CN113292872A - 一种石墨烯复合内墙涂料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯复合内墙涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种石墨烯复合内墙涂料及其制备方法，该石墨烯复合内墙涂料由以下组分按重量份制备而成:无机粘结料10‑30份、石墨烯0.1‑1.5份、纳米TiO21‑5份、多功能助剂0.05‑0.5份、去离子水10‑40份、杀菌剂0.05份、消泡剂0.05‑0.5份、分散剂0.05‑1份、增稠剂0.05‑1份、流变助剂0.05‑1份和颜填料34‑55份，该内墙涂料为三维石墨烯多孔结构，可提升石墨烯吸附降解和杀菌效果；纳米TiO2光催化杀菌效应，可吸附降解室内有害气体且有杀菌的作用，其在附着力和耐洗刷性方面也性能显著，同时不含有游离甲醛，可以达到更安全环保的功效。

Description

一种石墨烯复合内墙涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料涂料技术领域，更具体的说是涉及一种石墨烯复合内墙涂料及其制备方法。
背景技术
室内装饰材料及家具的污染是目前造成杀菌污染的主要方面，油漆、胶合板、刨花填料、内墙涂料、塑料贴面等材料均含有甲醛、苯、乙醇、氯仿等有机化合物，以上物质都具有相当的致癌性。研究调查发现，许多民用和商用建筑的杀菌污染程度是室外空气污染的2-5倍，约有30％的居室因使用有害化学物质而引发“新居综合征”；而且内墙往往伴随着细菌和真菌的生长。因此，如何有效地去除室内有害气体和细菌、真菌，涂料作为一种直接接触杀菌的建筑材料成为新型环保建材领域的研究焦点。
石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状新型碳纳米材料，具有极大的比表面积，每一克石墨烯具有2650平方米的内部吸附面积；石墨烯层状结构表面的官能团，带有少量电荷，易发生分子间静电吸附作用；石墨烯六元环的分子构型易于和有机分子中的苯环产生化学作用；三维石墨烯为多孔结构，较二维石墨烯相比，可以提升石墨烯的立体催化降解效应。
石墨烯的杀菌原理可分成四种机制，第一是“纳米刀”机制。目前高品质的石墨烯约在3-10层，厚度约为1-4nm，现如今已知最小的细菌是0.2毫米，约是石墨烯的5万倍，细菌在这样锋利的纳米级二维材料上游走瞬间就被割破细胞壁而死亡；第二是石墨烯可以通过对细胞膜上磷脂分子的大规模直接抽取来破坏细胞膜从而使细菌的细菌结构失活，这种的对细胞膜上磷脂分子的大规模直接抽取的时间是很短的，大约在纳秒级别；第三是阻隔机制，由于石墨烯的片径远远大于细菌的直径，当细菌被石墨烯片层包围时，会因周围营养物质不能及时有效的供应而“饿死”细胞，致细菌失活；第四是细胞膜上的某些结构会与石墨烯产生某些反应，从而破坏了细胞膜的结构。
纳米二氧化钛在紫外线照射下能激发空穴-电子对，生成生成超氧化物阴离子自由基，与细菌内的有机物反应，生成CO2和H2O，空穴则将吸附在TiO2表面的OH和H2O氧化成·OH，·OH有很强的氧化能力，攻击有机物的不饱和键或抽取H原子产生新自由基，激发链式反应，最终致使细菌分解。
由此，本发明提供了一种石墨烯复合内墙涂料，通过将纳米二氧化钛与石墨烯以及其它辅料复合，使得到的涂料具有净化杀菌、吸收降解有害气体等效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料及其制备方法，该复合内墙涂料可吸附降解室内有害气体杀菌的作用，其在附着力和耐洗刷性方面也性能显著，同时不含有游离甲醛，可以达到更安全环保的功效。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯复合内墙涂料，其特征在于，由以下组分按重量份制备而成：
无机粘结料10-30份、石墨烯0.1-1.5份、纳米TiO21-5份、多功能助剂0.05-0.5份、去离子水10-40份、杀菌剂0.05-1份、消泡剂0.05-0.5份、分散剂0.05-1份、增稠剂0.05-1份、流变助剂0.05-1份和颜填料30-55份。
优选的，石墨烯为三维石墨烯，D50＝10μm。
优选的，纳米TiO2是金红石型晶体结构，具有良好的光催化性能。
优选的，无机粘结料为硅酸钾、硅酸锂和硅溶胶中的一种或多种混合。
优选的，多功能助剂为多功能胺类助剂。
优选的，消泡剂为矿物碳氢化合物类消泡剂和/或非离子型烷基共聚物消泡剂。
优选的，分散剂为多磷酸盐和聚醒磷酸酯系的阴离子化合物。
优选的，增稠剂为改性有机膨润土、凹凸棒土、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素和甲基羟乙基纤维素中的一种或两种混合。
