CN102391730B - 一种纳米功能涂料 - Google Patents
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Abstract
一种纳米功能涂料，其由以下重量百分比的组分构成：纳米功能添加剂6～18%，连接料18～25%，颜填料25～35%，助剂8～9%，水20～26%。使用本涂料之烤房烤烟，可使烤房升温速度加快，均温性能好，保温性好，能减少烟叶烘烤能耗，提高烟叶烘烤质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料，尤其是涉及一种纳米功能涂料。
背景技术
在食品、橡胶、汽车涂装、药材干燥，特别是烟叶烘烤中，大多采用烤房，且烤房均由供热室和装料室（对于烟叶烘烤而言，一般称为烟叶悬挂室，俗名装烟室）构成。调研发现，在烘烤技术方面，国内外都致力于烤房结构设计及烘烤过程自动控制方面的改进创新，很少有人对烤房内部环境的改善如功能涂料的研发与应用等进行研究。全国仅有云南昆明生产一种远红外涂料，用于改进烤房内部的环境，但因该涂料附着力差，不能成膜，所选用的铁红（Fe2O3）扩散到空气中，不仅没有增温效果，反而污染烤房环境与烟叶，未能得到推广应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种附着力强，保温性好的纳米功能涂料。
本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：一种纳米功能涂料，由以下重量百分比的组分构成：纳米功能添加剂6～18%，连接料18～25%，颜填料25～35%，助剂8～9%，水20～26%。
优选的重量百分比为：纳米功能添加剂9%，连接料25%，颜填料32%，助剂9%，水25%。
所述纳米功能添加剂，优选以下重量百分比经表面改性的纳米颗粒材料构成：TiO2 （二氧化钛）22～28%，Cr2O3 （三氧化二铬）22～25%，CoO（氧化钴）8～10%，Fe2O3（三氧化二铁）31～36%，Ni2O3 （三氧化二镍）0～5%，稀土转光剂（SCA）0.3～1%；各组分百分含量之和为100％；
更优选的重量百分比为：TiO2 26%，Cr2O3 25%，CoO 9%，Fe2O3 36%，Ni2O3 3%，稀土转光剂（SCA）1%；
所述表面改性的纳米颗粒材料为表面包覆有Ce或/和Ag的纳米颗粒材料，或为包覆有无定形SiO2-nH2O的纳米颗粒材料。
表面包覆有Ce或/和Ag的纳米颗粒材料，光催化功能强，功效较未包覆Ce或/和Ag的纳米颗粒材料更好。
表面包覆有无定形SiO2-nH2O的纳米颗粒材料，亲水性强，功效也较未包覆Ce或/和Ag的纳米颗粒材料更好。
在纳米颗粒材料表面包覆Ce或/和Ag的方法，是将相关纳米颗粒材料浸入相应的适当浓度的Ce（NO3）或AgNO3溶液中，或Ce（NO3）和AgNO3的混合溶液中适当时间，然后过滤、水洗、干燥，即成。
以在TiO2纳米颗粒材料表面包覆Ce或/和Ag为例：将待改性的TiO2纳米颗粒浸入0.8wt%Ce（NO3）3或1.2wt%AgNO3溶液中12小时，经过滤、水洗、干燥后，即得表面包覆Ce的表面改性纳米TiO2或表面包覆Ag的表面改性纳米TiO2；也可将TiO2浸入Ce（NO3）3和AgNO3的混合溶液中12小时，所述混合溶液，Ce（NO3）3的浓度为0.8wt%，AgNO3的浓度为1.2wt%；然后水洗、干燥，即得包覆Ce与Ag的复合表面改性纳米材料（Ce-Ag-TiO2）。
在纳米颗粒材料表面包覆亲水材料无定形SiO2-nH2O的方法，以纳米Cr2O3为例，在水溶性的硅酸盐溶液中加入纳米颗粒Cr2O3，通过滴入酸液或碱液调节pH值，使溶液pH值达到6.9-7.1（最好为7.0），使硅酸盐转变为硅酸[Si(OH)4]单分子，这种单分子以不同的速度进行聚合，形成活性大的Si(OH)4，然后在Cr2O3表面形成无定形的SiO2-nH2O形式的包覆膜。
