阅读说明：本技术 一种石墨烯外墙板自清洁涂料及其制备方法 (Graphene external wall panel self-cleaning coating and preparation method thereof ) 是由 冯江涛 张普敦 王力 刘牧 于 2020-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种石墨烯外墙板自清洁涂料,包括以下重量的各组分：碱性硅溶胶20-60份,苯乙烯丙烯酸酯乳液10-30份,石墨烯2-8份,纳米氧化钇1-5份,纳米氧化铈1-5份,成膜助剂0.1-1份,表面活性剂0.5-3份,增稠剂5-10份,分散剂0.1-1份,消泡剂0.1-1份,颜料10-20份,去离子水10-30份。本发明还公开了一种石墨烯外墙板自清洁涂料的制备方法。本发明采用上述石墨烯外墙板自清洁涂料及其制备方法,能够解决现有的自清洁涂料与外墙结合力低、自清洁能力差的问题。(The invention discloses a graphene external wall panel self-cleaning coating which comprises the following components in parts by weight: 20-60 parts of alkaline silica sol, 10-30 parts of styrene acrylate emulsion, 2-8 parts of graphene, 1-5 parts of nano yttrium oxide, 1-5 parts of nano cerium oxide, 0.1-1 part of film-forming additive, 0.5-3 parts of surfactant, 5-10 parts of thickener, 0.1-1 part of dispersant, 0.1-1 part of defoamer, 10-20 parts of pigment and 10-30 parts of deionized water. The invention also discloses a preparation method of the graphene external wall panel self-cleaning coating. By adopting the graphene external wall panel self-cleaning coating and the preparation method thereof, the problems of low binding force and poor self-cleaning capability of the existing self-cleaning coating and an external wall can be solved.)

一种石墨烯外墙板自清洁涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑用自洁涂料技术领域，尤其涉及一种石墨烯外墙板自清洁涂料及其制备方法。

背景技术

随着环境污染的不断加剧，空气中雾霾越来越严重，空气中含有的油性烟雾、汽车尾气和工业废气等给建筑外墙带来了严重的侵蚀和污染，影响建筑外墙的美观性和性能。自清洁涂料与水的接触角较大，与水的润湿性较差，使得水在重力的作用下从涂层上滑落，很难停留在涂层上。杂物在水的作用下能够从涂层上被冲刷下来，保持涂层表面的干净，不仅能够降低维护费用，减少劳动力的需求，同时能减少清洁剂的使用。因此，自清洁涂料广泛的应用在建筑外墙上。现有的自清洁涂料存在与外墙的结合力低，自清洁能力较差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯外墙板自清洁涂料，解决现有的自清洁涂料与外墙结合力低、自清洁能力差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种石墨烯外墙板自清洁涂料，包括以下重量的各组分：

优选的，所述碱性硅溶胶中纳米二氧化硅离子的粒径不大于600nm，二氧化硅的含量为20％-30％，二氧化硅与氧化钠的比例不小于40％。

优选的，所述成膜助剂为氧化锌、硅酸丁酯、醋酸丁酯或甲基硅酸钠中的一种或几种的混合物。

优选的，所述表面活性剂为苯磺酸钠。

优选的，所述增稠剂为羟乙基纤维素、CMC或二者的混合物；所述分散剂为六偏磷酸钠；所述消泡剂为磷酸三丁酯。

上述石墨烯外墙板自清洁涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将纳米氧化钇和纳米氧化铈加入到一定量的去离子水中，在1000-2000rpm的转速下超声均匀分散40-60分钟，制成钇铈复合陶瓷纳米液；

S2、将石墨烯加入到一定量的去离子水中，并在去离子水中加入一定量的乙醇溶液，在1000-2000rpm的转速下超声均匀分散90-180分钟，然后蒸发掉乙醇，制成石墨烯分散液；

S3、把成膜剂加入反应釜中，加入一定量的去离子水，搅拌，然后依次加入表面活性剂、增稠剂、分散剂、消泡剂搅拌至均匀，然后在反应釜中缓慢的加入碱性硅溶胶，加入苯乙烯丙烯酸酯乳液、石墨烯分散液和钇铈复合陶瓷纳米液，搅拌均匀，通过研磨机研磨分散，研磨时间为1-2小时；

S4、在研磨料中加入颜料和全部的去离子水，在800-1200rpm的转速下搅拌混合均匀，得到涂料。

本发明所述的一种石墨烯外墙板自清洁涂料及其制备方法的优点和积极效果是：

1、硅溶胶在失去水分时，单体硅酸逐渐聚合形成高聚硅胶，随水分的蒸发，胶体分子增大，最后形成“-Si-O-Si-O-”网状结构的涂膜，空气中各种尘埃难以粘附在涂膜上，抗污染能力强。硅溶胶中氧化钠(Na₂O)的含量低，硅溶胶一旦成膜就不会再溶解的特性，因而具有较好的耐水性、耐热性。硅溶胶中二氧化硅(Si₂O)的颗粒尺寸较小，对基层有较强的渗透力，能通过毛细管渗透到基层内部，并能与混凝土基层中的氢氧化钙反应生成硅酸钙，使涂料具有较强的粘结力。

2、涂料中加入一定量的苯乙烯丙烯酸酯乳液，使得苯乙烯丙烯酸酯分子均匀的分布在“-Si-O-Si-”网状结构的间隙中，屏蔽涂膜中残存的亲水基团，同时还能在冷热交替时使涂层的收缩得到缓冲，并使涂层具有一定弹性。

