一种高性能环保涂料及其制备方法与流程

本本发明属于环保涂料领域，涉及一种可吸收杂波的高性能环保涂料及其制备方法。

背景技术：

随着高速传播信息的需要，高辐射设备的应用越来越多。电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等。热效应：引起机体升温，从而影响到身体其他器官的正常工作。非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁波的干扰，处于不衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏，人体也会遭受损害。累积效应：热效应和非热效应作用于人体后，当对人体的影响尚未来得及自我恢复之前，若再次受到过量电磁波辐射的长期影响，其影响程度就会发生累积，久而久之会形成永久性累积影响。各国科学家经过长期研究证明：长期接受电磁辐射会造成人体免疫力下降、新陈代谢紊乱、提前衰老、心率失常、视力下降、血压异常、皮肤产生斑痘、粗糙，甚至导致各类癌症等。基于上述原因，一些能吸收辐射能量的涂料和家装材料越来越受到人们的重视。目前，这类涂料主题通过加入重金属或稀有金属粉末及其氧化物，尤其是含ba、pb、u、lu等金属化合物来吸收环境中的太赫兹波等。虽然，实验证实这类涂料确实可以起到一定吸收电磁辐射的作用，但效果仍不臻理想，且所加入的部分有效成分本身就带有辐射危害。此外，这类涂料目前仅具有一定吸收电磁辐射能力，而不具有其他性能，涂料的综合性能尚有待提高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种高性能环保涂料，具有良好的吸收/屏蔽环境中辐射电磁波的能力，还具有易于涂刷施工、附着力强、还具有净化空气、灭菌杀菌等作用，是一种综合性能优异的环保涂料。

本发明的技术方案为：

一方面，一种高性能环保涂料，其包含：

0.03-25质量份的辐射吸收材料、0-40质量份的骨料、30-100质量份的粘合剂、3-5质量份的增强纤维、0.01-3质量份的纳米银粉末、0.1-3质量份的导电微粉、24-35质量份的白水泥、20-25质量份的胶粉；所述辐射吸收材料为纳米二氧化钛负载六方氮化硼/石墨烯三明治复合纳米材料。

根据本发明的较佳实施例，其中：所述高性能环保涂料还含有11-33质量份的硅藻土。

优选地，所述辐射吸收材料的量为0.03-0.1质量份。由于纳米二氧化钛负载六方氮化硼/石墨烯三明治复合纳米材料中，三明治复合纳米材料为二维材料，因此只需要较少的加入量即可分布到非常大面积的涂层中，无需添加过多辐射吸收材料，可节省成本。

根据本发明的较佳实施例，其中：所述粘合剂为hpmc(羟丙基甲基纤维素)、hec(羟乙基甲基纤维素)、hbmc(羟甲基纤维素)中的一种或几种的组合。

根据本发明的较佳实施例，其中：所述增强纤维为陶瓷纤维；所述陶瓷纤维包括但不限于高铝硅酸铝纤维、普通硅酸铝纤维、多晶氧化铝纤维、含zro2、b2o3或cr2o2的硅酸铝纤维，sio2―cao―mgo系陶瓷纤维、镁橄榄石纤维或特殊的氧化物纤维。

根据本发明的较佳实施例，其中：所述骨料包括膨胀蛭石和膨胀珍珠岩，其中膨胀蛭石和膨胀珍珠岩皆为粉末，且膨胀蛭石内部的铁、镁、铝硅盐酸的质量比为1:1:2。骨料中的膨胀蛭石和膨胀珍珠岩可以增加建筑物的自重，遇火自然膨胀，这样在发生灾情的时候使得墙体的隔热能力更佳，且无毒无味化学性质稳定。

根据本发明的较佳实施例，其中：所述胶粉为瓦克胶粉、易来泰胶粉、维纳欧胶粉。胶粉具有增加粘结性和使涂料具有一定的防水性。

另一方面，本发明还提供一种高性能环保涂料的制备方法，其包括：

第一步：制备辐射吸收材料

所述辐射吸收材料为纳米二氧化钛负载六方氮化硼/石墨烯三明治复合纳米材料，其制备方法如下：

s1:将粒径60-100μm的石墨烯和六方氮化硼按照1:1-3的质量比混合，放入微波等离子体化学气相沉积装置的原料室中；

s2:将微波等离子体化学气相沉积装置的腔体抽真空至0.1pa以下，加热至800-1200℃，保温使腔体内温度达到均衡，打开微波发生装置，通入80-120ml/min的氦气，调节微波功率至1000-3300w，腔体气压保持在2.6-3.0kpa，温度在750～850℃，保持30-40min；