优选的，流变助剂为缔合型碱溶胀和/或聚氨酯型。
优选的，颜填料为重质碳酸钙、高岭土、滑石粉、超细方解石粉、硅藻土、硫酸钥和云母粉中的一种或多种混合。
本发明的另一个目的在于提供上述的一种石墨烯复合内墙涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取上述石墨烯复合内墙涂料各原料，备用；
(2)将无机粘结料加入第一调漆缸中，升温至35-45℃，以300-800rpm的速度搅拌至均匀状态，得到无机粘结材料，备用，然后依次将去离子水、纳米TiO2，多功能助剂、杀菌剂、消泡剂、分散剂和增稠剂加入第二调漆缸中，以800-1200rpm的速度搅拌10-20min；再将颜填料加入第二调漆缸中，以1200-1500rpm的速度搅拌20-30min，而后加入石墨烯搅拌至充分溶解，测量漆浆细度D50≤50μm；
(3)将第一调漆缸中的无机粘结材料加入第二调漆缸中，以800-1200rpm的速度搅拌5-10min，加入流变助剂，以800-1200rpm的速度搅拌5-10min，测量初始粘度，并根据初始粘度，利用流变助剂调节粘度至25℃下斯托默粘度计90-100KU，得到所述石墨烯复合内墙涂料。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的内墙涂料可吸附降解有害气体且具有杀菌的特点，由于配方中使用了无机粘结料替换了常规使用的有机粘结料，还可有效提高涂料与粉刷面之间的附着力，从而使其在耐水性和耐洗刷性方面也效果显著。此外，本发明提供的内墙涂料不含有机成分、无游离甲醛等挥发性有害气体，漆膜耐老化、持久性好，可以达到更安全环保的功效。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种可净化杀菌的石墨烯复合内墙复合涂料，由以下组分按重量份制备而成：
无机粘结料10-30份、石墨烯0.1-1.5份、纳米TiO21-5份、多功能助剂0.05-0.5份、去离子水10-40份、杀菌剂0.05-1份、消泡剂0.05-0.5份、分散剂0.05-1份、增稠剂0.05-1份、流变助剂0.05-1份和颜填料30-55份。
本实施例提供的可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料配方中使用无机粘结料替换了常规使用的有机粘结料，同时加入了石墨烯和纳米TiO2作为有害气体和杀菌去除剂，使得该配方在除有害气体和杀菌效果有良好的作用；
配方中使用的无机粘结料可以渗透到底层混凝土基面中，与之反应生成牢固的硅酸盐层，因此可有效提高涂料与粉刷面之间的附着力，从而使其在耐水性和耐洗刷性方面效果显著。
此外，本发明提供的内墙涂料由于使用环保的无机材料，不含有机合成料，使得不含有游离甲醛，可以达到更安全环保的功效。本领域技术人员可根据实际生产情况在上述范围内进行合理调整。
在一优选实施例中，无机粘结料为硅酸钾、硅酸锂和硅溶胶中的任一种或按照一定比例复配。
本实施例提供的无机粘结料可根据涂料配方的耐水、耐洗刷等性能需要，可为单独使用，也可复配使用。其中，在复配使用时，常用的复配方式可选用1：1、5：2或者3：1的硅酸钾：硅溶胶，3：3：2的硅酸钾：硅溶胶，等等。
在一优选实施例中，多功能助剂为多功能胺类助剂。
在一优选实施例中，消泡剂为矿物碳氢化合物类消泡剂和/或非离子型烷基共聚物消泡剂。
在一优选实施例中，分散剂为多磷酸盐和聚醒磷酸酯系的阴离子化合物。
在一优选实施例中，增稠剂为改性有机膨润土、凹凸棒土、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素和甲基羟乙基纤维素中的一种或两种。
在一优选实施例中，流变助剂为缔合型碱溶胀和/或聚氨酯型。
在一优选实施例中，颜填料为重质碳酸钙、高岭土、滑石粉、超细方解石粉、硅藻土、硫酸钥和云母粉中的至少一种。
上述实施例中所提及的多功能助剂、消泡剂、分散剂、增稠剂、流变助剂以及颜填料可并不局限于上述实施例所列举的，还可以是本领域技术人员根据实际情况进行合理替换的，但可以理解的是，选用上述实施例所列举的组分更有利于制备得到符合预期性能的可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料。
本发明实施例还提供了一种可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述配方量称取配方内各组分，然后将无机粘结料加入第一调漆缸中，升温至35-45℃，以300-800rpm的速度搅拌至均匀状态，得到无机粘结材料，备用；
