CN113717554A - 一种无机耐候混凝土保护涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无机耐候混凝土保护涂料及其制备方法，其中保护涂料包括如下重量份的成分：改性纳米硅溶胶乳液55‑75份，Ce/石墨烯无机抗菌剂5‑10份、改性珍珠岩颗粒3‑7份、润湿分散剂0.2－0.5份，增稠剂0.2－0.5份，消泡剂0.2－0.5份，流平剂1－3份，去离子水25‑35份。其制备过程如下：按照上述保护涂料配方将改性纳米硅溶胶乳液、Ce/石墨烯无机抗菌剂、改性珍珠岩颗粒混合，并采用高速分散机高速搅拌分散30‑60min；然后上述保护涂料配方加入剩余的润湿分散剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、去离子水；并将高速分散机的状态调节为中速搅拌分散，继续搅拌均匀后，过滤包装即可。本发明提供的保护涂料具有良好的耐碱性、耐水性、耐候性、耐冲击性及附着力等性能。

Description

一种无机耐候混凝土保护涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土表面处理技术领域，尤其涉及一种无机耐候混凝土保护涂料及其制备方法。

背景技术

混凝土，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。

水泥基渗透结晶型涂料、有机硅防水渗透剂、沥青、焦油和有机溶剂被用作混凝土表面的涂层保护，但水泥基渗透结晶型涂料和有机硅防水渗透剂不能很好地起到防水的作用，而沥青、焦油和有机溶剂本身是有毒有害的物质，会造成环境的污染。现在人们不仅重视防水涂料的性能，而且越来越重视其环保程度，国家和地方行业主管部门对含有挥发性有毒害致癌有机溶剂或含有的煤焦油的防水涂料采取了强制淘汰措施。而普通的有机硅溶液，虽然无挥发性有机化合物，在混凝土表明形成有机硅层，但依然存在容易引起老化、干裂等现象，降低了防水效果。

从以上结果能够看出，目前已有的混凝土防护涂料，虽然都能够达到基础的防护功能，但是都存在一定缺陷，尤其是对于长期使用过程中的耐候性、抗菌防腐性能等方面均还存在一定的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的混凝土防护涂料，虽然都能够达到基础的防护功能，但是都存在一定缺陷，尤其是对于长期使用过程中的耐候性、抗菌防腐性能等方面均还存在一定的局限性的问题，而提供一种无机耐候混凝土保护涂料及其制备方法。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的：

本发明第一方面提供一种无机耐候混凝土保护涂料，包括如下重量份的成分：改性纳米硅溶胶乳液55-75份，Ce/石墨烯无机抗菌剂5-10份、改性珍珠岩颗粒3-7份、润湿分散剂0.2－0.5份，增稠剂0.2－0.5份，消泡剂0.2－0.5份，流平剂1－3份，去离子水25-35份。

作为本发明的进一步说明，所述改性纳米硅溶胶乳液的制备过程包括如下步骤：

在搅拌状态下向纳米硅溶胶中缓慢加入3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂及适量表面活性剂和水，其中3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂的加入量为所述纳米硅溶胶的1.5-1.8wt％，加入完毕后，继续搅拌10小时以上，直至得到外观为乳白色半透明的低粘度乳液，即为改性纳米硅溶胶乳液。

作为本发明的进一步说明，所述Ce/石墨烯无机抗菌剂的制备过程包括如下步骤：

将硝酸铈溶液采用浸渍法浸渍在纳米石墨烯载体上，使硝酸铈溶液充分浸渍在纳米石墨烯表面并渗透至其内表面，其中硝酸铈溶液的浓度为5-25g/mL；

待浸渍平衡后，去掉剩余液体，然后对负载有稀土铈的纳米石墨烯进行干燥即可得到Ce/石墨烯无机抗菌剂。

作为本发明的进一步说明，所述改性珍珠岩颗粒的制备过程包括如下步骤：

将珍珠岩在250-300℃下预热3-5min，再将其转入1000-1200℃高温条件下处理1-3s得到改性膨胀型珍珠岩，将所述改性膨胀型珍珠岩粉碎后过200目筛备用。

