一种新型混凝土染色剂
阅读说明：本技术 一种新型混凝土染色剂 (Novel concrete coloring agent ) 是由 丁海媛 霍红千 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种新型混凝土染色剂,由按质量百分数计的以下组分制得：纳米金属络合染料2～10％、纳米二氧化硅5～20％、小分子树脂5～20％、溶剂45～88％、消泡剂1～3‰、分散剂1～3‰、光稳定剂1～3‰、紫外线吸收剂1～3‰、脱水剂1～5‰。本申请中溶剂、纳米二氧化硅、小分子树脂裹挟染料进行三阶梯渗透分布,解决了水分导致的染料迁移和光照产生的能量跃迁变色导致的色牢度下降的问题,实现混凝土的染色效果,并实现具有密封、硬化、耐水、耐磨、耐久性能的优质性能。(The invention provides a novel concrete coloring agent which is prepared from the following components in percentage by mass: 2-10% of nano metal complex dye, 5-20% of nano silicon dioxide, 5-20% of micromolecular resin, 45-88% of solvent, 1-3% of defoaming agent, 1-3% of dispersing agent, 1-3% of light stabilizer, 1-3% of ultraviolet absorbent and 1-5% of dehydrating agent. Solvent, nanometer silica, micro molecule resin wrap up in the dye and carry out the three-step infiltration and distribute in this application, have solved the problem that the energy transition that the dye migration that moisture leads to and illumination produced discolours and leads to the colour fastness to descend, realize the dyeing effect of concrete to the realization has sealed, sclerosis, water-fast, wear-resisting, the high-quality performance of durability.)
技术领域
本发明涉及染色剂技术领域，具体涉及一种新型混凝土染色剂。
背景技术
传统染色剂是将染料溶解或分散于溶剂(油性溶剂或水等)中，随溶剂渗透到混凝土中后，通过与混凝土中的金属离子发生络合反应而牢固结合。视觉效果上油性染色剂明显优于水性，并且可以通过调节溶剂来实现性能上的改变，色牢度更持久。水性染色剂水迁移问题相对严重，通常进行多遍固色处理，施工繁琐，易褪色。目前市场上的主流产品还是以油性为主。
混凝土染色剂是一种对混凝土地面具有密封硬化作用和染色功能的油性渗透型染色材料，能够将硬化混凝土均匀染色，可以实现雅致的装饰外观。染色剂是在经过恰当处理的混凝土表面进行连续施工，仅需一天即可完成染色，纳米化的微粒子可以让颜色渗透到混凝土内部，颜色均匀，并且不会因交通负荷而造成磨损。它的染色原理区别于酸性着色。酸性着色产品需要在无机酸或者有机酸形成的酸性条件下，通过无机金属盐和混凝土中的金属离子发生反应，形成带颜色的不溶物沉淀，如专利CN201910965700.7一种混凝土染色剂及制备和施工方法中方案所述。这种着色效果受混凝土的组成的分散性影响，形成的颜色不均匀，适合于仿古及做旧地面，施工工艺较为复杂。
混凝土染色剂中的染料，与混凝土金属离子结合后，色牢度受水分、光线、温度、基材酸碱等外部条件影响，随时间发生迁移和能量激化，地面颜色产生变化。常规影响褪色的主要原因还是水分迁移、光照、以及光照带来的温升。解决水分导致的染料迁移和光照产生的能量跃迁变色，就能从根本上延长混凝混凝土染色剂的色牢度
