CN115322601A - 一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料及其制备方法；按照重量份数计，该涂料的制备原料包括以下组分：改性石墨烯粉体5～10份、二水石膏300～500份、消石灰100～150份、抑霉剂15～20份、钙化膨润土200～250份、小苏打40～50份、水玻璃10～20份。该防霉防潮石膏基石墨烯涂料具有高强度、高韧性、耐水性好、防霉防潮的优点。

Description

一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，特别涉及一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料及其制备方法。

背景技术

建筑物基材多为多孔隙的混凝土结构，在厨房、卫生间、地下通道、蓄水池等潮湿环境中，水分容易浸入这些空隙中，长时间浸水会破坏建筑物基础结构，影响建筑物使用寿命；随着人们生活水平的提高，对建筑物的防水防潮性能要求越来越高；防水防潮涂料具有抗渗防水及防潮的作用，能够保护建筑物，延长其使用寿命。

此外，建筑物基材若长期暴露于潮湿环境中，容易滋生各种霉菌等微生物，这些霉菌会进入到建筑物基材的孔隙中，使建筑物基材发霉，影响建筑结构强度、建筑结构外观以及建筑结构的抗渗防水性能。开发防霉涂料，对于提高建筑结构的寿命尤为重要。

再有，现有的涂料形成的涂层的强度和韧性以及其他机械性能仍不能满足较高要求，因此需要对涂料的性能进行进一步的改善。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料及其制备方法，该涂料具有高强度、高韧性、耐水性好、防霉防潮的优点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料，按照重量份数计，其制备原料包括以下组分：

改性石墨烯粉体5～10份、二水石膏300～500份、消石灰100～150份、抑霉剂15～20份、钙化膨润土200～250份、小苏打40～50份、水玻璃10～20份。

优选的，所述改性石墨烯粉体为氧化石墨烯粉体、羟基化改性石墨烯粉体、羧基化改性石墨烯粉体、氨基化改性石墨烯粉体中的一种或两种以上的混合。

优选的，所述二水石膏为天然一级二水石膏。

优选的，所述抑霉剂为无机抑霉剂或天然植物抑霉剂。

进一步优选的，无机抑霉剂选自纳米二氧化钛、纳米银粉、纳米硫粉、石硫合剂、硫酸铜、氢氧化铜、氧化亚铜、胆矾、雄黄粉中的一种或两种及以上的混合。

天然植物抑霉剂选自鱼腥草提取物、辣椒提取物、樟树提取物、夏枯草提取物中的一种或两种及以上的混合。

以辣椒碱提取物为例，提取方法如下：

1)称取干辣椒，利用微米级撕碎机撕碎成微米级粉体，放入萃取反应釜内；

2)称取质量占比为50％的乙二醇和丙三醇混合溶液(乙二醇和丙三醇的摩尔质量比为3:1)，放入萃取反应釜内；

3)空气增压到1.5MPa，启动恒温循环系统，控制温度在190℃，萃取时间为2个小时；

4)将溶液快速输送到闪蒸罐，闪蒸罐压力0.6MPa，温度80℃，闪蒸去除并回用乙二醇和丙三醇；

5)剩余液体经过微米过滤，得到辣椒碱等辣椒提取物。

进一步的，该涂料的制备原料还包括助凝剂；所述助凝剂为无机混凝剂或有机助凝剂；无机助凝剂包括聚合氯化铝、聚合硫酸铝和聚合硫酸铁中的一种或者两种及以上的组合；有机助凝剂包括聚丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚脲中的一种或者两种及以上的组合。

本发明进一步提供了一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料的制备方法，包括如下步骤：

1)在室温下，将二水石膏投入研磨机内，再加入小苏打粉体和消石灰，充分机械研磨搅拌20分钟；

2)在150℃，0.3MPa下，将物料转移到球磨机内，加入改性石墨烯粉体和一定量的水，研磨20-30分钟，充分反应，促使多孔碳酸钙晶体的迅速形成，同时促进改性石墨烯在多孔碳酸钙表面的有效铺展；

3)在球磨机内，在150℃、常压下继续加入钙化膨润土、抑霉剂、水玻璃和一定量的水，选择性的加入助凝剂，球磨20-30分钟，促进游离出的碱和水玻璃复合，有效促进膨润土内二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁等成分的聚合反应生成高强的空间网络3d结构，同时在150℃的温度下二水石膏脱水成半水石膏，从而形成石膏基石墨烯涂料胶体；