所述稀土转光剂为红光转远红外的稀土转光剂或/和近红外中红外转微波的稀土转光剂，优选红光转远红外的稀土转光剂和近红外中红外转微波的稀土转光剂的混合物，其中更优选红光转远红外的稀土转光剂与近红外中红外转微波的稀土转光剂的重量比为1:3。
所述连接料为成膜物质，选自苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液中的一种或两种，优选苯丙乳液和硅丙乳液两种的混合乳液，更优选苯丙乳液与硅丙乳液的重量比＝2:1。
所述颜填料，由以下重量百分比的组分构成：重钙20～28%，轻钙10～18%，硅酸铝6～12%，白炭黑10～18%，电气石15～20%，钛白粉R215 20～25%；各组分粉料的优选粒径≥3200目。
所述颜填料各组分优选的重量百分比为：重钙23%，轻钙14%，硅酸铝10%，白炭黑15%，电气石16%，钛白粉R215 22%。
所述电气石用于产生负离子。
所述助剂包括常规量的润湿剂、分散剂、抗冻剂、消泡剂、成膜助剂、流变剂、杀菌剂。可为涂料常规助剂，例如，润湿剂可为W-19润湿剂（一种非离子型表面活性剂），分散剂可为5040分散剂（聚羧酸钠40%），抗冻剂可为丙二醇，消泡剂可为W-082消泡剂（含疏水性的矿物油混合物），成膜助剂可为十二碳酸酯，流变剂可为WT-115流变剂[（一种阴离子丙烯酸聚合物（碱溶型）（HASE）]或WT-201流变剂（一种非离子型聚醚聚氨酯聚合物）或WT-204流变剂（HEUR）（一种非离子型聚醚聚氨酯化合物），杀菌剂可为M8-11杀菌剂（5-氨-2-甲基-4-异唑-3-酮-2-甲基-4-异唑-3-酮）。
制备方法：将所述颜填料、纳米功能添加剂、水及助剂、连接料加入高速分散机的搅拌桶中分散混合均匀，即成。
本发明之纳米功能涂料，选择高辐射率的材料；利用了纳米材料特有效应，如表面（界面）效应、小尺寸（体积）效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，特别是介电限域效应和纳米稀土材料的转光功能，使波谱红移及产生其他独特的光热功能；使用转光剂等红外光线转换成微波，利用微波烘烤；烤房内含有的水汽及微尘，作为传输介质，构成辐射介质传热，可增强热效应。该涂料不仅附着力强，还能辐射出适于植物细胞（如烟叶细胞）和水分共振吸收的电磁波，解决烤房升温、均温、增温的技术难题，达到将烟叶烤黄、烤香、烤熟、烤优以及节能减排，降焦减害的目的。
通过计算与检测，本发明涂料辐射率ε≥0.98，辐射频谱较宽，主辐射波峰有两个，依维恩位移定律计算值为λm=b/t（式中：b=c2/x=2898.8μm·k；T= 273.15+28～70=301.15～343.15；λ=2898.8/301.15～343.15=9.6～8.4μm）。8.4～9.6μm，为远红外（FIR）辐射；另一个辐射峰由转光剂产生，峰值为0.1～1.5mm，为亚毫米波（R）；还产生约2000个/cm3的负离子；可通过辐射方式直接传输到物体；具有渗透性，能渗入生物体3～5mm，可与生物体的细胞及水分子产生共振吸收；使极性的水分子随之产生与频率一致的转向极化产生摩擦热，很快将水分蒸发，将烟叶烤黄、烤香。经湖南郴州、永州、湘西及云南玉溪等烟草公司现场烘烤测试，使用本涂料之烤房烤烟，可使烤房升温速度加快（比不适用本涂料的对照烤房快0.8～4℃/h），均温性能好（烤房水平温差比对照烤房低0.04～0.082℃，垂直温差比对照烤房低0.015～2.9℃），保温性好（熄火后烤房每小时降温比对照烤房慢1.5℃），能减少烟叶烘烤能耗（每炕烟比对照烤房省煤67～199kg，电耗比对照减少0.17KWh），还能提高烟叶烘烤质量（上、中等烟比例比对照烤房提高6个百分点以上）。
自然，本发明涂料还可用于各种类似烘烤场合。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例之纳米功能涂料由以下重量百分比的组分构成：纳米功能添加剂9%，连接料25%，颜填料32%，助剂9%，水25%。
所述纳米功能添加剂由以下重量百分比经表面改性的纳米颗粒材料构成: TiO2 26%，Cr2O3 25%，CoO 9%，Fe2O3 36%，Ni2O3 3%，稀土转光剂（SCA）1%。