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新型的混凝土染色剂，能够增加离子结合紧密度，增加色牢度，降低水迁移、光激化问题，性能上经久耐用，施工上去繁化简，不需要水性染色剂过多的固色处理。
基于上述问题，本发明提出的技术方案是一种新型混凝土染色剂，由按质量百分数计的以下组分制得，纳米金属络合染料2～10％、纳米二氧化硅5～20％、小分子树脂5～20％、溶剂45～88％、消泡剂1～3‰、分散剂1～3‰、光稳定剂1～3‰、紫外线吸收剂1～3‰、脱水剂1～5‰。
其中，溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚、碳酸二乙酯、乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或多种组合。
优选的，所述溶剂为丙二醇甲醚20～30％、碳酸二乙酯20～30％、乙二醇丁醚醋酸酯20～30％。
其中，纳米金属络合染料采用1：2型纳米金属络合染料，金属的中心离子数与染料分子数之比为1：2，这类染料能够有效溶解于溶剂中，清澈透明，没有沉淀和浑浊，色彩鲜艳，能够随溶剂渗入混凝土约5～10mm，并和混凝土中的金属离子发生络合反应结合；混凝土为强碱性，同时地面接收光照，国内夏季地面温度可达60℃。选择1：2型纳米金属络合染料，日晒色牢度良好、耐热稳定至160℃以上，耐水及耐酸碱牢度优良，适用于混凝土染色。
其中，纳米二氧化硅为醇溶型纳米二氧化硅，pH值为酸性，与染料共存于溶剂，不会发生酸碱反应。采用粒径范围1～2nm的硅溶胶，更有利于在混凝土中的渗入和反应，从而锁定染料，它在经过致密处理的混凝土基础上，可渗入5～8mm。未经处理的混凝土，可以渗入10mm以上。纳米二氧化硅与混凝土发生纳米硅固化反应，一部分与混凝中的氢氧化钙形成新的化学溶胶，极少部分自身缩合成不溶于水的二氧化硅凝胶，它们都以硅氧键与原混凝土牢固结合，并封堵混凝土毛细孔，混凝土致密度提升，减少水分子进出，反应产物硬度高，提升混凝的硬度，混凝土实现密封固化效果。染料还能够与上述反应产物继续发生反应，实现染色。混凝土的致密性提升后，将与混凝土结合的染料锁在混凝土内部，从而减少水进出、光照、温度造成的染料迁移，染色牢度提升。
其中，所述小分子树脂为有机硅树脂、硅氧烷树脂、以及树脂预聚体中的一种或几种。具有有机和无机材料的特点，良好的耐候性；树脂具有良好的渗透能力，包裹染料，一并渗透到混凝土内部2～5mm，通过硅氧键与混凝土牢固结合，锁住染料；树脂渗入式填充，不会在混凝土表面形成连续膜，不会被磨耗。其他大分子树脂，譬如环氧类树脂、丙烯酸类树脂等，分子大，不渗透，表面成膜，易被磨损，耐候性差。
该新型混凝土染色剂的制备工艺包括以下步骤：
1)加入三分之二的溶剂和消泡剂、分散剂、光稳定剂、紫外线吸收剂使之混合均匀；
2)加入纳米金属络合染料染料，搅拌30～60分钟；
3)上述混合液中加入小分子树脂及纳米二氧化硅，搅拌至均匀；
4)加入最后三分之一的溶剂；
5)加入脱水剂，搅拌至均匀；
6)过滤，卸料。
本发明的优点和有益效果：
本申请中溶剂、纳米二氧化硅、小分子树脂裹挟染料进行三阶梯渗透分布，实现混凝土的染色效果，通过纳米二氧化硅、小分子树脂阶梯式封堵混凝土孔隙，锁住染料，阻止迁移，二氧化硅和树脂对染料的包裹和封闭，阻碍了光线直接接触混凝土表层的染料，消耗光能量，延缓光褪色；纳米二氧化硅与混凝土反应，协同小分子树脂对地面进行密封，提升混凝土硬度、耐水、耐磨性能。
纳米金属络合染料采用1：2型纳米金属络合染料，1:2型纳米金属络合染料染料日晒色牢度良好、耐热稳定至160℃以上，耐水及耐酸碱牢度优良；纳米二氧化硅为醇溶型纳米二氧化硅，PH值为酸性，与染料共存于溶剂，不会发生酸碱反应，采用粒径范围1～2nm的硅溶胶，更有利于在混凝土中的渗入和反应，从而锁定染料；小分子树脂具有有机和无机材料的特点，良好的耐候性、良好的渗透能力，包裹染料，一并渗透到混凝土内部2～5mm，通过硅氧键与混凝土牢固结合，锁住染料，树脂渗入式填充，不会在混凝土表面形成连续膜，不会被磨耗。
通过开发该种混凝土染色剂，最终实现具有密封、硬化、耐水、耐磨、耐久性能的染色底面，施工上去繁化简，不需要水性染色剂过多的固色处理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。