4)将步骤3)所得的石膏基石墨烯涂料胶体在150℃下烘干成粉体，过筛后包装；过筛包装的目数不低于350-400目。

此外，在步骤3)中，还可以加入萤石粉等负离子粉和电气石粉体材料，以提高石膏基石墨烯涂料的功能性。

本发明的有益效果是：

本发明的石膏基石墨烯涂料具有高强度、高韧性、耐水性好、防霉防潮的优点；具体原理如下：

增强增韧原理

其中的改性石墨烯还有大量羧基和羟基，提高石墨烯片层周边的亲水性和浸润性；其中的碳酸氢钠(小苏打)与消石灰反应，释放大量的热，同时产生大量的二氧化碳和水，如此使得形成的碳酸钙为多孔结晶结构；该多孔结晶结构中，晶体表面由于结晶度高则亲水性差，而孔洞的边缘则聚集有大量的水分子；根据结构和极性相近相亲的原理，石墨烯在热效应的作用下产生分子面上的蠕动，就会快速分散并铺展于碳酸钙结晶体的表面，而石墨烯边缘更贴近于孔洞；由于石墨烯十分柔顺，边缘的分子链段更加柔顺，在亲水力的带动下，向孔洞分散铺展，查缺补漏，构建成一个以石墨烯二维大分子铺展于碳酸钙晶体表面的延展层，层与层随着碳酸钙的固化凝结，而最终均匀分散于石膏基涂料内部，从而石墨烯与碳酸钙结晶体配合对涂料起到增强增韧的作用；

碳酸氢钠与氢氧化钙反应，快速生成碳酸钙结晶体，使得石膏强度迅速上升，同时伴随热效应，二水石膏快速脱水而形成硫酸钙与碳酸钙的伴生体，从而使得强度进一步迅速上升；

小苏打转化为碳酸钙晶体以及二氧化碳和水的形成，促进氢氧化根游离，迅速形成强碱溶液，强碱溶液则可以快速和膨润土里大量的二氧化二铝和氧化铁、二氧化硅反应，形成聚铝聚铁聚硅的三级无机聚合物体系，最终形成三维增韧增强空间网络结构，进一步提高了涂料的强度和韧性；

此外，碱液和水玻璃协同作用可有效促进膨润土里硅铝铁的无机聚合反应，生成高强的网状结构，继续提高石膏基料的后期耐水性和强度。

防潮防霉原理

改性石墨烯具有很强的电子传导性，具有强电子还原性，不利于霉菌的附着生长，其与抑霉剂协同作用，可抑制霉菌和细菌的增殖，提高涂料的防霉抑菌性能；

石墨烯对水分子有物理性阻隔作用；具体的，在涂料中，石墨烯包覆在碳酸钙和硫酸钙等结晶体之间，石墨烯超分子面链段结构具有疏水性，可天然阻隔水分子的渗入，提高涂料的耐水性和防潮性能。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明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。

本发明提供了一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料，按照重量份数计，其制备原料包括以下组分：

改性石墨烯粉体5～10份、二水石膏300～500份、消石灰100～150份、抑霉剂15～20份、钙化膨润土200～250份、小苏打40～50份、水玻璃10～20份。

其中，所述改性石墨烯粉体为氧化石墨烯粉体、羟基化改性石墨烯粉体、羧基化改性石墨烯粉体、氨基化改性石墨烯粉体中的中的一种或两种以上的混合。

改性石墨烯的制备方法有很多，例如，可以通过以下方法获得：取1份石墨分散于25份浓硫酸中，在0℃加入2.3份高锰酸钾，于60℃反应3～6小时，降温至0℃再加入1份高锰酸钾，保持10℃反应20～30小时；反应后加入1.2份双氧水并超声20分钟，清洗干燥之后获得富羟基氧化石墨烯。以下实施例采用该示例方法制得的改性石墨烯。

其中，所述二水石膏为天然一级二水石膏。

其中，所述抑霉剂为无机抑霉剂或天然植物抑霉剂。无机抑霉剂选自纳米二氧化钛、纳米银粉、纳米硫粉、石硫合剂、硫酸铜、氢氧化铜、氧化亚铜、胆矾、雄黄粉中的一种或两种及以上的混合。天然植物抑霉剂选自鱼腥草提取物、辣椒提取物、樟树提取物、夏枯草提取物中的一种或两种及以上的混合。

