 至1000r/min，高速分散30分钟，然后降低转速至400r/min低速状态下加入 弹性乳液、防腐剂、石墨烯溶液，搅拌3min后缓慢加入增稠剂，在23±2℃ 条件下调整粘度至15-16mPa·s，慢速搅拌15分钟，制得石墨烯改性的水性弹 性涂料。

其中，实施例1-4中石墨烯水溶液的浓度在1.2-1.4mg/ml之间。

表1

对比例1

与实施例4的不同之处在于，将石墨烯溶液替换为同等石墨烯质量的石 墨烯纳米片，其他组分和涂料制备方法同实施例4。

对比例2

与实施例4的不同之处在于，不添加石墨烯溶液，其他添加组分和涂料 制备方法同实施例4。

根据JG/T172-2014《弹性建筑涂料》、GB24408—2009《建筑用外墙涂 料中有害物质限量》共2个标准对本申请的实施例1-3以及对比例1-2的涂料 进行检测，结果见表2。

表2

根据GB/T21866-2008抗菌涂料抗菌性能测定方法和抗菌效果、 HG/T 3980-2007抗菌涂料测定以及GB12441-2005饰面型防火涂料对本申请 的实施例1-4以及对比例1-2的涂料进行检测，结果见表3。

表3

由表2可以看出，本申请石墨烯改性的水性弹性涂料的耐候性、耐水性、 耐碱性、耐沾污性能优良，对装饰墙面具有更持久的保护，零VOC，不含重 金属等有害物质，并且添加石墨烯溶液后对原有涂料外观状态等没有影响。 而直接添加石墨烯片会因为石墨烯片分散不好，影响产品的遮盖力，导致拉 伸强度下降。

由表3可以看出，本申请石墨烯改性水性厚质弹性涂料还具有抗菌以及 持久的耐火性。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请 而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人 员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细 节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利 要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种石墨烯改性的水性弹性涂料组合物，所述组合物包括以质量份计的以下组分：

其中石墨烯在所述石墨烯水溶液中的浓度为1.2mg/ml～1.4mg/ml。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物还包含0.4-0.6份的防腐剂。

3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述弹性乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液或氟碳乳液或其混合物；所述钛白粉为金红石型钛白粉；所述填料为滑石粉或重钙或其混合物。

4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述润湿剂为聚氧烯基烷基醚类非离子型润湿剂。

5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述分散剂为聚羧酸钠盐；所述中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述消泡剂为矿物油类、有机硅类或聚醚类或其混合物；所述成膜助剂为沸点大于260摄氏度的酯化合物。

7.根据权利要求2所述的组合物，其中所述防腐剂不含甲基氯异噻唑啉酮、可吸附有机卤素和有机挥发物，且所述防腐剂的活性成份为1,2-苯并异噻唑啉酮和甲基异噻唑啉酮；所述增稠剂为阴离子型疏水改性丙烯酸碱溶胀型增稠剂。

8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述石墨烯水溶液选用片径在1-3μm，厚度为1-5nm的石墨烯纳米片制备而成。

9.根据权利要求1所述的组合物，其中所述石墨烯水溶液的制备方法包括以下步骤：

在超声设备中加入水为分散介质，再加入异丙醇、聚乙烯吡咯烷酮以及石墨烯片，超声分散2-3h，静置24-48h，取上层液置于离心机中，离心，取上层液，得所述石墨烯水溶液；

优选地，水为65wt％，异丙醇为5wt％，聚乙烯吡咯烷酮为10wt％，石墨烯片为20wt％，在5000-6000r/min转速下离心30-40min。

10.一种制备根据权利要求1-9中任一项所述的石墨烯改性的水性弹性涂料组合物的方法，所述方法包括以下步骤：

将配方量的水加入容器中，在400-600r/min的低转速状态下，依次加入分散剂、润湿剂、成膜助剂、消泡剂、中和剂和任选的防腐剂的一部分，添加完成后搅拌1-2min，提高转速至700-900r/min中速状态下，依次加入钛白粉、填料，提高转速至1000-1200r/min，高速分散30分钟，然后降低转速至400-600r/min低速状态下加入弹性乳液、任选的防腐剂的剩余部分、石墨烯水溶液，搅拌2-3min后缓慢加入增稠剂，在23±2℃条件下调整粘度至15-16mPa·s，搅拌15分钟，制得石墨烯改性的水性弹性涂料。