实施例1一种新型混凝土染色剂，由按质量百分数计的以下组分制得：纳米金属络合染料5％、纳米二氧化硅10％、小分子树脂10％、丙二醇甲醚30％、碳酸二乙酯30％、乙二醇丁醚醋酸酯15％、消泡剂1‰、分散剂2‰、光稳定剂1‰、紫外线吸收剂1‰、脱水剂5‰。
实施例2一种新型混凝土染色剂，由按质量百分数计的以下组分制得：纳米金属络合染料2.5％、纳米二氧化硅10％、小分子树脂10％、丙二醇甲醚30％、碳酸二乙酯30％、丙二醇甲醚醋酸酯17.5％、消泡剂1‰、分散剂2‰、光稳定剂1‰、紫外线吸收剂1‰、脱水剂5‰。
实施例3一种新型混凝土染色剂，由按质量百分数计的以下组分制得：纳米金属络合染料2.5％、纳米二氧化硅20％、小分子树脂15％、丙二醇甲醚30％、碳酸二乙酯30％、丙二醇甲醚醋酸酯17.5％、消泡剂2‰、分散剂2‰、光稳定剂2‰、紫外线吸收剂3‰、脱水剂3‰。
实施例4一种新型混凝土染色剂，由按质量百分数计的以下组分制得：纳米金属络合染料10％、纳米二氧化硅20％、小分子树脂15％、丙二醇甲醚25％、碳酸二乙酯15％、丙二醇甲醚醋酸酯15％、消泡剂2‰、分散剂2‰、光稳定剂2‰、紫外线吸收剂3‰、脱水剂3‰。
依赖上述实施例的各组分制备混凝土染色剂的加工步骤为：1)加入三分之二的溶剂和消泡剂、分散剂、光稳定剂、紫外线吸收剂使之混合均匀；
2)加入纳米金属络合染料染料，搅拌60分钟；
3)上述混合液中加入小分子树脂及纳米二氧化硅，搅拌至均匀；
4)加入最后三分之一的溶剂；
5)加入脱水剂，搅拌至均匀；
6)过滤，卸料。
将实施例中的染色剂与对比产品1、对比产品2、对比产品3进行性能比较，其中对比产品1为市场常规溶剂型染色剂，对比产品2为添加了环氧树脂的溶剂型染色剂，对比产品3为市场水性染色剂，对包括硬度、24h表面吸水/mm、耐磨度、耐湿摩擦色牢度和耐湿摩擦色牢度等性能进行比对。
评判染色剂在混凝土上的色牢度，没有相应的标准执行，参考染料色牢度在织物上的检测方法，以及染色剂在实际工程的施工步骤，制订了一套对比检测方法，通过评价耐湿摩擦色牢度和耐气候老化色牢度，来评价染色剂色牢度性能。采用六色九级对色卡评价色牢度，从1～5，每增加0.5为一个等级，目测变色程度，判定变色等级，等级越高，变色越严重，至5为完全褪色。
耐湿摩擦色牢度：使用角磨机配合400#研磨抛光垫，带水研磨混凝土染色样板，持续10分钟，角磨机转速控制在800转/分钟。晾干。如此反复循环20次。观察测试样板与标准样板色差，对照六色九级对色卡，目测变色程度，判定变色等级。
耐气候老化色牢度：按GB/T 1865-2009《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露》中所述润湿循环A循环，在人工气候老化箱中，对样板进行模拟太阳光照射，水淋，持续时间168h，即7天。观察测试样板与标准样板色差，对照六色九级对色卡，目测变色程度，判定变色等级。
如没有试验条件，可将样板置于户外，阳光直射并定期水淋，同对比条件下，将测试样板与标准样板进行变色程度对比。试验周期不少于1个月。
混凝土硬度：使用莫氏硬度笔进行刻画检测，从1～10，每增加1为一个等级，等级越高，硬度越大，10级为钻石的硬度。
24h表面吸水量降低率/％：方法参照JC/T2158-2021《渗透性液体硬化剂》。
耐磨度比/％：方法参照JC/T906-2002《混凝土地面用水泥基耐磨材料》，耐磨度比数值越高，耐磨性越好。
样板制作：将染色剂涂在研磨至150目的C30混凝土基础板上一遍，研磨至500目再染一遍。研磨至1000目。其中对比产品3-水性染色剂按照指导使用说明进行样板制作，工艺为两遍染色，两遍固色。
测试色牢度项目时，所有检测样板表面均喷涂CFS-401保护剂，干燥后抛光，自然养护7天后，进行测试。
测试染色后混凝土的性能变化，无需上保护剂，研磨至1000目后，自然养护时间7天后，进行测试。
样板尺寸8cm*8cm。测试样板2块，标准染色比对板1块。为保证染色的均匀一致性，样板需要在同一块混凝土板染色后再切割至规定尺寸。
结果如表1所示：
表1产品性能对比表
由测试可知，本申请制备的混凝土染色剂不管从硬度、耐磨度、色牢度等多方面都优于传统混凝土染色剂。
以上对发明的几个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
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