(2)依次将纳米TiO2、去离子水、多功能助剂、杀菌剂、消泡剂、分散剂和增稠剂加入第二调漆缸中，以800-1200rpm的速度搅拌10-20min；再将颜填料加入第二调漆缸中，以1200-1500rpm的速度搅拌20-30min，而后加入石墨烯搅拌至充分溶解，得漆浆，测量漆浆细度D50≤50μm；
(3)缓慢将第一调漆缸中的无机粘结材料加入第二调漆缸中，以800-1200rpm的速度搅拌5-10min，加入流变助剂，以800-1200rpm的速度搅拌5-10min，测量初始粘度，并根据初始粘度，利用流变助剂调节粘度至25℃、斯托默粘度计90-100KU，得到可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料。
本实施例提供的可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料制备方法操作简便，通过先后加入各组分并利用流变助剂调节粘度即可得到所需的可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料。通过该方法制备得到的涂料可吸附降解有害气体且净化效果持久性良好，由于涂料与粉刷面之间的附着力得到有效提高，使得其在耐水性和耐洗刷性方面也效果显著。此外，本实施例提供的内墙涂料不含有游离甲醛，可以达到更安全环保的功效。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料及其制备方法，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料配方:无机粘结材料10份、纳米TiO22份、去离子水35份、多功能胺类助剂0.1份、卤素类杀菌剂0.1份、矿物碳氢化和类消泡剂0.2份、多磷酸盐阴离子化合物分散剂0.3份、有机膨润土和羟乙基纤维素混合物0.5份、聚氨酯型流变助剂1份、石墨烯1.03份、高岭土15份、硫酸钥15份；
实施例2
制备方法同实施例1，区别在于石墨烯无机内墙涂料配方为:无机粘结材料20份、纳米TiO23份、去离子水35.2份、多功能胺类助剂0.2份、卤素类杀菌剂0.1份、矿物碳氢化和类消泡剂0.5份、多磷酸盐阴离子化合物分散剂0.3份、有机膨润土和羟乙基纤维素混合物0.8份、聚氨酯型流变助剂0.6份、石墨烯1.03份、碳酸钙20份；
实施例3
制备方法同实施例1，区别在于石墨烯内墙复合涂料配方为:无机粘结材料20份、纳米TiO25份、去离子水34.5份、多功能胺类助剂0.2份、卤素类杀菌剂0.1份、矿物碳氢化和类消泡剂0.5份、多磷酸盐阴离子化合物分散剂0.3份、有机膨润土和羟乙基纤维素混合物0.8份、聚氨酯型流变助剂0.6份、石墨烯1份、碳酸钙20份；
实施例4
实施例1-3中任一的石墨烯复合内墙涂料制备方法:
(1)将无机粘结料加入第一调漆缸中，升温至40℃，以550rpm的速度搅拌至均匀状态，得到无机粘结材料，备用；
(2)依次将去离子水、多功能助剂、杀菌剂、消泡剂、分散剂和增稠剂加入第二调漆缸中，以1000rpm的速度搅拌15min；再将颜填料加入第二调漆缸中，以1350rpm的速度搅拌25min，而后加入石墨烯搅拌至充分溶解，得漆浆，测量漆浆细度D50≤50μm；
(3)缓慢将第一调漆缸中的无机粘结材料加入第二调漆缸中，以1000rpm的速度搅拌7min，加入流变助剂，以1000rpm的速度搅拌7min，测量初始粘度，并根据初始粘度，利用流变助剂调节粘度至25℃下斯托默粘度计95KU，得到可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料。
实施例5
实施例1-3中任一的石墨烯复合内墙涂料制备方法:
(1)将无机粘结料加入第一调漆缸中，升温至35℃，以300rpm的速度搅拌至均匀状态，得到无机粘结材料，备用；
(2)依次将去离子水、多功能助剂、杀菌剂、消泡剂、分散剂和增稠剂加入第二调漆缸中，以800rpm的速度搅拌20min；再将颜填料加入第二调漆缸中，以1200rpm的速度搅拌30min，而后加入石墨烯搅拌至充分溶解，得漆浆，测量漆浆细度D50≤50μm；
(3)缓慢将第一调漆缸中的无机粘结材料加入第二调漆缸中，以800rpm的速度搅拌10min，加入流变助剂，以800rpm的速度搅拌10min，测量初始粘度，并根据初始粘度，利用流变助剂调节粘度至25℃下斯托默粘度计90KU，得到可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料。
实施例6
实施例1-3中任一的石墨烯复合内墙涂料制备方法:
(1)将无机粘结料加入第一调漆缸中，升温至45℃，以800rpm的速度搅拌至均匀状态，得到无机粘结材料，备用；
(2)依次将去离子水、多功能助剂、杀菌剂、消泡剂、分散剂和增稠剂加入第二调漆缸中，以1200rpm的速度搅拌10min；再将颜填料加入第二调漆缸中，以1500rpm的速度搅拌20min，而后加入石墨烯搅拌至充分溶解，得漆浆，测量漆浆细度D50≤50μm；