作为本发明的进一步说明，所述润湿分散剂为迪高245；所述流平剂为BYK3720。

作为本发明的进一步说明，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮或海藻酸钠中的一种。

作为本发明的进一步说明，所述消泡剂包括矿物油硅基混合物、脂肪烃的乳化物、聚醚有机化合物中的一种或多种混合物。

本发明第二方面提供一种无机耐候混凝土保护涂料的制备方法，包括如下步骤：

按照上述保护涂料配方将改性纳米硅溶胶乳液、Ce/石墨烯无机抗菌剂、改性珍珠岩颗粒混合，并采用高速分散机高速搅拌分散30-60min；

然后按照上述保护涂料配方加入剩余的润湿分散剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、去离子水；并将所述高速分散机的状态调节为中速搅拌分散，继续搅拌均匀后，过滤包装即可。

作为本发明的进一步说明，所述高速搅拌分散的速率为800-1000转/分钟，所述中速搅拌分散的速率为400-600转/分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明中成膜物主料采用改性纳米硅溶胶乳液，其具有超长的耐候性，同时具有抗老化性并能够承受长时间的阳光暴晒，尤其是纳米硅溶胶中加入3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂中后，能够大大提升成膜物主料的粘合力和耐久性，使得最终的保护涂料能够经受长时间的风水雨打、阳光暴晒等极端天气。

本发明中填料部分采用Ce/石墨烯无机抗菌剂和改性珍珠岩颗粒代替普通填料，其中的纳米石墨烯由于其自身的片层结构，能够逐层叠加在涂料中，从而形成致密的隔绝层，起到了很好的物理隔离作用，最终使涂料表现出优异的力学及化学稳定性，而纳米石墨烯中引入稀土元素铈，稀土离子具有较强的渗透性，因此能够直击细胞内部，从而达到强有力的杀菌和抗菌作用，从而有效增强涂料本身的抗菌、耐腐蚀等性能，并且在稀土离子负载时采用硝酸铈溶液充分浸渍后烘干的方式，溶液形式的稀土元素能够很好的负载在微小粒子纳米石墨烯上，充分提高其负载效果。

此外，改性珍珠岩颗粒经过改性膨胀处理后，具有质量轻的特点，同时由于其自身具有明显裂隙、且具有导热系数低和良好的化学稳定性，结合Ce/石墨烯无机抗菌剂加入涂料中，可以使Ce/石墨烯无机抗菌剂在涂料中分散的更均匀，且能够明显提升涂料的防腐及耐候性能。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

提供一种无机耐候混凝土保护涂料，包括如下重量份的成分：改性纳米硅溶胶乳液55份，Ce/石墨烯无机抗菌剂10份、改性珍珠岩颗粒7份、润湿分散剂迪高2450.2份，增稠剂羧甲基纤维素钠0.2份，消泡剂矿物油硅基混合物0.5份，流平剂BYK37203份，去离子水35份。

上述改性纳米硅溶胶乳液的制备过程包括如下步骤：

在搅拌状态下向纳米硅溶胶中缓慢加入3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂及适量表面活性剂和水，其中3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂的加入量为所述纳米硅溶胶的1.5wt％，加入完毕后，继续搅拌10小时以上，直至得到外观为乳白色半透明的低粘度乳液，即为改性纳米硅溶胶乳液。

上述Ce/石墨烯无机抗菌剂的制备过程包括如下步骤：

将硝酸铈溶液采用浸渍法浸渍在纳米石墨烯载体上，使硝酸铈溶液充分浸渍在纳米石墨烯表面并渗透至其内表面，其中硝酸铈溶液的浓度为5g/mL；

待浸渍平衡后，去掉剩余液体，然后对负载有稀土铈的纳米石墨烯进行干燥即可得到Ce/石墨烯无机抗菌剂。

上述改性珍珠岩颗粒的制备过程包括如下步骤：

将珍珠岩在250℃下预热3min，再将其转入1000℃高温条件下处理1s得到改性膨胀型珍珠岩，将所述改性膨胀型珍珠岩粉碎后过200目筛备用。

上述无机耐候混凝土保护涂料的制备方法，包括如下步骤：

按照上述保护涂料配方将改性纳米硅溶胶乳液、Ce/石墨烯无机抗菌剂、改性珍珠岩颗粒混合，并采用高速分散机高速搅拌分散30min，所述高速搅拌分散的速率为1000转/分钟；

然后按照上述保护涂料配方加入剩余的润湿分散剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、去离子水；并将所述高速分散机的状态调节为中速搅拌分散，所述中速搅拌分散的速率为400转/分钟，继续搅拌均匀后，过滤包装即可。