以辣椒碱提取物为例，提取方法如下：

1)称取干辣椒，利用微米级撕碎机撕碎成微米级粉体，放入萃取反应釜内；

2)称取质量占比为50％的乙二醇和丙三醇混合溶液(乙二醇和丙三醇的摩尔质量比为3:1)，放入萃取反应釜内；

3)空气增压到1.5MPa，启动恒温循环系统，控制温度在190℃，萃取时间为2个小时；

4)将溶液快速输送到闪蒸罐，闪蒸罐压力0.6MPa，温度80℃，闪蒸去除并回用乙二醇和丙三醇；

5)剩余液体经过微米过滤，得到辣椒碱等辣椒提取物。

该涂料的制备原料还包括有助凝剂；助凝剂为无机混凝剂或有机助凝剂；无机助凝剂包括聚合氯化铝、聚合硫酸铝和聚合硫酸铁中的一种或者两种及以上的组合；有机助凝剂包括聚丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚脲中的一种或者两种及以上的组合。

该防霉防潮石膏基石墨烯涂料的制备方法，包括如下步骤：

1)在室温下，将二水石膏投入研磨机内，再加入小苏打粉体和消石灰，充分机械研磨搅拌20分钟；

2)在150℃，0.3MPa下，将物料转移到球磨机内，加入改性石墨烯粉体和一定量的水，研磨20-30分钟，充分反应，促使多孔碳酸钙晶体的迅速形成，同时促进改性石墨烯在多孔碳酸钙表面的有效铺展；

3)在球磨机内，在150℃、常压下继续加入钙化膨润土、抑霉剂、水玻璃和一定量的水，选择性的加入助凝剂，球磨20-30分钟，促进游离出的碱和水玻璃复合，有效促进膨润土内二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁成分的聚合反应生成高强的空间网络3d结构，同时在150℃的温度下二水石膏脱水成半水石膏，从而形成石膏基石墨烯涂料胶体；

4)将步骤3)所得的石膏基石墨烯涂料胶体在150℃下烘干成粉体，过筛后包装；过筛包装的目数不低于350-400目。

此外，在步骤3)中，还可以加入萤石粉等负离子粉和电气石粉体材料，以提高石膏基石墨烯涂料的功能性。

实施例1

该实施例1的防霉防潮石膏基石墨烯涂料，按照重量份数计，其制备原料包括以下组分：

改性石墨烯粉体5份、二水石膏350份、消石灰100份、纳米二氧化钛15份、钙化膨润土220份、小苏打40份、水玻璃10份、聚合氯化铝5份。

该防霉防潮石膏基石墨烯涂料的制备方法，包括如下步骤：

1)在室温下，将二水石膏投入研磨机内，再加入小苏打粉体和消石灰，充分机械研磨搅拌20分钟；

2)在150℃，0.3MPa下，将物料转移到球磨机内，加入改性石墨烯粉体和水，改性石墨烯与水的质量比为2:1，研磨20-30分钟，充分反应，促使多孔碳酸钙晶体的迅速形成，同时促进改性石墨烯在多孔碳酸钙表面的有效铺展；

3)在球磨机内，在150℃、常压下继续加入其他剩余原料和一定量的水，球磨25分钟，促进游离出的碱和水玻璃复合，有效促进膨润土内二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁成分的聚合反应生成高强的空间网络3d结构，同时在150℃的温度下二水石膏脱水成半水石膏，从而形成石膏基石墨烯涂料胶体；

4)将步骤3)所得的石膏基石墨烯涂料胶体在150℃下烘干成粉体，过筛后包装；过筛包装的目数不低于350-400目。

实施例2

该实施例2的防霉防潮石膏基石墨烯涂料，按照重量份数计，其制备原料包括以下组分：

改性石墨烯粉体8份、二水石膏400份、消石灰120份、纳米银粉15份、钙化膨润土200份、小苏打45份、水玻璃15份、聚合硫酸铁8份。

该实施例2的涂料的制备方法同实施例1。

实施例3

该实施例3的防霉防潮石膏基石墨烯涂料，按照重量份数计，其制备原料包括以下组分：

改性石墨烯粉体10份、二水石膏500份、消石灰150份、纳米银粉20份、钙化膨润土250份、小苏打50份、水玻璃20份。

该实施例3的涂料的制备方法同实施例1。

对比例1

该对比例1的石膏基涂料，按照重量份数计，其制备原料包括以下组分：

二水石膏500份、消石灰160份、纳米银粉20份、钙化膨润土250份、小苏打50份、水玻璃20份。

该对比例1的涂料的制备方法，包括如下步骤：

在室温下，将二水石膏投入研磨机内，再加入小苏打粉体和消石灰，充分机械研磨搅拌20分钟；在150℃，常压下，将物料转移到球磨机内，加入其他剩余原料和一定量的水，球磨25分钟；将球磨后所得的涂料在150℃下烘干成粉体，过筛后包装。