(3)缓慢将第一调漆缸中的无机粘结材料加入第二调漆缸中，以1200rpm的速度搅拌5min，加入流变助剂，以1200rpm的速度搅拌5min，测量初始粘度，并根据初始粘度，利用流变助剂调节粘度至25℃下斯托默粘度计100KU，得到可净化杀菌的石墨烯复合内墙涂料。
对比例1
内墙涂料配方为：聚合物乳液30份、去离子水20.7份、多功能助剂0.3份、杀菌剂0.2份、消泡剂0.2份、润湿分散剂0.5份、增稠剂0.5份、流变助剂0.3份、石墨烯0.3份、碳酸钙25份。
性能测试
对实施例1-3和对比例1提供的内墙涂料(制备方法均采用实施例4提供的制备方法)以及市售某品牌除醛漆的效果进检测，其中净化甲醛率测试方法执行JC/T1074-2008《杀菌净化功能涂覆材料净化功能》规定的I类要求进行测试，内墙涂料性能按照GB/T9756-2018标准要求进行测试，游离甲醛含量按照GB18582-2008室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》，检测结果见表1。
表1实施例1-3和对比例1提供的内墙涂料以及市售某品牌除醛漆针对除甲醛的检测结果
Figure BDA0003154622990000091
由表1结果可看出，相比于对比例所提供的聚合物有机类内墙涂料以及市售的有机类除醛漆而言，本发明实施例提供的无机内墙涂料在附着力和耐洗刷性方面显示出了其独特的优越性，同时由于使用了环保无机材料，不含有机合成料，因此，该涂料也不含有游离甲醛，可以达到更安全环保的功效。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯复合内墙涂料，其特征在于，由以下组分按重量份制备而成：
无机粘结料10-30份、石墨烯0.1-1.5份、纳米TiO21-5份、多功能助剂0.05-0.5份、去离子水10-40份、杀菌剂0.05-1份、消泡剂0.05-0.5份、分散剂0.05-1份、增稠剂0.05-1份、流变助剂0.05-1份和颜填料30-55份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合内墙涂料，其特征在于，所述石墨烯为三维石墨烯，D50＝10μm。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合内墙涂料，其特征在于，所述无机粘结料为硅酸钾、硅酸锂和硅溶胶中的一种或多种混合。
4.根据权利要求1所述一种石墨烯复合内墙涂料，其特征在于，所述多功能助剂为多功能胺类助剂；所述杀菌剂为卤素杀菌剂或氧化剂类杀菌剂。
5.根据权利要求1所述一种石墨烯复合内墙涂料，其特征在于，所述消泡剂为矿物碳氢化合物类消泡剂和/或非离子型烷基共聚物消泡剂。
6.根据权利要求1所述一种石墨烯复合内墙涂料，其特征在于，所述分散剂为多磷酸盐的阴离子化合物和聚醒磷酸酯系的阴离子化合物。
7.根据权利要求1所述一种石墨烯复合内墙涂料，其特征在于，所述增稠剂为改性有机膨润土、凹凸棒土、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素和甲基羟乙基纤维素中的一种或两种混合。
8.根据权利要求1所述一种石墨烯复合内墙涂料，其特征在于，所述流变助剂为缔合型碱溶胀和/或聚氨酯型。
9.根据权利要求1所述一种石墨烯复合内墙涂料，其特征在于，所述颜填料为重质碳酸钙、高岭土、滑石粉、超细方解石粉、硅藻土、云母粉中的一种或多种混合。
10.一种石墨烯复合内墙涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取权利要求1-9任一所述石墨烯复合内墙涂料各原料，备用；
(2)将无机粘结料加入第一调漆缸中，升温至35-45℃，以300-800rpm的速度搅拌至均匀状态，得到无机粘结材料，备用，然后依次将去离子水、纳米TiO2，多功能助剂、杀菌剂、消泡剂、分散剂和增稠剂加入第二调漆缸中，以800-1200rpm的速度搅拌10-20min；再将颜填料加入第二调漆缸中，以1200-1500rpm的速度搅拌20-30min，而后加入石墨烯搅拌至充分溶解，测量漆浆细度D50≤50μm；
(3)将第一调漆缸中的无机粘结材料加入第二调漆缸中，以800-1200rpm的速度搅拌5-10min，加入流变助剂，以800-1200rpm的速度搅拌5-10min，测量初始粘度，并根据初始粘度，利用流变助剂调节粘度至25℃下斯托默粘度计90-100KU，得到所述石墨烯复合内墙涂料。
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