3、石墨烯作为纳米级别的微粒，可以填补涂料本身的空隙或者空洞，石墨烯能有效的达到填补的效果，隔离水和氧气，使表面与外界完全分割开。石墨烯的表面效应使得石墨烯与水的接触角很大，对水的润湿性很差，提高了涂料的自清洁效果。

4、纳米氧化钇和纳米氧化铈分散后按配比改性成钇铈复合陶瓷纳米液，在涂料中添加钇铈复合陶瓷纳米液和石墨烯，利用“荷叶疏水”原理模拟，能够有效的阻止粉尘及油污的侵入。

下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

一种石墨烯外墙板自清洁涂料，包括以下重量的各组分：

碱性硅溶胶中纳米二氧化硅离子的粒径不大于600nm，二氧化硅的含量为20％-30％，二氧化硅与氧化钠的比例不小于40％。

成膜助剂为氧化锌、硅酸丁酯、醋酸丁酯或甲基硅酸钠中的一种或几种的混合物。

表面活性剂为苯磺酸钠。

增稠剂为羟乙基纤维素、CMC或二者的混合物；分散剂为六偏磷酸钠；消泡剂为磷酸三丁酯。

颜料可以为炭黑、钛白粉、靛蓝或其他的颜料。

上述石墨烯外墙板自清洁涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将纳米氧化钇和纳米氧化铈加入到一定量的去离子水中，在1000-2000rpm的转速下超声均匀分散40-60分钟，制成钇铈复合陶瓷纳米液。

S2、将石墨烯加入到一定量的去离子水中，并在去离子水中加入一定量的乙醇溶液，在1000-2000rpm的转速下超声均匀分散90-180分钟，然后蒸发掉乙醇，制成石墨烯分散液；乙醇溶液的加入可以提高石墨烯的分散性。

S3、把成膜剂加入反应釜中，加入一定量的去离子水，搅拌，然后依次加入表面活性剂、增稠剂、分散剂、消泡剂搅拌至均匀，然后在反应釜中缓慢的加入碱性硅溶胶，加入苯乙烯丙烯酸酯乳液、石墨烯分散液和钇铈复合陶瓷纳米液，搅拌均匀，通过研磨机研磨分散，研磨时间为1-2小时。

S4、在研磨料中加入颜料和全部的去离子水，在800-1200rpm的转速下搅拌混合均匀，得到涂料。

以硅溶胶为基料，配合颜料和各种助剂制成硅溶胶无机高分子涂料，硅溶液在失去水分时，单体硅酸逐渐聚合形成高聚硅胶，随水分的蒸发，胶体分子增大，最后形成“-Si-O-Si-O-”网状结构的涂膜，涂膜致密且较硬，不产生静电，空气中各种尘埃难以粘附在涂膜上，抗污染能力强。因硅溶胶中氧化钠(Na₂O)的含量低，硅溶胶一旦成膜就不会再溶解的特性，因而具有较好的耐水性、耐热性。硅溶胶中二氧化硅(Si₂O)的颗粒尺寸较小，对基层有较强的渗透力，能通过毛细管渗透到基层内部，并能与混凝土基层中的氢氧化钙反应生成硅酸钙，使涂料具有较强的粘结力。

硅溶胶在成膜过程中体积收缩较大，涂膜易开裂。在涂料中加入一定量的苯乙烯丙烯酸酯乳液，使得苯乙烯丙烯酸酯分子均匀的分布在“-Si-O-Si-”网状结构的间隙中，屏蔽涂膜中残存的亲水基团，同时还能在冷热交替时使涂层的收缩得到缓冲，并使涂层具有一定弹性。

石墨烯作为纳米级别的微粒，可以填补涂料本身的空隙或者空洞，石墨烯能有效的达到填补的效果，隔离水和氧气，使表面与外界完全分割开。石墨烯的表面效应使得石墨烯与水的接触角很大，对水的润湿性很差，水分很难被石墨烯吸收，石墨烯隔绝了水与基体的接触，提高了涂料的自清洁效果。

纳米氧化钇和纳米氧化铈分散后按配比改性成钇铈复合陶瓷纳米液，在涂料中添加钇铈复合陶瓷纳米液和石墨烯，利用“荷叶疏水”原理模拟，能够有效的阻止粉尘及油污的侵入，在风力吹动或振动过程中，粉尘和油污能够轻松的被带走，使涂层表面保持清洁，提高涂料的自清洁效果。

以下将结合具体实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。实施例1-4涂料的成分如下表所示：

对上述实施例的自清洁涂料与水的接触角进行检测；在涂层表面上均匀铺散炭黑，把涂层表面倾斜45°，用进样器吸0.3ml的蒸馏水滴到测试表面上端，对涂料进行集灰实验；采用扫描电镜(SEM)和AFM对涂层表面形貌进行检测；并对涂层的附着力、耐冲击性进行了检测；结果如下表所述：

综上所述，采用上述石墨烯外墙板自清洁涂料及其制备方法制备的自清洁涂料具有较大的接触角，集灰能力差，涂料附着力和耐冲击性能较好。

因此，本发明采用上述石墨烯外墙板自清洁涂料及其制备方法，能够解决现有的自清洁涂料与外墙结合力低、自清洁能力差的问题。

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对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。