对比例2

该对比例2的石膏基涂料，按照重量份数计，其制备原料包括以下组分：

二水石膏500份、消石灰200份、纳米银粉20份、钙化膨润土250份、水玻璃20份。

该对比例2的涂料的制备方法，包括如下步骤：

在室温下，将二水石膏投入研磨机内，再加入消石灰，充分机械研磨搅拌20分钟；在150℃，常压下，将物料转移到球磨机内，加入其他剩余原料和一定量的水，球磨25分钟；将球磨后所得的涂料在150℃下烘干成粉体，过筛后包装。

性能测试

(1)力学性能测试：按照《石膏灰泥力学性能的测定》的要求做出相应的实验样品，进行力学性能测试，测试结果如表1所示；

(2)防霉效果测试：依据HG/T3950-2007《抗菌涂料》对实施例1-3制成的防霉防潮石膏基石墨烯涂料进行抗霉菌性能测试，测试结果如表1所示；

(3)耐水性测试：按照ASTMD870对实施例1-3的防霉防潮石膏基石墨烯涂料形成的涂层进行耐水性能测试，测试结果如表1所示。

表1测试结果

表1中，评级等级：0级：不长，即显微镜(放大50倍)下观察未见生长；1级：痕迹生长，即肉眼可见生长，但生长覆盖面积小于10％；2级：生长覆盖面积大于10％。抗霉菌性能测试中使用的霉菌为：黑曲霉、绳状青霉、球毛壳霉、宛氏拟青霉、土曲霉。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料，其特征在于，按照重量份数计，其制备原料包括以下组分：

改性石墨烯粉体5～10份、二水石膏300～500份、消石灰100～150份、抑霉剂15～20份、钙化膨润土200～250份、小苏打40～50份、水玻璃10～20份。

2.根据权利要求1所述的一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料，其特征在于，所述改性石墨烯粉体为氧化石墨烯粉体、羟基化改性石墨烯粉体、羧基化改性石墨烯粉体、氨基化改性石墨烯粉体中的一种或两种以上的混合。

3.根据权利要求1所述的一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料，其特征在于，所述二水石膏为天然一级二水石膏。

4.根据权利要求1所述的一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料，其特征在于，所述抑霉剂为无机抑霉剂或天然植物抑霉剂。

5.根据权利要求4所述的一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料，其特征在于，无机抑霉剂选自纳米二氧化钛、纳米银粉、纳米硫粉、石硫合剂、硫酸铜、氢氧化铜、氧化亚铜、胆矾、雄黄粉中的一种或两种及以上的混合。

6.根据权利要求4所述的一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料，其特征在于，天然植物抑霉剂选自鱼腥草提取物、辣椒提取物、樟树提取物、夏枯草提取物中的一种或两种及以上的混合。

7.根据权利要求1所述的一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料，其特征在于，该涂料的制备原料还包括助凝剂。

8.根据权利要求7所述的一种防霉防潮石膏基石墨烯涂料，其特征在于，所述助凝剂为无机混凝剂或有机助凝剂；无机助凝剂包括聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁中的一种或者两种及以上的组合；有机助凝剂包括聚丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚脲中的一种或者两种及以上的组合。

9.一种权利要求1至8任一项所述的防霉防潮石膏基石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在室温下，将二水石膏投入研磨机内，再加入小苏打粉体和消石灰，充分机械研磨搅拌20分钟；

2)在150℃，0.3MPa下，将物料转移到球磨机内，加入改性石墨烯粉体和一定量的水，研磨20-30分钟；

3)在球磨机内，在150℃、常压下继续加入钙化膨润土、抑霉剂、水玻璃和一定量的水，选择性的加入助凝剂，球磨20-30分钟；

4)将步骤3)所得的石膏基石墨烯涂料胶体在150℃下烘干成粉体，过筛后包装。