CN115029041A - 石墨烯改性纳米级防水防腐涂料 - Google Patents

石墨烯改性纳米级防水防腐涂料 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，包括：按100重量份计为的环保高分子聚合物乳液40～60份，消泡剂0.4‑0.8份，分散剂0.1‑03.份，润湿剂0.05‑0.2份，pH调节剂0.05‑0.15份，抗沉降剂2‑5份，填料15‑30份，功能性粉体12‑21份，增稠剂0.2‑0.7份，石墨烯0.03‑0.3份，水5‑15份。本申请提供涂料的拉伸强度和延伸率得到提高，同时其吸水性、耐酸、耐碱及热处理效果也同样得到改善，可以达到将现有环保乳液制备得到防腐、防水的双重效果的涂料。

Description

石墨烯改性纳米级防水防腐涂料
技术领域
本申请涉及防水涂料技术领域，特别是一种石墨烯改性纳米级防水防腐涂料。
背景技术
伴随着我国城市化率的提高，百姓对生活的质量要求也越来越高。防水涂料在新建建筑、改扩建建筑及房屋补漏修缮等环节中发挥着重要作用，同时涂料外露使用的案例也越来越多，随之而来的是对防水涂料的质量和性能要求越来越高，不仅要求防水涂料可以达到防水的基本性能，同时要求材料有环保无毒、美观、防腐等更多的附加功能。
石墨烯是以碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新型材料，广泛应用于材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等领域。但在防水领域还没有相关的应用先例。
现有防水涂料的防水性能较差，无法使用环保型乳液作为基材配制防水涂料成膜后力学性能较差，无法获得防水能力，无法作为防水涂料使用。
发明内容
本申请提供了一种石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，用于解决现有技术中存在的现有防水涂料的防水性能较差，无法使用环保型乳液作为基材配制防水涂料成膜后力学性能较差，无法获得防水能力，无法作为防水涂料使用技术问题。
本申请提供了一种石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，包括：按100重量份计为的环保高分子聚合物乳液40～60份，消泡剂0.4-0.8份，分散剂0.1-0.3份，润湿剂0.05-0.2份，pH调节剂0.05-0.15份，抗沉降剂2-5份，填料15-30份，功能性粉体12-21份，增稠剂0.2-0.7份，石墨烯0.03-0.3份，水5-15份；
石墨烯改性纳米级防水防腐涂料制备方法，包括以下步骤：
1)按配方称取所需单层石墨烯，缓慢加入搅拌器中，再称取石墨烯20-30倍的水缓慢倒入，控制转速100-200r/min下搅拌5-10min，再称取表面处理剂，加入搅拌器中控制转速600-800r/min，搅拌20-30min待用；
2)称取配方所需环保高分子聚合物乳液，加入搅拌釜中，控制转速400-600r/min，再依次加入一半消泡剂、分散剂、杀菌剂、润湿剂、PH调节剂，提升转速至600-800r/min，搅拌20-30min；
3)称取抗沉降剂和填料加入搅拌器，提升转速至1000-1200r/min，搅拌30-45min；
4)按配方称取功能性粉体，依次加入搅拌器，保持转速1000-1200r/min，搅拌30-45min；
5)加入经表面处理的石墨烯，提升转速1200-1500r/min，搅拌30-45min；
6)加入剩余的消泡剂、增稠剂和水，降低转速至600-800r/min，搅拌20-30min，出料即得石墨烯改性纳米级防腐防水涂料；
所述石墨烯为单层石墨烯，其厚度为0.335nm，比表面积为2630m2/g。
所述石墨烯表面处理工艺为：称取所需石墨烯量，再称取石墨烯重量20-30倍的水并缓慢倒入石墨烯中，慢速搅拌至石墨烯润湿且无扬尘状态，然后称取并加入表面处理剂，快速搅拌5-10min得到石墨烯。