所述表面改性的纳米颗粒材料为表面包覆有Ce的纳米颗粒材料。表面包覆有Ce的方法，以TiO2表面功能改性为例：将待改性的TiO2纳米颗粒浸入0.8wt%Ce（NO3）3溶液中12小时，经过滤、水洗、干燥后制成表面包覆Ce的表面改性纳米TiO2（Ce-TiO2）；以增强其光催化功能。其他纳米颗粒材料的表面功能改性方法与TiO2的改性方法相同。
所述稀土转光剂为红光转远红外的稀土转光剂与近红外中红外转微波的稀土转光剂的混合物，二者重量比为，红光转远红外的稀土转光剂∶近红外中红外转微波的稀土转光剂＝1:3。
所述连接料为苯丙乳液与硅丙乳液的混合液，其重量比为2:1。
所述颜填料的重量百分比为：重钙23%，轻钙14%，硅酸铝10%，白炭黑15%，电气石16%，钛白粉R215 22%。各组分粉料的优选粒径≥3200目。
所述助剂为：W-19润湿剂0.3%，5040分散剂1.8%，丙二醇抗冻剂2%，W-082消泡剂1.2%，十二碳酸酯成膜助剂1.6%，WT-115流变助剂2%，M8-11杀菌剂0.001%；合计8.901%.所述百分比以涂料总重量为计算基准。
使用本涂料之烤房烤烟，可使烤房升温速度加快（比不使用本涂料的对照烤房快2℃/h），均温性能好（烤房水平温差比对照烤房低0.05℃，垂直温差比对照烤房低0.8℃），保温性好（熄火后烤房每小时降温比对照烤房慢1.5℃），能减少烟叶烘烤能耗（每炕烟比对照烤房省煤80kg，电耗比对照减少0.17KWh），还能提高烟叶烘烤质量（上、中等烟比例比对照烤房提高6.7个百分点）。
实施例2
本实施例之纳米功能涂料由以下重量百分比的组分构成:纳米功能添加剂11%，连接料20%，颜填料34%，助剂9%，水26%。
所述纳米功能添加剂由以下重量百分比经表面改性的纳米颗粒材料构成:TiO228%，Cr2O325%，CoO10%，Fe2O336%，稀土转光剂 1%。
所述表面改性的纳米功能添加剂为表面包覆有Ag的纳米颗粒材料，在纳米颗粒材料表面包覆Ag的方法，以TiO2表面功能改性为例：将待改性的TiO2纳米颗粒浸入1.2wt %AgNO3溶液中12小时，经过滤、水洗、干燥后制成表面包覆Ag的表面改性纳米TiO2（Ag-TiO2），以增强其光催化功能。其他纳米颗粒材料的表面功能改性方法与TiO2的改性方法相同。
所述连接料由苯丙乳液和硅丙乳液构成，苯丙乳液与硅丙乳液的重量比＝2:1。
所述稀土转光剂、颜填料、助剂同实施例1的稀土转光剂、颜填料、助剂。
使用本涂料之烤房烤烟，可使烤房升温速度加快（比不使用本涂料的对照烤房快2℃/h），均温性能好（烤房水平温差比对照烤房低0.07℃，垂直温差比对照烤房低1.5℃），保温性好（熄火后烤房每小时降温比对照烤房慢1.5℃），能减少烟叶烘烤能耗（每炕烟比对照烤房省煤150kg，电耗比对照减少0.17KWh），还能提高烟叶烘烤质量（上、中等烟比例比对照烤房提高6.4个百分点）。
实施例3
本实施例之纳米功能涂料由以下重量百分比的组分构成:纳米功能添加剂12%，连接料24%，颜填料30%，助剂8%，水26%。
所述纳米功能添加剂由以下重量百分比经表面改性的纳米颗粒材料构成:TiO2 27%，Cr2O3 24%，CoO 9.1%，Fe2O3 34%，Ni2O3 5%，稀土转光剂 0.9%。
所述表面改性的纳米功能添加剂为表面包覆有Ce和Ag的纳米颗粒材料，在纳米颗粒材料表面包覆Ce和Ag的方法，以TiO2表面功能改性为例：将待改性的TiO2纳米颗粒浸入Ce（NO3）3和AgNO3的混合溶液中12小时，所述混合溶液，Ce（NO3）3的浓度为0.8wt%，AgNO3的浓度为1.2wt%，然后过滤、水洗、干燥，制成包覆Ce与Ag的复合表面改性纳米材料（Ce-Ag- TiO2）。其他纳米颗粒材料的表面功能改性方法与TiO2的改性方法相同。
所述连接料为纯丙乳液。
所述稀土转光剂、颜填料、助剂同实施例1的稀土转光剂、颜填料、助剂。