s3:关闭微波电源，继续通入氦气使腔体以2-3℃/s速率冷却至70℃以下完成均化，得到六方氮化硼和石墨烯三明治复合纳米材料；

s4:取3-20质量份的六方氮化硼和石墨烯三明治复合纳米材料、3-40质量份的金红石型纳米二氧化钛混合，在惰性气氛下共热到850-950℃保温0.5-3h，制成锐钛矿型纳米二氧化钛负载六方氮化硼/石墨烯三明治复合纳米材料(微观状态下石墨烯和氮化硼逐层叠加)，即辐射吸收材料；

第二步：取0.03-25质量份的辐射吸收材料降至常温，与0-40质量份的骨料、30-100质量份的粘合剂、3-5质量份的增强纤维、0.01-3质量份的纳米银粉末、0.1-3质量份的导电微粉、24-35质量份的白水泥、20-25质量份的胶粉混合均匀，制得高性能环保涂料。

其中，金红石型纳米二氧化钛经高温处理后得到锐钛矿型纳米二氧化钛，而锐钛矿型纳米二氧化钛可以有效促进纳米银的催化氧化性能，增强其灭菌杀菌能力。

其中，在第二步中，通过微波震荡方式，达到混合均匀的目的。

本发明的高性能环保涂料为粉料状态，使用前加水，在高速分散机/球磨机内分散均匀，出料即可进行使用。

上述方法中，第一步的制备辐射吸收材料，也可由下述方法来实现：

步骤1:将石墨烯悬浮在密度大于1.2g/cm³的甘油上，微波震荡至甘油表面的石墨烯膜面积不再扩大为止，使用惰性金属片将甘油表面的石墨烯膜挂起，惰性气氛下加热分解去除甘油，得到负载石墨烯膜的金属片；

步骤2:将三聚氰胺、硼酸按照1:1.8-2.3的摩尔比混合，在200-300℃下烧结8-12h，得到六方氮化硼前驱体，经粉碎后在氩气气氛下加热到1600-1800℃反应10h以上，冷却到室温，水洗抽滤、干燥得到高纯六方氮化硼；

步骤3:将高纯六方氮化硼粉碎，过300目筛网，得到六方氮化硼细粉料，在模具周围铺垫所述负载石墨烯膜的金属片，在模具内填装六方氮化硼细粉料，预压成素坯，再在氩气保护的管式炉中，于1600-1800℃、压力20-30mpa下，保温保压15-40min，降至室温，打开管式炉取出金属片，用气流吹掉未与石墨烯膜结合的氮化硼，得到负载石墨烯膜/氮化硼复合材料的金属片；

步骤4：将石墨烯悬浮在密度大于1.2g/cm³的甘油上，微波震荡至甘油表面的石墨烯膜面积不再扩大为止，使用所述负载石墨烯膜/氮化硼复合材料的金属片将甘油表面的石墨烯膜挂起，惰性气氛下加热分解去除甘油，得到负载石墨烯膜/氮化硼/石墨烯膜复合材料的金属片，从金属片剥离所述石墨烯膜/氮化硼/石墨烯膜复合材料，得六方氮化硼和石墨烯三明治复合纳米材料；

步骤5:取3-20质量份的六方氮化硼和石墨烯三明治复合纳米材料、3-40质量份的金红石型纳米二氧化钛混合，在惰性气氛下共热到850-950℃，制成锐钛矿型纳米二氧化钛负载六方氮化硼/石墨烯三明治复合纳米材料(微观状态下石墨烯和氮化硼逐层叠加)，即辐射吸收材料。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明基于六方氮化硼/石墨烯三明治复合纳米材料具有吸收太赫兹波的性能，在此将其作为辐射吸收材料，并复配其他功能助剂(纳米银粉末、硅藻土、导电微粉等)和白水泥、粘合剂、胶粉等制备成一种可吸收辐射波、易于涂刷施工附着力强、可净化空气、灭菌杀菌等作用的高性能环保涂料。本发明的高性能环保涂料，可用在孕妇婴幼儿居室，医院icu等抵抗力微弱的人类活动场所，也可以用在辐射设备非常集中的建筑物内墙装饰、辐射源、通讯设备周围的围墙或机壳上，作为降低辐射的防护措施等，并且还不会影响正常的通讯信号。本发明的涂料为粉体材料，具有施工简便、运输方便的等特点。