采用上述配方以表面处理剂处理石墨烯后，能增强石墨烯与环保乳液的相容性，同时使得涂料能在物体表面平流成膜，便于增强添加石墨烯涂料的成膜性能。尤其能有效增强涂料成膜检测结果降低成膜吸水率实现有效防水，增强涂料的防水能力。还能提高成膜涂料的断裂延伸率、低温柔性、加热处理拉伸强度保持率、碱处理拉伸强度保持率、酸处理拉伸强度保持率、加热处理断裂延伸率、碱处理拉断裂延伸率、酸处理拉断裂延伸率。说明本申请提供配方与该参数的石墨烯配合能有效改善成膜材料的拉伸、柔性、防水性，尤其适用于作为防水涂料使用和运用。
本申请提供的涂料相对未添加石墨烯或采用其他参数的石墨烯对比例的各项性能均值，最优实施例相应指标的改比例均较高。吸水率降低71.32％；断裂延伸率提高30.85％、加热处理拉伸强度保持率提高54.624％、碱处理拉伸强度保持率提高43.75％、酸处理拉伸强度保持率提高60.39％、加热处理断裂延伸率提高21.41％、碱处理拉断裂延伸率提高46.26％、酸处理拉断裂延伸率提高44.05％。该涂料可以达到将现有环保乳液制备得到具有防腐、防水的双重效果的涂料。
由上可见，该配方涂料添加该参数的石墨烯后，涂料各项性能均得到显著提高，尤其适用于防水涂料，户外环境使用后，涂料的耐拉断、耐酸碱性、防水性均得到显著提高。
优选地，环保高分子聚合物乳液中各组分的重量份为：纯丙乳液20-40份，苯丙乳液5-10份，硅丙乳液5-10份，聚氨酯分散体10-20份。采用该组分的乳液组合物使得石墨烯能有效分散于其中，并在成膜时能与石墨烯片层结构实现包覆后，提高成膜的柔韧性和防水性。
优选地，所述抗沉降剂各组分重量份为：水性膨润土1-5份，天然凹凸棒土1-5份。
优选地，功能性粉体细度为：沉淀硫酸钡1250目～3000目，云母粉2000-3000目，钛白粉600目，纳米二氧化硅10-100nm，氧化锌800-1000目，涂料级高岭土1250目；
所述功能性粉体中各组分重量份为：沉淀硫酸钡3-8份、云母粉2-5份、钛白粉1-3份、纳米二氧化硅1-3份、氧化锌1-3份、涂料级高岭土2-4份。
优选地，所述填料为1250目重质碳酸钙、3000目重质碳酸钙中一种或两种复配；
所述填料中各组分重量份为：1250目重质碳酸钙10-20份，3000目重质碳酸钙5-10份。
优选地，所述增稠剂为碱溶胀增稠剂、纤维素增稠剂、聚氨酯缔合增稠剂中的至少一种；
所述增稠剂中各组分重量份为：碱溶胀增稠剂0.2-0.5份、纤维素增稠剂0.1-0.3份、聚氨酯增稠剂0.1-0.4份；所述表面处理剂为酞酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的至少一种；所述表面处理剂中各组分重量份为：酞酸酯偶联剂0.05-0.15份、硅烷偶联剂0.05-0.15份；
在一具体实施例中，所述pH调节剂为多功能助剂95。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，通过添加偶联剂后，能使得石墨烯各片层结构间形成化学键，增强片层间相互作用力，按上述条件制备，偶联后的石墨烯与高分子聚合物乳液混合后，石墨烯在乳液中分散均匀，避免石墨烯团聚，利用过量的偶联剂增强石墨烯片层结构与乳液中胶束液滴相互吸引，从而在后续涂装时，通过平流成膜，实现对涂料的性能的增强。施工后经过耦合处理的石墨烯能形成一道薄层，从而能有效阻止紫外线穿透，达到保温隔热的目的。
2)本申请所提供的石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，该防水涂料在具有防水基本功能之上，兼具环保、防腐、隔热保温等附加功能。该产品环保无毒、对环境和施工、使用人员无害；产品中加入多种纳米级粉体，可有效降低防水膜分子间间隙，保证防水功能的同时，降低太阳光、酸雨等对防水膜层的老化速率。该产品为外露型产品涂覆于墙体外立面上，能很好的耐酸碱、耐腐蚀。
