CN103131325A - 一种自洁性路面汽车尾气降解涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，包括A组分和B组分，以重量百分比计，B组分为A组分的1～6%，以重量份数计，A组分包括以下物质：成膜剂100份；补强剂5～20份；光催化复合颗粒15～30份；改性剂5～20份；催化剂0.1～0.5份；增塑剂5～15份；消泡剂0.05～0.5份；羟基稳定剂0.5～2份；碱性水100～200份，B组分包括以物质：交联剂1～6份；增粘剂2～6份；消泡剂0.05～0.5份。本发明中的光催化复合颗粒参与涂料的补强作用，其粘附性强，不易脱落，同时涂料具有憎水和憎水迁移性、表面不易聚集灰尘，保障了颗粒的路面光催化降解尾气能力，增加了光催化降解时间，提高了光催化效率。

Description

一种自洁性路面汽车尾气降解涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种道路路面汽车尾气降解涂料及其制备方法，尤其是涉及一种自洁性路面汽车尾气降解涂料及其制备方法。

背景技术

工业化和城市化持续快速发展，汽车（含低速汽车）保有量的激增，给城市带来了大量的汽车尾气排放，汽车尾气排放正在成为城市大气污染的重要来源之一。严重的大气污染，威胁人民群众身体健康，增加呼吸系统、心脑血管疾病的死亡率及患病风险，腐蚀建筑材料，破坏生态环境，导致粮食减产、森林衰亡，我们迫切需要治理主要由汽车尾气所造成的城市尾气污染。

    目前城市中汽车尾气污染问题，路面喷涂法和散布法是目前应用于TiO₂沥青路面尾气降解的两种方法。喷涂法是预先将TiO₂与粘结剂充分混合，然后喷涂于路表；散布法是先将粘结剂涂于路表，再用TiO₂粉末散布于粘结剂表面。对于喷涂法，通常的涂膜透气性能差，易脱落，光催化降解活性较低，当涂料较厚时，填充路面构造深度，降低路面摩擦力，易形成交通事故；对于散布法，光催化效果明显，但催化剂粉体在路表不牢固、易脱落，丧失降解效果。由于TiO₂本身不能吸附尾气，且不具有自清洁性，只能被动地降解尾气，因此这两种方法降解汽车尾气效率不高。专利（CN 101703889 B）提出了废胶粉负载TiO₂方法，但废胶粉表面惰性强，不易与偶联剂胶粘，在使用过程中TiO₂产生较多脱落。

虽然目前的尾气路面降解技术取得了一定的降解效果，但是TiO₂光催化剂的光催化作用机理并没有得到充分的发挥，TiO₂与载物体，载物体与路面的粘附性成为该技术路面使用的瓶颈。高效光催化降解不仅需要催化剂具有充分接触面积，还需要大量吸附聚集在路面上的尾气，以增大表面催化反应速度，还需要较强的路面粘结性能以增加涂层使用时间，提高涂层降解效率。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够主动吸附路面上方的尾气，增大TiO₂的光吸收面积，提高了路面光催化效率、同时具有自清洁性、表面不易聚集灰尘，保障了复合颗粒的路面光催化降解尾气能力的自洁性路面汽车尾气降解涂料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，其特征在于，包括A组分和B组分，以重量百分比计，B组分的使用量为A组分的1～6%，其中，以重量份数计，A组分包括以下物质：

成膜剂                       100份；            

补强剂                       5～20份；               

光催化复合颗粒               15～30份；               

改性剂                       5～20份；                              

增塑剂                       5～15份；                              

羟基稳定剂                   0.5～2份；

消泡剂                       0.05～0.5份；

催化剂                       0.1～0.5份；           

碱性水                       100～200份，

B组分包括以物质：

交联剂                       1～6份；

增粘剂                       2～6份；               

消泡剂                       0.05～0.5份。

所述的A组分中的成膜剂为107有机硅橡胶水性乳液， 25℃粘度为200～3000 mPa·s。

而所述的A组分中的补强剂为气相白炭黑、沉淀白炭黑、胶体二氧化硅、纳米碳酸钙中的至少一种。

其中，所述的气相白炭黑、沉淀白炭黑或纳米碳酸钙均经过偶联剂改性，所述的偶联剂为硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、钛酸酯偶联剂101、钛酸酯偶联剂102中的任意一种。