使用本涂料烤烟，可使烤房升温速度加快（比不适用本涂料的对照烤房快0.8～4℃/h），均温性能好（烤房水平温差比对照烤房低0.08℃，垂直温差比对照烤房低2.8℃），保温性好（熄火后烤房每小时降温比对照烤房慢1.5℃），能减少烟叶烘烤能耗（每炕烟比对照烤房省煤70kg，电耗比对照减少0.17KWh），还能提高烟叶烘烤质量（上、中等烟比例比对照烤房提高6.3个百分点）。
实施例4
本实施例之纳米功能涂料由以下重量百分比的组分构成：纳米功能添加剂15%，连接料23%，颜填料30%，助剂9%，水23%。
所述纳米功能添加剂，由以下重量百分比经表面改性的纳米颗粒材料构成：TiO2 26%，Cr2O3 25%，CoO9%，Fe2O3 36%，Ni2O3 3%，稀土转光剂1%。
所述表面改性的纳米颗粒材料为表面包覆有无定形SiO2-nH2O的纳米颗粒材料，纳米颗粒材料表面包覆无定形SiO2-nH2O的方法，以纳米Cr2O3为例，是将纳米Cr2O3颗粒浸入水溶性的硅酸钠溶液中，滴入酸液或碱液调节pH值到7，使溶液中的硅酸盐转变为硅酸[Si(OH)4]单分子，这种硅酸单分子以不同的速度进行聚合，形成活性大的Si(OH)4，然后在Cr2O3表面形成无定形的SiO2-nH2O形式的包覆膜。其他纳米颗粒材料的表面功能改性方法与Cr2O3的改性方法相同。
所述连接料为硅丙乳液。
所述稀土转光剂、颜填料、助剂同实施例1的稀土转光剂、颜填料、助剂。
使用本涂料烤烟，可使烤房升温速度加快（比不适用本涂料的对照烤房快4℃/h），均温性能好（烤房水平温差比对照烤房低0.082℃，垂直温差比对照烤房低0.5℃），保温性好（熄火后烤房每小时降温比对照烤房慢1.5℃），能减少烟叶烘烤能耗（每炕烟比对照烤房省煤80kg，电耗比对照减少0.17KWh），还能提高烟叶烘烤质量（上、中等烟比例比对照烤房提高6.4个百分点）。
Claims (5)
1. 一种纳米功能涂料，其特征在于，由以下重量百分比的组分构成：纳米功能添加剂6～18%，连接料18～25%，颜填料25～35%，助剂8～9%，水20～26%；
所述纳米功能添加剂，由以下重量百分比经表面改性的纳米颗粒材料构成：TiO2 22～28%，Cr2O3 22～25%，CoO 8～10%，Fe2O3 31～36%，Ni2O3 0～5%，稀土转光剂0.3～1%；各组分百分含量之和为100％；
所述稀土转光剂为红光转远红外的稀土转光剂或/和近红外中红外转微波的稀土转光剂；
所述连接料为成膜物质，选自苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液中的一种或两种；
所述表面改性的纳米颗粒材料为表面包覆有Ce或/和Ag的纳米颗粒材料，或为包覆有无定形SiO2·nH2O的纳米颗粒材料；
所述颜填料，由以下重量百分比的无机非金属材料粉体构成：重钙20～28%，轻钙10～18%，硅酸铝6～12%，白炭黑10～18%，电气石15～20%，钛白粉R215 20～25%；
所述助剂包括润湿剂、分散剂、抗冻剂、消泡剂、成膜助剂、流变剂和杀菌剂。
2.根据权利要求1所述的纳米功能涂料，其特征在于，所述纳米功能添加剂，由以下重量百分比经表面改性的纳米颗粒材料构成：TiO2 26%，Cr2O3 25%，CoO 9%，Fe2O3 36%，Ni2O3 3%，稀土转光剂1%。
3.根据权利要求1或2所述的纳米功能涂料，其特征在于，所述稀土转光剂为红光转远红外的稀土转光剂和近红外中红外转微波的稀土转光剂的混合物，所述混合物中，红光转远红外的稀土转光剂与近红外中红外转微波的稀土转光剂的重量比为1:3。
4.根据权利要求1或2所述的纳米功能涂料，其特征在于，所述连接料为苯丙乳液和硅丙乳液两种的混合乳液，所述混合乳液中，苯丙乳液与硅丙乳液的重量比＝2:1。
5.根据权利要求1或2所述的纳米功能涂料，其特征在于，所述颜填料，由以下重量百分比的无机非金属材料粉体构成：重钙23%，轻钙14%，硅酸铝10%，白炭黑15%，电气石16%，钛白粉R215 22%。
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