本發(fā)明涉及涂料技術領域，尤其是涉及一種吸氡抗輻射涂料及其制備方法和應用。
背景技術：
氡是一種化學性質(zhì)不活潑的單質(zhì)惰性氣體、無色、無嗅、無味，難以與其他元素發(fā)生化學反應，但是被吸入人體后，會發(fā)生衰變生成阿爾法粒子造成呼吸系統(tǒng)的輻射損傷，引發(fā)肺癌。據(jù)世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究中心證實，氡是主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一，其對人體造成的輻射傷害占人體一生中受到的全部輻射傷害的55％以上，世界上有五分之一的肺癌患者與氡氣有關。
氡廣泛存在于人們的生活環(huán)境中，尤其是室內(nèi)建筑材料和房基土壤中釋放出來的的氡極易在室內(nèi)積累，導致室內(nèi)氡氣的含量很高，給人們帶來了很大的安全隱患。目前，對室內(nèi)氡的防治，仍然缺少相關研究，降低室內(nèi)氡含量的產(chǎn)品也鮮有報道。
有鑒于此，特提出本發(fā)明。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一在于提供一種吸氡抗輻射涂料，以緩解建筑材料和房基土壤中釋放出來的氡極易在室內(nèi)積累，導致室內(nèi)氡氣的含量很高，給人們帶來了很大安全隱患的技術問題。
本發(fā)明提供的吸氡抗輻射涂料，主要由按質(zhì)量份數(shù)計的如下原料制備而成：石墨烯-聚丙烯酸5-50份，基體樹脂90-120份，去離子水330-370份，顏填料450-550份，各原料之和為1000份；其中，石墨烯-聚丙烯酸由改性石墨烯與聚丙烯酸通過氨酯化反應制備而成，改性石墨烯的結(jié)構(gòu)如下：
進一步的，所述吸氡抗輻射涂料，主要由按質(zhì)量份數(shù)計的如下原料制備而成：石墨烯-聚丙烯酸8-20份，基體樹脂100-110份，去離子水330-370份，顏填料450-550份，各原料之和為1000份。
進一步的，改性石墨烯由六亞甲基二異氰酸酯與石墨烯反應制備而成。
進一步的，所述基體樹脂為苯丙樹脂、醋丙樹脂、純丙樹脂、環(huán)丙樹脂和硅丙樹脂中的至少一種。
進一步的，所述原料還包括按質(zhì)量份數(shù)計的助劑20-40份，所述助劑包括分散劑、潤濕劑、防腐劑、消泡劑、流平劑、防凍劑、粘度調(diào)節(jié)劑、增稠劑和成膜劑中的至少兩種。
進一步的，所述顏填料包括高嶺土、重鈣、鈦白粉、滑石粉、硫酸鋇和云母粉中的至少一種，優(yōu)選為高嶺土、鈦白粉和重鈣的混合物，且三者的質(zhì)量比為2:1:7。
進一步的，所述高嶺土為煅燒高嶺土和/或水洗高嶺土，優(yōu)選的，所述高嶺土為煅燒高嶺土和水洗高嶺土的混合物，且兩者的質(zhì)量比為1:1。
本發(fā)明的目的之二在于提供上述吸氡抗輻射涂料的制備方法，以緩解建筑材料和房基土壤中釋放出來的氡極易在室內(nèi)積累，導致室內(nèi)氡氣的含量很高，給人們帶來了很大安全隱患的技術問題。
本發(fā)明提供的吸氡抗輻射涂料的制備方法，包括如下步驟：
(a)改性石墨烯的制備
將石墨烯溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，加入六亞甲基二異氰酸酯與石墨烯發(fā)生反應，離心洗滌去除未反應的六亞甲基二異氰酸酯，即制得改性石墨烯；
(b)石墨烯-聚丙烯酸的制備
將改性石墨烯溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，加入聚丙烯酸，持續(xù)攪拌，使石墨烯與聚丙烯酸發(fā)生氨酯化反應，即制得石墨烯-聚丙烯酸；
(c)吸氡抗輻射涂料的制備
將石墨烯-聚丙烯酸、基體樹脂、顏填料、去離子水和任選的助劑混合均勻，即制得吸氡抗輻射涂料。
進一步的，在步驟(a)中，所采用的石墨烯的粒徑為200-500nm。
本發(fā)明的目的之三在于提供上述吸氡抗輻射涂料的應用，以緩解建筑材料和房基土壤中釋放出來的氡極易在室內(nèi)積累，導致室內(nèi)氡氣的含量很高，給人們帶來了很大安全隱患的技術問題。