(2)涂料中，导电微粉、纳米银粉末和二氧化钛负载六方氮化硼/石墨烯三明治复合纳米材料(下称三明治复合纳米材料)对不同波段的电磁波辐射均有明显的吸收作用，其中纳米银、导电微粉对电磁波有衰减作用，三明治复合纳米材料对太赫兹波有直接的吸收作用；三种材料共同作用，可大幅减少空间内的电磁波辐射。

(3)涂料中，纳米银有杀菌作用，二氧化钛负载六方氮化硼/石墨烯三明治复合纳米材料中的纳米二氧化钛有光催化分解甲醛及其他有害物质的作用。纳米级二氧化钛在涂料中，起到非常好的遮蔽作用，美观大方，在光照条件下，能产生电子跃迁，产生强氧化剂和强还原剂，使涂料起到抗菌作用；分散良好的导电微粉，能有效地消除电磁辐射。纳米银是直径小于100纳米的金属银单质，一般在20-50纳米。纳米银是以原子结构组成的银粒子，不是银离子。

(4)涂料中，硅藻土可用于控制和调节涂料的颜色，并且硅藻土为多孔物质，其具有吸收固定vocs、调节室内空气湿度的作用，而三明治复合纳米材料也具有在湿度变化时对水分子排斥/亲和的作用，同样具有调节空气湿度的效果。

(5)涂料中的增强纤维(陶瓷纤维)主要起到防裂增强、隔热的作用，涂料中的粘合剂(hpmc、hec或hbmc)具有调节粘度、增强涂料附着力、成膜性和增强涂料整体强度的作用。此外，通过对骨料粒径和添加量做出调整，可改变产品的手感和上墙状态。白水泥有利于按照需求设计涂料的颜色，白水泥和胶粉具有粘合作用，胶粉赋予涂料一定防潮防水性能。

具体实施方式

为了使本发明的技术效果更清楚地被了解，以下结合本发明的具体实施例进行说明。

需要说明的是，以下各实施例所用的辐射吸收材料均采用如下方法制备：

s1:将粒径80-100μm的石墨烯和六方氮化硼按照1:2的质量比混合，放入微波等离子体化学气相沉积装置的原料室中。

s2:将微波等离子体化学气相沉积装置的腔体抽真空至0.1pa以下，加热至1000℃，保温使腔体内温度达到均衡，打开微波发生装置，通入100ml/min的氦气，调节微波功率至2500w，腔体气压保持在3.0kpa，温度在800℃，保持35min。

s3:关闭微波电源，继续通入氦气使腔体以3℃/s速率冷却至70℃以下完成均化，得到六方氮化硼和石墨烯三明治复合纳米材料。

s4:取20质量份的六方氮化硼和石墨烯三明治复合纳米材料、30质量份的金红石型纳米二氧化钛混合，在惰性气氛下共热到950℃保温1h，制成锐钛矿型纳米二氧化钛负载六方氮化硼/石墨烯三明治复合纳米材料(微观状态下石墨烯和氮化硼逐层叠加)，即辐射吸收材料。

实施例1

本实施例提供一种高性能环保涂料，其包含成分如下：

0.04质量份的辐射吸收材料、70质量份的hpmc、3质量份的普通硅酸铝纤维、1.5质量份的纳米银粉末、1.5质量份的导电微粉(纳米级sno2微粉)、30质量份的白水泥、22质量份的瓦克胶粉。上述各粉料通过微波震荡，混匀制成一种可以方便施工的防辐射涂料，使用前加水，在高速分散机/球磨机内分散均匀，出料得到料浆，即可用于施工。若料浆在使用前经过较长时间的静置，则在正式使用前需要进行超声波振荡均化处理，以下各实施例和对比例相同。

实施例2

本实施例提供一种高性能环保涂料，其包含成分如下：

0.05质量份的辐射吸收材料、40质量份的hbmc、3质量份的镁橄榄石纤维、0.5质量份的纳米银粉末、0.5质量份的导电微粉(纳米级sno2微粉)、24质量份的白水泥、20质量份的瓦克胶粉。上述各粉料通过微波震荡，混匀制成一种可以方便施工的防辐射涂料，使用前加水，在高速分散机/球磨机内分散均匀，出料得到料浆，即可用于施工。