4)本申请所提供的石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，该产品粘接性能优异，粘接强度是普通防水涂料的2倍以上，可与混凝土、彩钢瓦、钢板、玻璃等大多数材料实现强力粘接；本产品拉伸强度和断裂伸长率高于市场多数防水材料，可适应基层微小变形而不会导致外立面涂装层受到破坏；
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然。
实施例
以下实施例中所用物料均为市售产品。
实施例1～4中各物质的添加量按表1中称取后添加。
表1实施例1～4中各物质添加量
表1
Figure BDA0003710645370000041
Figure BDA0003710645370000051
实施例1按以下步骤制备石墨烯改性纳米级防水防腐涂料样本1
1、功能性粉体细度为：沉淀硫酸钡1250目，钛白粉600目，纳米二氧化硅10nm，涂料级高岭土1250目；
2、按配方称取所需单层石墨烯，缓慢加入搅拌器中，再称取石墨烯20倍的水缓慢倒入，控制转速100r/min下搅拌10min，再称取表面处理剂，加入搅拌器中控制转速600r/min，搅拌30min待用；
3、称取配方所需环保高分子聚合物乳液，加入搅拌釜中，控制转速400r/min，再依次加入一半消泡剂、分散剂、杀菌剂、润湿剂、PH调节剂，提升转速至800r/min，搅拌30min；
4、称取抗沉降剂和填料加入搅拌器，提升转速至1200r/min，搅拌45min；
5、按配方称取功能性粉体，依次加入搅拌器，保持转速1200r/min，搅拌45min；
6、加入经表面处理的石墨烯，提升转速1500r/min，搅拌45min；
7、加入剩余的消泡剂、增稠剂和水，降低转速至800r/min，搅拌20-30min，出料即得石墨烯改性纳米级防腐防水涂料。
实施例2按以下步骤制备石墨烯改性纳米级防水防腐涂料样本2
1、功能性粉体细度为：沉淀硫酸钡3000目，云母粉3000目，钛白粉600目，纳米二氧化硅100nm，氧化锌1000目，涂料级高岭土1250目；
2、按配方称取所需单层石墨烯，缓慢加入搅拌器中，再称取石墨烯30倍的水缓慢倒入，控制转速200r/min下搅拌10min，再称取表面处理剂，加入搅拌器中控制转速800r/min，搅拌30min待用；
3、称取配方所需环保高分子聚合物乳液，加入搅拌釜中，控制转速600r/min，再依次加入一半消泡剂、分散剂、杀菌剂、润湿剂、PH调节剂，提升转速至800r/min，搅拌20min；
4、称取抗沉降剂和填料加入搅拌器，提升转速至1000r/min，搅拌30min；
5、按配方称取功能性粉体，依次加入搅拌器，保持转速1000r/min，搅拌30min；
6、加入经表面处理的石墨烯，提升转速1200r/min，搅拌30min；
7、加入剩余的消泡剂、增稠剂和水，降低转速至600r/min，搅拌20min，出料即得石墨烯改性纳米级防腐防水涂料。
实施例3、4的制备石墨烯改性纳米级防水防腐涂料样本3～4的方法与实施例2相同。
对比例1
对比例1与实施例1的区别为：将石墨烯和表面处理剂同比例替换为水，其他条件不变。
对比例2
对比例2与实施例2的区别为：将石墨烯同比例替换为厚度为0.400nm，比表面积为2650m2/g，其他条件不变。
将实施例1～4中所得涂料样本1～4、对比例1～2中所得样本，均按照GB/T 16777-2008中要求进行制样、养护和检测，各样本的检测数据如表2所示：
表2中对比例均值按(对比例1+对比例2)/2计算得到；
各实施例中最优值相对对比例平均值改善率(％)＝(对比例均值-各实施例中最优值)/对比例均值*100％并对计算结果取绝对值得到。
表2
Figure BDA0003710645370000071
Figure BDA0003710645370000081
实施例1～4中加入本申请优选的参数的石墨烯后，能有效实现对防水涂料的改性，其拉伸强度和延伸率均高于对比例1～2，同时其吸水性远小于对比例，耐酸、耐碱及热处理同样优于对比例。该涂料尤其适用于作为建筑物外墙防水涂料使用，且涂刷成膜性能优良。