本發(fā)明提供的吸氡抗輻射涂料用于富氡空間的吸氡抗輻射。
本發(fā)明提供的吸氡抗輻射涂料，能夠用于內(nèi)墻、地下室、地鐵等家裝和特種涂裝領域，通過基體樹脂與石墨烯-聚丙烯酸相互協(xié)同，不僅能夠阻礙墻體和地層中氡的析出，而且能夠高效吸附空氣中的氡，降低室內(nèi)空氣中的氡含量，從而有效改善居住環(huán)境，降低氡對人體健康的危害，為人們的身體健康提供保證。
本發(fā)明提供的吸氡抗輻射涂料的制備方法，工藝簡單，操作方便，能夠節(jié)約大量的人力和物力，以滿足工業(yè)大生產(chǎn)的需要。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為改性石墨烯與聚丙烯酸發(fā)生反應的示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種吸氡抗輻射涂料，主要由按質(zhì)量份數(shù)計的如下原料制備而成：石墨烯-聚丙烯酸5-50份，基體樹脂90-120份，去離子水330-370份，顏填料450-550份，各原料之和為1000份；其中，石墨烯-聚丙烯酸由改性石墨烯與聚丙烯酸通過氨酯化反應制備而成，改性石墨烯的結(jié)構(gòu)如下：
本發(fā)明提供的吸氡抗輻射涂料，能夠用于內(nèi)墻、地下室、地鐵等家裝和特種涂裝領域，通過基體樹脂與石墨烯-聚丙烯酸相互協(xié)同，不僅能夠阻礙墻體和地層中氡的析出，而且能夠高效吸附空氣中的氡，降低室內(nèi)空氣中的氡含量，從而有效改善居住環(huán)境，降低氡對人體健康的危害，為人們的身體健康提供保證。
在本發(fā)明中，石墨烯-聚丙烯酸的典型但非限制性的質(zhì)量份數(shù)如為6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48或49份。
基體樹脂的典型但非限制性的質(zhì)量份數(shù)如為92、94、95、96、98、100、102、104、105、106、108、110、102、104、105、106、或108。
去離子水的典型但非限制性的質(zhì)量份數(shù)如為332、334、335、336、338、340、342、344、345、346、348、350、352、354、355、356、358、360、362、364、365、366或368。
顏填料的典型但非限制性的質(zhì)量份數(shù)如為455、460、465、470、475、480、485、490、495、500、505、510、515、520、525、530、535、540或545。
圖1為改性石墨烯與聚丙烯酸發(fā)生反應的示意圖，如圖1所示，石墨烯-聚丙烯酸由改性石墨烯與聚丙烯酸通過氨酯化反應制備而成，從圖1可以看出，改性石墨烯上的異氰酸酯基團與聚丙烯酸進行反應，生成多層結(jié)構(gòu)的石墨烯-聚丙烯酸。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，改性石墨烯由六亞甲基二異氰酸酯與石墨烯接枝反應制備而成。
在進行改性石墨烯制備的過程中，先將石墨烯溶解于無水n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，以過量的六亞甲基二異氰酸酯(hmdi)活化石墨烯，離心洗滌除去未反應的hdmi，即制得改性石墨烯，反應方程式如下：
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，基體樹脂為苯丙樹脂、醋丙樹脂、純丙樹脂和環(huán)丙樹脂中的至少一種。
通過選用苯丙樹脂、醋丙樹脂、純丙樹脂、環(huán)丙樹脂和硅丙樹脂中一種或兩種以上作為基體樹脂，使得基體樹脂能夠與石墨烯-聚丙烯酸之間相互協(xié)同，使得所制成的吸氡抗輻射涂料的性能更加優(yōu)良，也更加穩(wěn)定。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，主要原料還包括按質(zhì)量份數(shù)計的助劑20-40份，助劑包括分散劑、潤濕劑、防腐劑、消泡劑、流平劑、防凍劑、粘度調(diào)節(jié)劑、增稠劑和成膜劑中的至少兩種。