进一步，所述的A组分中的改性剂为聚氨酯101甲组分。

所述的A组分中的增塑剂为乙酸乙酯或邻苯二甲酸二丁酯。

所述的A组分中的羟基稳定剂为乙二醇、丙二醇、异丙醇中的任意一种。

所述的A组分和B组分中的消泡剂均为TH-102聚硅氧烷型。

所述的A组分中的催化剂为二月桂酸二丁基锡、马来酸锡、辛酸亚锡中的任意一种。

所述的A组分中的碱性水为氨水配制，PH值为8.5～9.5。

此外，所述A组分中的复合颗粒为锐钛型 TiO₂ /硅藻土。所述的锐钛型TiO2的粒径为15～100nm；而硅藻土的粒径为30～150μm；

通过偶联剂把锐钛型TiO2附着于硅藻土上，所述的偶联剂为硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、钛酸酯偶联剂102中的任意一种；

其中，光催化复合颗粒制备方法为：

a. 将20份TiO₂放入110℃烘箱中烘烤12h后封存； 

b. 将40～120份硅藻土表面用清水冲洗，或者用超声波清洗30min，然后用远红外干燥箱在110 ℃烘烤12h后封存；

c. 将烘干后的硅藻土和TiO₂放入搅拌机中分散，搅拌速度2000rpm，搅拌时间为40～60min；

d. 将2~6份光催化复合颗粒的改性剂与40~80份工业乙醇配置成质量浓度为5~10%的分散溶液，与分散后的硅藻土、TiO₂一起加入带有冷凝管的三口烧瓶中加热搅拌，蒸馏回收，然后加热到80 ℃保温12h，制得复合颗粒锐钛型 TiO₂/硅藻土。

所述的B组分中的交联剂为正硅酸乙酯、四乙氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷中的任意一种。

而所述的B组分中的增粘剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷中的任意一种。

一种自洁性路面汽车尾气降解涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 

（1）以重量份数计，将100～200份碱性水和5～20份补强剂投入搅拌机中，在常温下以800～1200rpm搅拌60～90min，依次加入100份成膜剂、15～30份光催化复合颗粒、5～20份改性剂、0.1～0.5份催化剂、5～15份增塑剂、0.05～0.5份消泡剂和0.5～2份羟基稳定剂，在常温下以300～400rpm继续搅拌60min，待混合均匀后制得A组分；

（2）以重量份数计，将1～6份交联剂、2～6份增粘剂和0.05～0.5份消泡剂在常温下以200rpm搅拌20min，混合均匀后制成B组分；

（3）使用时，以重量计，按B组分：A组分为1～6：100的比例，把组分B缓慢地加入到慢速搅拌的A组分中，然后以转速300～500rpm搅拌20～40min，待混合均匀后制得一种自洁性路面汽车尾气降解涂料。

本发明的有益效果是：

1、本发明中硅藻土的多孔网络结构使TiO₂颗粒在三维空间吸收光线，增大光吸收面积，其吸附协同作用明显地提高了复合颗粒对路面汽车尾气的降解，而硅藻土在涂料中的半补强作用明显地提高了复合颗粒的粘附性，复合颗粒不易脱落，延长了复合颗粒的使用年限；

2、本发明中107有机硅橡胶具有憎水性和憎水迁移性，因而涂层具有自清洁性，灰尘不易附着复合颗粒表面，保障了路面汽车尾气降解效率；

3、本发明所述的涂料形成的涂膜具有封水透气性，在道路表面成膜不起泡，不脱落，使用时间长，且涂膜厚度薄、对路面构造深度影响小，不会明显降低路面摩擦系数，而涂膜为无色透明，不会遮盖路面颜色，对行车安全不会造成影响；

4、本发明所述的涂料为双组份水性涂料，节能环保，施工简单。   

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明具体的介绍。

实施例1

    以重量份数计，将100份PH值为8.5的碱性水、5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的气相二氧化硅和15份复合颗粒加入到多功能搅拌机中，以1000rpm的转速搅拌80min,经分散混合均匀后，加入100份固含量为57%的有机硅橡胶乳液、5份乙酸乙酯、8份聚氨酯101甲组分、0.2份二月桂酸二丁基锡、0.05份TH-102聚硅氧烷型消泡剂和0.5份乙二醇，以300～500rpm的转速继续搅拌20min,混合均匀后制得A组分；将4份甲基三乙酰氧基硅烷、0.8份苯胺甲基三乙氧基硅烷和0.05份TH-102聚硅氧烷型消泡剂混合搅拌制成B组分；使用时，以重量计，将A组分：B组分为100：3的比例把组分B缓慢地加入到慢速搅拌的A组分中，然后以300rpm的转速搅拌30min,混合均匀后制得一种自洁性路面汽车尾气降解涂料。