可见经过石墨烯改性的涂料常规性能优异，耐酸碱等防腐性能同样优于对比例，经过石墨烯改性过的防水涂料，可以达到防腐、防水的双重效果。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，其特征在于，包括：按100重量份计为的环保高分子聚合物乳液40～60份，消泡剂0.4-0.8份，分散剂0.1-0.3份，润湿剂0.05-0.2份，pH调节剂0.05-0.15份，抗沉降剂2-5份，填料15-30份，功能性粉体12-21份，增稠剂0.2-0.7份，石墨烯0.03-0.3份，水5-15份；
石墨烯改性纳米级防水防腐涂料制备方法，包括以下步骤：
1)按配方称取所需单层石墨烯，缓慢加入搅拌器中，再称取石墨烯20-30倍的水缓慢倒入，控制转速100-200r/min下搅拌5-10min，再称取表面处理剂，加入搅拌器中控制转速600-800r/min，搅拌20-30min待用；
2)称取配方所需环保高分子聚合物乳液，加入搅拌釜中，控制转速400-600r/min，再依次加入一半消泡剂、分散剂、杀菌剂、润湿剂、PH调节剂，提升转速至600-800r/min，搅拌20-30min；
3)称取抗沉降剂和填料加入搅拌器，提升转速至1000-1200r/min，搅拌30-45min；
4)按配方称取功能性粉体，依次加入搅拌器，保持转速1000-1200r/min，搅拌30-45min；
5)加入经表面处理的石墨烯，提升转速1200-1500r/min，搅拌30-45min；
6)加入剩余的消泡剂、增稠剂和水，降低转速至600-800r/min，搅拌20-30min，出料即得石墨烯改性纳米级防腐防水涂料；
所述石墨烯为单层石墨烯，其厚度为0.335nm，比表面积为2630m2/g。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，其特征在于，所述环保高分子聚合物乳液中各组分的重量份为：纯丙乳液20-40份，苯丙乳液5-10份，硅丙乳液5-10份，聚氨酯分散体10-20份。
3.根据权利要求1所述的石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，其特征在于，所述抗沉降剂各组分重量份为：水性膨润土1-5份，天然凹凸棒土1-5份。
4.根据权利要求1所述的石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，其特征在于，功能性粉体细度为：沉淀硫酸钡1250目～3000目，云母粉2000-3000目，钛白粉600目，纳米二氧化硅10-100nm，氧化锌800-1000目，涂料级高岭土1250目；
所述功能性粉体中各组分重量份为：沉淀硫酸钡3-8份、云母粉2-5份、钛白粉1-3份、纳米二氧化硅1-3份、氧化锌1-3份、涂料级高岭土2-4份。
5.根据权利要求1所述的石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，其特征在于，所述填料为1250目重质碳酸钙、3000目重质碳酸钙中一种或两种复配；
所述填料中各组分重量份为：1250目重质碳酸钙10-20份，3000目重质碳酸钙5-10份。
6.根据权利要求1所述的石墨烯改性纳米级防水防腐涂料，其特征在于，所述增稠剂为碱溶胀增稠剂、纤维素增稠剂、聚氨酯缔合增稠剂中的至少一种；
所述增稠剂中各组分重量份为：碱溶胀增稠剂0.2-0.5份、纤维素增稠剂0.1-0.3份、聚氨酯增稠剂0.1-0.4份；所述表面处理剂为酞酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的至少一种；所述表面处理剂中各组分重量份为：酞酸酯偶联剂0.05-0.15份、硅烷偶联剂0.05-0.15份。
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