需要說明的是，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，上述基體樹脂、石墨烯-聚丙烯酸、去離子水和助劑之和為1000份。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，防凍劑選自乙二醇和/或丙二醇；潤濕劑選自pe-100、乙醇、丙二醇和甘油中的至少一種；分散劑為十二烷基硫酸鈉、聚氧乙烯烷基苯基醚、2-氨基-2甲基-1-丙醇、油酸鈉、聚丙烯酸鈉或聚異丁烯順丁烯二酸鈉鹽中的至少一種；成膜助劑為乙二醇、丙二醇、己二醇、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、甲基芐醇或乙二醇丁醚醋酸酯中的至少一種；消泡劑為丁醇、1,2-丙二醇、辛醇、磷酸三丁酯、乳化二甲基硅油、乳化苯甲基硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚或聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的至少一種；防腐劑為bit、mit或dbnpa中的至少一種；粘度調(diào)節(jié)劑為amp-95；增稠劑為鄰苯二甲酸二丁酯、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素、黃原膠、xg-60、xg-903、sn-612或tt-935。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，顏填料為高嶺土、重鈣、鈦白粉、滑石粉、硫酸鋇和云母粉中的至少一種，優(yōu)選為高嶺土、鈦白粉和重鈣的混合物，且三者的質(zhì)量比為2:1:7。
高嶺土是一種以高領石族粘土礦物為主的粘土和粘土巖，潔白細膩，松軟土狀，具有良好的可塑性和耐火性等理化性質(zhì)。
鈦白粉是一種質(zhì)地柔軟的無嗅無味的白色粉末，遮蓋力和著力色強。
重鈣為重質(zhì)碳酸鈣，是一種無色無味的白色粉末，其平均粒徑一般為1-10μm。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，顏填料為高嶺土、鈦白粉和重鈣的混合物，且三者的質(zhì)量比為2:1:1時，所制得的吸氡抗輻射涂料更美觀，強度更高。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，高嶺土為煅燒高嶺土和/或水洗高嶺土，優(yōu)選的，高嶺土為煅燒高嶺土和水洗高嶺土的混合物，且兩者的質(zhì)量比為1:1。
煅燒高嶺土就是將高嶺土在煅燒爐中燒結(jié)到一定的溫度和時間，使其結(jié)合水含量減少，二氧化硅和三氧化鋁含量均增大，活性點增加，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，粒徑較小且均勻，可作為補強材料使用
水洗高嶺土是一種深加工后的高嶺土，只是物理處理，并不改變原土的性質(zhì)，其主要作用是提高白度，去掉雜質(zhì)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，高嶺土采用煅燒高嶺土和水洗高嶺土協(xié)同配合，使其既能夠提高吸氡抗輻射涂料的強度，又能夠提高吸氡抗輻射涂料的白度，使其更美觀。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供了上述吸氡抗輻射涂料的制備方法，包括如下步驟：
(a)改性石墨烯的制備
將石墨烯溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，加入六亞甲基二異氰酸酯與石墨烯發(fā)生反應，離心洗滌去除未反應的六亞甲基二異氰酸酯，即制得改性石墨烯；
(b)石墨烯-聚丙烯酸的制備