实施例2

提供一种无机耐候混凝土保护涂料，包括如下重量份的成分：改性纳米硅溶胶乳液62份，Ce/石墨烯无机抗菌剂8份、改性珍珠岩颗粒5份、润湿分散剂迪高2450.3份，增稠剂羟乙基纤维素0.3份，消泡剂脂肪烃的乳化物0.4份，流平剂BYK37202份，去离子水32份。

上述改性纳米硅溶胶乳液的制备过程包括如下步骤：

在搅拌状态下向纳米硅溶胶中缓慢加入3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂及适量表面活性剂和水，其中3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂的加入量为所述纳米硅溶胶的1.6wt％，加入完毕后，继续搅拌10小时以上，直至得到外观为乳白色半透明的低粘度乳液，即为改性纳米硅溶胶乳液。

上述Ce/石墨烯无机抗菌剂的制备过程包括如下步骤：

将硝酸铈溶液采用浸渍法浸渍在纳米石墨烯载体上，使硝酸铈溶液充分浸渍在纳米石墨烯表面并渗透至其内表面，其中硝酸铈溶液的浓度为12g/mL；

待浸渍平衡后，去掉剩余液体，然后对负载有稀土铈的纳米石墨烯进行干燥即可得到Ce/石墨烯无机抗菌剂。

上述改性珍珠岩颗粒的制备过程包括如下步骤：

将珍珠岩在265℃下预热4min，再将其转入1100℃高温条件下处理2s得到改性膨胀型珍珠岩，将所述改性膨胀型珍珠岩粉碎后过200目筛备用。

上述无机耐候混凝土保护涂料的制备方法，包括如下步骤：

按照上述保护涂料配方将改性纳米硅溶胶乳液、Ce/石墨烯无机抗菌剂、改性珍珠岩颗粒混合，并采用高速分散机高速搅拌分散40min，所述高速搅拌分散的速率为900转/分钟；

然后按照上述保护涂料配方加入剩余的润湿分散剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、去离子水；并将所述高速分散机的状态调节为中速搅拌分散，所述中速搅拌分散的速率为500转/分钟，继续搅拌均匀后，过滤包装即可。

实施例3

提供一种无机耐候混凝土保护涂料，包括如下重量份的成分：改性纳米硅溶胶乳液68份，Ce/石墨烯无机抗菌剂7份、改性珍珠岩颗粒4份、润湿分散剂迪高2450.4份，增稠剂聚乙烯吡咯烷酮0.4份，消泡剂聚醚有机化合物0.4份，流平剂BYK37202份，去离子水28份。

上述改性纳米硅溶胶乳液的制备过程包括如下步骤：

在搅拌状态下向纳米硅溶胶中缓慢加入3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂及适量表面活性剂和水，其中3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂的加入量为所述纳米硅溶胶的1.7wt％，加入完毕后，继续搅拌10小时以上，直至得到外观为乳白色半透明的低粘度乳液，即为改性纳米硅溶胶乳液。

上述Ce/石墨烯无机抗菌剂的制备过程包括如下步骤：

将硝酸铈溶液采用浸渍法浸渍在纳米石墨烯载体上，使硝酸铈溶液充分浸渍在纳米石墨烯表面并渗透至其内表面，其中硝酸铈溶液的浓度为18g/mL；

待浸渍平衡后，去掉剩余液体，然后对负载有稀土铈的纳米石墨烯进行干燥即可得到Ce/石墨烯无机抗菌剂。

上述改性珍珠岩颗粒的制备过程包括如下步骤：

将珍珠岩在280℃下预热4min，再将其转入1100℃高温条件下处理2s得到改性膨胀型珍珠岩，将所述改性膨胀型珍珠岩粉碎后过200目筛备用。

上述无机耐候混凝土保护涂料的制备方法，包括如下步骤：

按照上述保护涂料配方将改性纳米硅溶胶乳液、Ce/石墨烯无机抗菌剂、改性珍珠岩颗粒混合，并采用高速分散机高速搅拌分散50min，所述高速搅拌分散的速率为900转/分钟；

然后按照上述保护涂料配方加入剩余的润湿分散剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、去离子水；并将所述高速分散机的状态调节为中速搅拌分散，所述中速搅拌分散的速率为500转/分钟，继续搅拌均匀后，过滤包装即可。