 

实施例2

    以重量计，将125份PH值为9的碱性水、10份γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的沉淀白炭黑和22份复合颗粒加入到多功能搅拌机中，以1200rpm的转速搅拌9min,经分散混合均匀后，加入100份固含量为57%的有机硅橡胶乳液、8份邻苯二甲酸二丁酯、13份聚氨酯101甲组分、0.3份二月桂酸二丁基锡、0.2份TH-102聚硅氧烷型消泡剂和1份丙二醇，以500rpm的转速搅拌40min,混合均匀后制得A组分；将4份正硅酸乙酯、1.6份γ-氨丙基三乙氧基硅烷和0.2份TH-102聚硅氧烷型泡剂混合搅拌制成B组分；使用时，以重量计，将A组分：B组分为100：5的比例把组分B缓慢地加入到慢速搅拌的A组分中，然后以500rpm的转速搅拌20min,混合均匀后制得一种自洁性路面汽车尾气降解涂料。

 

实施例3

    以重量计，将165份PH值为9.5的碱性水、15份胶体二氧化硅和26份复合颗粒加入到多功能搅拌机中，以800rpm的转速搅拌60min,经分散混合均匀后，加入100份固含量为57%的有机硅橡胶乳液、10份乙酸乙酯、16份聚氨酯101甲组分、0.3份二月桂酸二丁基锡、0.3份TH-102聚硅氧烷型消泡剂和1份丙二醇，以300～500rpm的转速搅拌20min,混合均匀后制得A组分；将3份正硅酸乙酯、1份苯胺甲基三乙氧基硅烷和0.3份TH-102聚硅氧烷型消泡剂混合搅拌制成B组分；使用时，以重量计，将A组分：B组分为100：5的比例把组分B缓慢地加入到慢速搅拌的A组分中，然后以300rpm的转速搅拌20min,混合均匀后制得一种自洁性路面汽车尾气降解涂料。

 

实施例4

下面通过实例3制备的涂料对本发明进行进一步详细说明。

沥青路面构造深度试验和路面摩擦系数试验

    由于涂膜覆于路表面可能会对路面的抗滑性产生重要影响，而路面抗滑性是反映路面安全性的一个重要指标，因此，需要对实际路面涂层的抗滑性进行了测试。

    按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0703-1993的轮碾法制作车辙板状试件，级配为SMA~13， 试件尺寸为30cm×30cm×5cm。为了研究制备的复合粉体颗粒的汽车尾气的催化降解效率，按实例3将制备的涂料喷散在级配为SMA-13的混合料上，固化后，采用摆式摩擦仪对新、室外放置10天、30天、50天的车辙板涂层的抗滑性进行了测试。

    实施例3制备的涂料的摩擦系数检测结果列于表1：

表1 实施例3制备的涂料的摩擦系数检测结果

通过表1数据表明：制备的涂料的涂层对路面的摩擦系数略有下降，属于中等抗滑性安全范围内，符合路面防滑涂料行业标准规定：当55≤BPN﹤70时属于中防滑。当试件放置室外后，摩擦系数随时间有不同程度的恢复。

实施例5

汽车尾气的催化降解效率研究

  按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0703-1993的轮碾法制作车辙板状试件，级配为SMA~13， 试件尺寸为30cm×30cm×5cm。为了研究制备的复合粉体颗粒的汽车尾气的催化降解效率，按实例3将制备的涂料喷散在级配为SMA-13的混合料上，固化后，将新、室外放置10天、30天、50天的车辙板放置在氙灯下进行尾气降解实验。由于尾气中的NO_x主要转化为NO₂，且其毒性最强，因而在实验中以NO₂作为目标气体验证涂层的尾气的催化降解效率。

使用气体检测报警仪（BX80）检测反应箱内NO₂的浓度，记录60min内NO₂的浓度变化情况，并与起始浓度对比，换算出NO₂的降解效率。反应中温度和湿度分别由温湿度计结合加热加湿装置控制。初始NO₂浓度：20ppm，温度18 ℃，湿度55%，照度为3000lx。降解汽车尾气的NO₂浓度随时间的变化如表2所示。