將改性石墨烯溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，加入聚丙烯酸，持續(xù)攪拌，使石墨烯與聚丙烯酸發(fā)生氨酯化反應，即制得石墨烯-聚丙烯酸；
(c)吸氡抗輻射涂料的制備
將石墨烯-聚丙烯酸、基體樹脂、顏填料、去離子水和任選的助劑混合均勻，即制得吸氡抗輻射涂料。
本發(fā)明提供的吸氡抗輻射涂料的制備方法，工藝簡單，操作方便，能夠節(jié)約大量的人力和物力，能夠滿足工業(yè)大生產(chǎn)的需要。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，在步驟(a)中，所采用的石墨烯的直徑為200-500nm。
本發(fā)明所采用的石墨烯采用改進的hummer法制備而成：用石墨顆粒制備不同直徑的石墨烯，同時采用醋酸纖維素膜多次過濾石墨烯溶液，得到粒徑為200-500nm的石墨烯。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，在步驟(b)中，用于與改性石墨烯反應的聚丙烯酸的分子量為2.8-3.2kda，優(yōu)選為3kda，改性石墨烯與聚丙烯酸的反應時間為6-72小時，優(yōu)選為22-26小時，更優(yōu)選為24小時。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，改性石墨烯與過量的聚丙烯酸反應制備石墨烯-聚丙烯酸。
通過將改性石墨烯與聚丙烯酸在攪拌下持續(xù)反應6小時以上，以使得反應更加完全。
通過多次試驗證明，當聚丙烯酸的分子量為2.8-3.2kda時，既能夠保證能夠與改性石墨烯發(fā)生反應，又能夠保證生成的石墨烯-聚丙烯酸與基體樹脂的協(xié)同配合作用。
需要說明的是，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，還可以在本發(fā)明提供的吸氡抗輻射涂料中加入色漿，以根據(jù)客戶需要調(diào)整成不同的顏色。
本發(fā)明提供的吸氡抗輻射涂料的應用，用于富氡空間吸氡抗輻射，富氡空間包括地下室、地鐵和其它建筑物的室內(nèi)空間等。
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明提供的技術方案做進一步的描述。
實施例1
本實施例提供了一種吸氡抗輻射涂料，由按質(zhì)量分數(shù)計的如下原料制備而成：石墨烯-聚丙烯酸5份，苯丙樹脂120份，去離子水340份，顏填料500份，增稠劑6.5份，粘度調(diào)節(jié)劑1份，防凍劑8份，分散劑4份，潤濕劑1份，消泡劑3份，防腐劑1.5份，成膜助劑10份，其中，顏填料為煅燒高嶺土、水洗高嶺土、鈦白粉和重鈣的混合物，且四者的質(zhì)量比為1:1:1:7；增稠劑包括羥乙基纖維素和聚氨酯增稠劑rm-8w，且兩者的質(zhì)量比為11:1；粘度調(diào)節(jié)劑為amp-95；防凍劑為乙二醇；分散劑為十二烷基硫酸鈉；潤濕劑為pe-100；消泡劑為乳化二甲基硅油；防腐劑為bit；成膜助劑為十二醇酯。
實施例2
本實施例提供了一種吸氡抗輻射涂料，本實施例與實施例1的不同之處在于，石墨烯-聚丙烯酸為50份，苯丙樹酯為90份，去離子水為360份，顏填料為465份。
實施例3
本實施例提供了一種吸氡抗輻射涂料，本實施例與實施例1的不同之處在于：石墨烯-聚丙烯酸為8份，苯丙樹脂為110份，去離子水為350份，顏填料為497份。
實施例4
本實施例提供了一種吸氡抗輻射涂料，本實施例與實施例1的不同之處在于：石墨烯-聚丙烯酸為20份，苯丙樹脂為100份，去離子水為350份，顏填料為495份。
實施例5
本實施例提供了一種吸氡抗輻射涂料，本實施例與實施例1的不同之處在于：石墨烯-聚丙烯酸為10份，苯丙樹脂為105份，去離子水為350份，顏填料為500份。
上述實施例1-5所提供的吸氡抗輻射涂料的制備方法，按照如下步驟進行：
(a)改性石墨烯的制備