实施例3

本实施例提供一种高性能环保涂料，其包含成分如下：

0.06质量份的辐射吸收材料、5质量份的膨胀蛭石、5质量份的膨胀珍珠岩、50质量份的hpmc、3质量份的多晶氧化铝纤维、0.5质量份的纳米银粉末、1质量份的导电微粉(纳米级sno2微粉)、35质量份的白水泥、25质量份的瓦克胶粉。上述各粉料通过微波震荡，混匀制成一种可以方便施工的防辐射涂料，使用前加水，在高速分散机/球磨机内分散均匀，出料得到料浆，即可用于施工。

实施例4

本实施例提供一种高性能环保涂料，其包含成分如下：

0.03质量份的辐射吸收材料、5质量份的膨胀蛭石、5质量份的膨胀珍珠岩、50质量份的hpmc、3质量份的高铝硅酸铝纤维、0.5质量份的纳米银粉末、1质量份的导电微粉(纳米级sno2微粉)、35质量份的白水泥、25质量份的瓦克胶粉。上述各粉料通过微波震荡，混匀制成一种可以方便施工的防辐射涂料，使用前加水，在高速分散机/球磨机内分散均匀，出料得到料浆，即可用于施工。

实施例5

本实施例提供一种高性能环保涂料，其包含成分如下：

0.1质量份的辐射吸收材料、20质量份硅藻土、4质量份的膨胀蛭石、4质量份的膨胀珍珠岩、50质量份的hpmc、4质量份的普通硅酸铝纤维、0.5质量份的纳米银粉末、1质量份的导电微粉(纳米级sno2微粉)、35质量份的白水泥、25质量份的瓦克胶粉。上述各粉料通过微波震荡，混匀制成一种可以方便施工的防辐射涂料，使用前加水，在高速分散机/球磨机内分散均匀，出料得到料浆，即可用于施工。

实施例6

本实施例提供一种高性能环保涂料，其包含成分如下：

0.1质量份的辐射吸收材料、30质量份硅藻土、4质量份的膨胀蛭石、4质量份的膨胀珍珠岩、80质量份的hpmc、4质量份的镁橄榄石纤维、1质量份的纳米银粉末、2质量份的导电微粉(纳米级sno2微粉)、35质量份的白水泥、25质量份的瓦克胶粉。上述各粉料通过微波震荡，混匀制成一种可以方便施工的防辐射涂料，使用前加水，在高速分散机/球磨机内分散均匀，出料得到料浆，即可用于施工。

对比例1

本对比例是在实施例1的基础上去掉辐射吸收材料。

对比例2

本对比例是在实施例1的基础上去掉辐射吸收材料和导电微粉。

对比例3

本对比例是在实施例1的基础上去掉纳米银粉末。

对比例4

本对比例是在实施例1的基础上去掉导电微粉。

将实施例1、对比例1-4制得的涂料涂覆在基体上，然后进行28d养护，确保固化后厚度约为25mm。测试各涂料层附着力、电磁屏蔽性能。其中，按照电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法gjb6190-2008测试各涂料层的电磁屏蔽性能。附着力按照gb/t9283-88(涂层附着力划格法测定的评定标准)。

测试结果如下：

从实施例1与对比例1-4比较可知，本发明实施例1涂料的电磁屏蔽效能最优，其远高于对比例1-4。对比例1在去掉“辐射吸收材料”后，电磁屏蔽效能显著下降，说明辐射吸收材料在电磁屏蔽性能上发挥重要作用。对比例2在“去掉辐射吸收材料和导电微粉”的情况下和对比例3去掉“纳米银粉末”的情况下，所得涂料的电磁屏蔽效能的之和仍显著低于实施例1在相同频率点(hz)的屏蔽效能，由此可见，本发明涂料中的辐射吸收材料、导电微粉和纳米银粉末三种吸波材料/屏蔽材料之间具有协同效应，三种组分单独的电磁屏蔽作用的叠加，不能得到本发明的技术效果。此外，本实施例1和对比例1-4的涂料在附着力相当，都具有较好的附着力，说明辐射吸收材料的加入不会影响涂料的附着力。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

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