实施例4

提供一种无机耐候混凝土保护涂料，包括如下重量份的成分：改性纳米硅溶胶乳液75份，Ce/石墨烯无机抗菌剂5份、改性珍珠岩颗粒3份、润湿分散剂迪高2450.5份，增稠剂海藻酸钠0.5份，消泡剂矿物油硅基混合物0.2份，流平剂BYK37201份，去离子水25份。

上述改性纳米硅溶胶乳液的制备过程包括如下步骤：

在搅拌状态下向纳米硅溶胶中缓慢加入3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂及适量表面活性剂和水，其中3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂的加入量为所述纳米硅溶胶的1.8wt％，加入完毕后，继续搅拌10小时以上，直至得到外观为乳白色半透明的低粘度乳液，即为改性纳米硅溶胶乳液。

上述Ce/石墨烯无机抗菌剂的制备过程包括如下步骤：

将硝酸铈溶液采用浸渍法浸渍在纳米石墨烯载体上，使硝酸铈溶液充分浸渍在纳米石墨烯表面并渗透至其内表面，其中硝酸铈溶液的浓度为25g/mL；

待浸渍平衡后，去掉剩余液体，然后对负载有稀土铈的纳米石墨烯进行干燥即可得到Ce/石墨烯无机抗菌剂。

上述改性珍珠岩颗粒的制备过程包括如下步骤：

将珍珠岩在300℃下预热5min，再将其转入1200℃高温条件下处理3s得到改性膨胀型珍珠岩，将所述改性膨胀型珍珠岩粉碎后过200目筛备用。

上述无机耐候混凝土保护涂料的制备方法，包括如下步骤：

按照上述保护涂料配方将改性纳米硅溶胶乳液、Ce/石墨烯无机抗菌剂、改性珍珠岩颗粒混合，并采用高速分散机高速搅拌分散60min，所述高速搅拌分散的速率为800转/分钟；

然后按照上述保护涂料配方加入剩余的润湿分散剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、去离子水；并将所述高速分散机的状态调节为中速搅拌分散，所述中速搅拌分散的速率为600转/分钟，继续搅拌均匀后，过滤包装即可。

本发明中成膜物主料采用改性纳米硅溶胶乳液，其具有超长的耐候性，同时具有抗老化性并能够承受长时间的阳光暴晒，尤其是纳米硅溶胶中加入3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂中后，能够大大提升成膜物主料的粘合力和耐久性，使得最终的保护涂料能够经受长时间的风水雨打、阳光暴晒等极端天气。

本发明中填料部分采用Ce/石墨烯无机抗菌剂和改性珍珠岩颗粒代替普通填料，其中的纳米石墨烯由于其自身的片层结构，能够逐层叠加在涂料中，从而形成致密的隔绝层，起到了很好的物理隔离作用，最终使涂料表现出优异的力学及化学稳定性，而纳米石墨烯中引入稀土元素铈，稀土离子具有较强的渗透性，因此能够直击细胞内部，从而达到强有力的杀菌和抗菌作用，从而有效增强涂料本身的抗菌、耐腐蚀等性能，并且在稀土离子负载时采用硝酸铈溶液充分浸渍后烘干的方式，溶液形式的稀土元素能够很好的负载在微小粒子纳米石墨烯上，充分提高其负载效果。

此外，改性珍珠岩颗粒经过改性膨胀处理后，具有质量轻的特点，同时由于其自身具有明显裂隙、且具有导热系数低和良好的化学稳定性，结合Ce/石墨烯无机抗菌剂加入涂料中，可以使Ce/石墨烯无机抗菌剂在涂料中分散的更均匀，且能够明显提升涂料的防腐及耐候性能。

对比例1

本对比例中保护涂料中将改性珍珠岩颗粒采用等量的云母粉填料代替，其余原料组分份数及具体制备过程均与实施例4相同。

对比例2

本对比例中保护涂料中将Ce/石墨烯无机抗菌剂采用等量的云母粉填料代替，其余原料组分份数及具体制备过程均与实施例4相同。

对比例3

本对比例中保护涂料中将改性珍珠岩颗粒采用等量的普通珍珠岩粉料代替，其余原料组分份数及具体制备过程均与实施例4相同。

对比例4

本对比例中保护涂料中将Ce/石墨烯无机抗菌剂采用等量的普通纳米石墨烯代替，其余原料组分份数及具体制备过程均与实施例4相同。

性能测试：

在混凝土测试块表面反复涂刷以上实施例4及对比例1-4制作的涂料，然后对涂膜进行测试。

耐碱性测试：按照GB/T9265测试混凝土保护涂料的耐碱性。

耐水性测试：按照GB/T5209-1985测试混凝土保护涂料的的耐水性。

耐候性测试：按照GB/T 1865-1997测试混凝土保护涂料的的耐候性(人工气候老化试验箱中测试500h)。

耐冲击性测试：按照ISO6272-1993(落锤试验，重锤1g，高度1m).