將粒徑為200-500nm的石墨烯溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，加入六亞甲基二異氰酸酯與石墨烯發(fā)生反應，離心洗滌去除未反應的六亞甲基二異氰酸酯，即制得改性石墨烯；
(b)石墨烯-聚丙烯酸的制備
將改性石墨烯溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，加入分子量為3kda的聚丙烯酸，持續(xù)攪拌，使石墨烯與聚丙烯酸發(fā)生氨酯化反應，即制得石墨烯-聚丙烯酸；
(c)吸氡抗輻射涂料的制備
先將顏填料、去離子水和分散劑、潤濕劑、消泡劑及粘度調(diào)節(jié)劑混合均勻，再加入基體樹脂、石墨烯成膜助劑和余量的成膜助劑、消泡劑和增稠劑，攪拌均勻，即制得吸氡抗輻射涂料。
對比例1
本對比例提供了一種吸氡抗輻射涂料，本對比例與實施例5的不同之處在于，石墨烯-聚丙烯酸為2份，顏填料為508份。
對比例2
本對比例提供了一種吸氡抗輻射涂料，本對比例與實施例5的不同之處在于，石墨烯-聚丙烯酸為80份，顏填料為420份。
對比例3
本對比例提供了一種吸氡抗輻射涂料，本對比例與實施例5的不同之處在于，未加入石墨烯-聚丙烯酸。
上述對比例1-3所提供的吸氡抗輻射涂料的制備方法同實施例5，在此不再贅述。
將上述實施例1-5提供的吸氡抗輻射涂料和對比例1-3提供的吸氡抗輻射涂料進行耐水、耐擦洗、附著力、存儲穩(wěn)定性、甲醛吸附率和氡吸附率測試，測試結(jié)果如下表所示：
表1吸氡抗輻射涂料性能數(shù)據(jù)表
注：耐水性按照gb5209進行測定，耐擦洗性按照gb/t9266進行測定，附著力按照gb/t1720進行測定。
甲醛吸附率按照如下方法進行測定：將涂料涂覆在玻璃表面，放入甲醛吸附箱中，測試追蹤甲醛的含量變化，以觀察涂料對甲醛的吸附能力，計算公式為：
c＝(a-a0)×b×v1/(v0×v2)
式中：
c---空氣中甲醛濃度，mg/m3；
a---樣品溶液的吸光度；
a0---試劑空白溶液的吸光度；
b---計算因子，4.6751；μg/吸光度值；
v0---標準狀況下的采樣體積，7.5l；
v1---采樣時吸收液體積，5ml；
v2---分析時取樣品體積，2ml。
吸氡吸附率按照如下方法進行測定：在蘇州吳中區(qū)選取8間氡含量在180±5bq/m3的相鄰的地下室，分別標號為1-8號地下室，檢測最初的室內(nèi)氡含量，采用實施例1-5和對比例1-3所提供的吸氡抗輻射涂料分別依次涂裝1-8號地下室，7天后依次檢測8間地下室的氡含量，通過計算最初氡含量與7天后氡含量的差值與最初氡含量的比值得到氡的吸附率。
通過實施例1-5與對比例3的性能數(shù)據(jù)對比可以看出，吸氡抗輻射涂料中石墨烯-聚丙烯酸加入量在5‰-5％時，所制得的的吸氡抗輻射涂料的耐水性、耐擦洗性、附著力和存儲穩(wěn)定性均非常優(yōu)良，且對甲醛的吸附率高達55％以上，對氡的吸附率達到80％以上，這說明本發(fā)明提供的吸氡抗輻射涂料，通過苯丙樹脂與石墨烯-聚丙烯酸相互協(xié)同，不僅能夠具有良好的耐水性、耐擦洗性、附著力和存儲穩(wěn)定性，而且能夠阻礙墻體和地層中氡的析出，并吸收空氣中的氡，降低室內(nèi)空氣中的氡含量，同時還能夠有效吸附室內(nèi)的甲醛，從而有效改善居住環(huán)境，降低氡和甲醛對人體健康的危害，為人們的身體健康提供保證。
反觀對比例1-3，對比例1提供的吸氡抗輻射涂料，石墨烯-聚丙烯酸的加入量為2‰，盡管耐水性、耐擦洗性能、分散穩(wěn)定性和附著力良好，但是氡吸附率和甲醛吸附率較差，無法達到高效改善室內(nèi)環(huán)境的要求；對比例2提供的吸氡抗輻射涂料，石墨烯-聚丙烯酸的加入量為8％，其耐水性、耐擦洗性能、分散穩(wěn)定性、氡吸附率和甲醛吸附率和附著力均較佳，但是耐擦洗性能大幅下降，無法滿足涂料對多次擦洗的使用要求；對比例3未加入石墨烯-聚丙烯酸，盡管其耐水性、耐擦洗性能、分散穩(wěn)定性和附著力均較好，但是其甲醛吸附率低，對氡完全沒有吸附能力，無法保護人體免受氡和甲醛的困擾。
最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。