表2 实施例3汽车尾气的NO₂降解率（%）随时间的变化

实验结果说明：当降解时间在15min内，体系的NO₂降解率达到到66.7%，30min内降解率达到79.8%，在40min后，NO₂降解已经基本结束，降解率超过82%，体系的NO₂大部分已被降解。经过30天后，体系的NO₂降解率达到到76.9%，这表明该涂料具有较好的自清洁性，能够保障路面尾气的有效降解。

上述实施例的结果表明：

1、本发明中硅藻土的多孔网络结构使TiO₂颗粒在三维空间吸收光线，增大光吸收面积，其吸附协同作用明显地提高了复合颗粒对路面汽车尾气的降解，而硅藻土在涂料中的半补强作用明显地提高了复合颗粒的粘附性，复合颗粒不易脱落，延长了复合颗粒的使用年限；

2、本发明中107有机硅橡胶具有憎水性和憎水迁移性，因而涂层具有自清洁性，灰尘不易附着复合颗粒表面，保障了路面汽车尾气降解效率；

3、本发明所述的涂料形成的涂膜具有封水透气性，在道路表面成膜不起泡，不脱落，使用时间长，且涂膜厚度薄、对路面构造深度影响小，不会明显降低路面摩擦系数，而涂膜为无色透明，不会遮盖路面颜色，对行车安全不会造成影响；

4、本发明所述的涂料为双组份水性涂料，节能环保，施工简单。

本发明按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，其特征在于，包括A组分和B组分，以重量百分比计，B组分的使用量为A组分的1～6%，其中，以重量份数计，A组分包括以下物质：

成膜剂                       100份；            

补强剂                       5～20份；               

光催化复合颗粒               15～30份；               

改性剂                       5～20份；                              

增塑剂                       5～15份；                              

羟基稳定剂                   0.5～2份；

消泡剂                       0.05～0.5份；

催化剂                       0.1～0.5份；           

碱性水                       100～200份，

B组分包括以物质：

交联剂                       1～6份；

增粘剂                       2～6份；               

消泡剂                       0.05～0.5份。

2.根据权利要求1所述的一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，其特征在于，所述的A组分中的成膜剂为107有机硅橡胶水性乳液， 25℃粘度为200～3000 mPa·s。

3.根据权利要求1所述的一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，其特征在于，所述的A组分中的补强剂为气相白炭黑、沉淀白炭黑、胶体二氧化硅、纳米碳酸钙中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，其特征在于，所述的A组分中的改性剂为聚氨酯101甲组分；增塑剂为乙酸乙酯或邻苯二甲酸二丁酯；羟基稳定剂为乙二醇、丙二醇、异丙醇中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，其特征在于，所述的A组分中的催化剂为二月桂酸二丁基锡、马来酸锡、辛酸亚锡中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，其特征在于，所述的A组分和B组分中的消泡剂均为TH-102聚硅氧烷型。

7.根据权利要求1所述的一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，其特征在于，所述的A组分中的碱性水为氨水配制，碱性水PH值为8.5～9.5。

8.根据权利要求1所述的一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，其特征在于，所述的B组分中的交联剂为正硅酸乙酯、四乙氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种自洁性路面汽车尾气降解涂料，其特征在于，所述的B组分中的增粘剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷中的任意一种。

10.一种自洁性路面汽车尾气降解涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 

（1）以重量份数计，将100～200份碱性水和5～20份补强剂投入搅拌机中，在常温下以800～1200rpm搅拌60～90min，依次加入100份成膜剂、15～30份光催化复合颗粒、5～20份改性剂、0.1～0.5份催化剂、5～15份增塑剂、0.05～0.5份消泡剂和0.5～2份羟基稳定剂，在常温下以300～400rpm继续搅拌60min，待混合均匀后制得A组分；

（2）以重量份数计，将1～6份交联剂、2～6份增粘剂和0.05～0.5份消泡剂在常温下以200rpm搅拌20min，混合均匀后制成B组分；

（3）使用时，以重量计，按B组分：A组分为1～6：100的比例，把组分B缓慢地加入到慢速搅拌的A组分中，然后以转速300～500rpm搅拌20～40min，待混合均匀后制得一种自洁性路面汽车尾气降解涂料。