附着力测试：按照GB/T9286-881.5mm划格法，百格测试法(0/1000-5级)

从上表中测试结果能够看出，同时加入Ce/石墨烯无机抗菌剂和改性珍珠岩颗粒的保护涂料具有良好的耐碱性、耐水性、耐候性、耐冲击性及附着力等性能，而仅仅加入Ce/石墨烯无机抗菌剂或者改性珍珠岩颗粒的保护涂料在耐碱性、耐水性、耐候性、耐冲击性及附着力等某些方面均多少存在一定的缺陷：这说明改性珍珠岩颗粒的加入对于Ce/石墨烯无机抗菌剂的性能起到一定的促进作用，也能够说明Ce/石墨烯无机抗菌剂和改性珍珠岩颗粒两者的协同作用使得的保护涂料最终表现出较强的综合性能。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种无机耐候混凝土保护涂料，其特征在于，包括如下重量份的成分：改性纳米硅溶胶乳液55-75份，Ce/石墨烯无机抗菌剂5-10份、改性珍珠岩颗粒3-7份、润湿分散剂0.2－0.5份，增稠剂0.2－0.5份，消泡剂0.2－0.5份，流平剂1－3份，去离子水25-35份。

2.根据权利要求1所述的无机耐候混凝土保护涂料，其特征在于，所述改性纳米硅溶胶乳液的制备过程包括如下步骤：

在搅拌状态下向纳米硅溶胶中缓慢加入3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂及适量表面活性剂和水，其中3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性剂的加入量为所述纳米硅溶胶的1.5-1.8wt％，加入完毕后，继续搅拌10小时以上，直至得到外观为乳白色半透明的低粘度乳液，即为改性纳米硅溶胶乳液。

3.根据权利要求1所述的无机耐候混凝土保护涂料，其特征在于，所述Ce/石墨烯无机抗菌剂的制备过程包括如下步骤：

将硝酸铈溶液采用浸渍法浸渍在纳米石墨烯载体上，使硝酸铈溶液充分浸渍在纳米石墨烯表面并渗透至其内表面，其中硝酸铈溶液的浓度为5-25g/mL；

待浸渍平衡后，去掉剩余液体，然后对负载有稀土铈的纳米石墨烯进行干燥即可得到Ce/石墨烯无机抗菌剂。

4.根据权利要求1所述的无机耐候混凝土保护涂料，其特征在于，所述改性珍珠岩颗粒的制备过程包括如下步骤：

将珍珠岩在250-300℃下预热3-5min，再将其转入1000-1200℃高温条件下处理1-3s得到改性膨胀型珍珠岩，将所述改性膨胀型珍珠岩粉碎后过200目筛备用。

5.根据权利要求1所述的无机耐候混凝土保护涂料，其特征在于：所述润湿分散剂为迪高245；所述流平剂为BYK3720。

6.根据权利要求1所述的无机耐候混凝土保护涂料，其特征在于：所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮或海藻酸钠中的一种。

7.根据权利要求1所述的无机耐候混凝土保护涂料，其特征在于：所述消泡剂包括矿物油硅基混合物、脂肪烃的乳化物、聚醚有机化合物中的一种或多种混合物。

8.一种无机耐候混凝土保护涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

按照权利要求1所述保护涂料配方将改性纳米硅溶胶乳液、Ce/石墨烯无机抗菌剂、改性珍珠岩颗粒混合，并采用高速分散机高速搅拌分散30-60min；

然后按照权利要求1所述保护涂料配方加入剩余的润湿分散剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、去离子水；并将所述高速分散机的状态调节为中速搅拌分散，继续搅拌均匀后，过滤包装即可。

9.根据权利要求8所述的无机耐候混凝土保护涂料的制备方法，其特征在于：所述高速搅拌分散的速率为800-1000转/分钟，所述中速搅拌分散的速率为400-600转/分钟。