CN104277626B - 空气净化漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种空气净化漆及其制备方法,其是以水性丙烯酸乳液作为胶粘剂,以5A分子筛粉、活性碳纤维为吸附剂及微电极以纳米二氧化钛为光电转换剂、以纳米银为参杂剂,以酞菁铜为光敏化剂、以硅烷偶联剂、有机硅疏水剂为疏水改性剂,以石英砂为骨料,以电气石为负离子促进剂,柠檬酸为pH值调节剂。该空气净化漆具有昼夜24小时吸附有害物质,白天在光照下分解有害物质这种类似于光合作用的功能,同时也具有类似于植物向空气中释放负离子的功能,使粉尘因静电引力作用粒径增加,从而加速其沉降。

Description

空气净化漆及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种可净化空气中有害物质的水性涂料及其生产工艺。
背景技术
[0002] 随着2012年中国大面积的雾靈天气笼罩,空气质量问题已经成为人们关注的敏感 话题。挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds即V0C),种类多、分布广,大到工业 生产、交通运输,小到家庭装修、居家生活,都是V0C的不同来源。由于V0C的广泛性和多样性 使得他们被视为粉尘之后的第二大类大气污染物。V0C、氮氧化物、硫氧化物等同时存在下, 受紫外线照射生成浮游飘尘、氧化剂、硝酸盐、硫酸盐等干湿下降物即为光化学烟雾,湿式 下降物为酸雨。光化学烟雾是大气污染的一种,它不仅危害人们的健康,而且严重威胁着生 态系统的平衡。光化学烟雾明显的危害是对人眼睛的刺激作用。光化学烟雾对鼻、咽喉、气 管和肺等呼吸器官也有明显的刺激作用,并有头痛,使呼吸道疾病恶化。光化学烟雾对植物 的损害也十分严重。此外,光化学烟雾还会降低大气的能见度,加速橡胶制品的老化和龟 裂,腐蚀建筑物和衣物,缩短其使用寿命。酸雨(抑《5.6的降水)的危害主要有:(1)湖泊酸 化,鱼类死亡,水生生物种类减少;(2)±壤酸化,农业减产,森林退化;(3)建筑物和桥梁受 损;(4)影响人体健康一降低儿童的免疫能力、对眼部和呼吸道的刺激、酸化农田±壤中的 重金属富积等。
[0003] 当前建筑材料领域治理光化学烟雾通常采用W下几种方法:
[0004] 1、物理吸附,通过多孔材料表面吸附小分子污染物。例如活性碳纤维(ACF),亦称 纤维状活性碳。作为一种由有机纤维先驱体制成的理想的第Ξ代高效吸附材料,是在碳纤 维技术和活性碳技术相结合的基础上发展起来的一种多孔导电材料。作为吸附材料,ACF具 有W下优点:(1)吸附性能好。具有大的比表面积和丰富的微孔,微孔的体积占总孔体积的 90% W上,比一般活性碳(AC)具有更大的表面积和孔容积、外表面比AC大100倍W上、吸附 容量约大1-10倍;(2)其微孔都在外表面上,所WACF的吸附/脱附速度快;(3)ACF中的碳都 W类石墨乱层状堆积而成,所WACF具有良好的导电性能;(4)氧化还原性能强。
[0005] 2、光催化反应,利用具有光活性的纳米二氧化铁、纳米氧化锋、纳米氧化侣、纳米 氧化铁等无机半导体材料在光的照射下,吸收光子发生电子跃迁,从而产生具有强氧化性 的空穴来分解有机物。光催化反应的本质是指在受光的激发后,催化剂表面产生的电子空 穴对分别与氧化性物质和还原性物质相互作用的电化学过程。光催化反应是由催化剂表面 因受光照后产生的电子一空穴对而引发的:
[0006]
Figure CN104277626BD00031
[0007]当然,电子与空穴也会重新复合,散发出热能。
[000引还有另一类简单复合,可表示为:
[0009]
Figure CN104277626BD00041
[0010] 如图3所示,显然,运种情况下,电子与空穴的结合都是由同一物种来完成的,没有 经过有机物的传递运一环节,不能使有机物发生降解反应,没有实际意义,催化剂表面形成 了短路的原电池。
[0011] 有实际意义的过程应该是按下面所发生的过程组成氧化还原反应的一个半反应, 而另一个半反应则由含有有机物与氧化物种的相互作用组成,如图4所示:
[0012] 40H-+地+一 40H
[0013] 40化有机底物一产物
[0014] 实际的情形是,在催化剂表面发生短路原电池的概率比发生降解反应的概率要大 得多因而光子的利用率比较低。
[001引上述方法在应用于建筑涂料中时存在V0C分解效率较低的问题,例如吸光材料在 涂料中发生团聚降低光活性,光能材料应用于涂料之中因填料的屏蔽作用会使其光能利用 率大大降低,W及光催化剂表面形成了短路的原电池使光子的利用率降低等。因此,空气净 化功能涂料的性能尚有待完善,消费者亟需净化功能优异的空气净化涂料。
发明内容
[0016]针对现有技术存在的上述问题,本发明提供一种性能优异的仿生空气净化功能的 水性涂料及其生产工艺,该涂料作用时间长,V0C分解效率高。
[0017]为实现上述目的,本发明包括如下技术方案:
[0018] -种空气净化漆,其是由W成分和助剂制成: 氷 125-300重量份 纳米二氧化缺 20-100重量份 纳米银 1-5重量份 桂焼偶联剂 0.0M重量份 有机桂疏水剂 04 -1重量份 纳米氧化锋 10-50重量份
[0019] 活性碳纤维 1-5重量份 5 A分子筛粉 5()-200軍量份 电气石粉 5-2 5重量份 駄菁铜 0.1-2重量份 丙帰酸乳液 100-200重量份 pH调节剂 1-2重量份 石英砂 200-500重量份
[0020] 如上所述的空气净化漆,优选地,所述硅烷偶联剂为KN555或KN556。
[0021] 如上所述的空气净化漆,优选地,所述有机娃疏水剂选自BS-43N、BS-1335和 化wder-D中的一种。
[0022] 如上所述的空气净化漆,优选地,所述pH值调节剂选自巧樣酸、酒石酸、憐酸、盐酸 和硝酸中的一种或几种。
[0023] 另一方面,本发明提供如上所述的空气净化漆的制备方法,该方法包括如下步骤:
[0024] 步骤1:按照权利要求1所述配比称取各原料;将水、纳米银、纳米二氧化铁、纳米氧 化锋、硅烷偶联剂、有机娃疏水剂、活性碳纤维和献菁铜投入高速分散机中分散,制成纳米 银参杂疏水改性纳米二氧化铁-氧化锋-ACF-献菁铜复合凝胶液、pH值调节剂调节pH值为5, 获得A组分;
[0025] 步骤2:将水、助剂、5A分子筛、电气石粉和丙締酸乳液揽拌均匀,调节pH值为5,获 得B组分;
[00%] 步骤3:在揽拌机中将A组分、B组分和石英砂进行混合,调色。
[0027] 如上所述的制备方法,优选地,所述步骤1的分散操作为:所述各组分投入高速分 散机中1500-3000转分散10-20分钟。
[0028] 如上所述的制备方法,优选地,所述步骤2的具体操作如下:将水、润湿剂、分散剂、 杀菌剂、消泡剂揽拌均匀;加入5A分子筛粉、电气石粉,600-800转分散10-20分钟,随后加入 丙締酸乳液、成膜助剂、增稠剂,揽拌均匀,加入pH值调节剂调pH值为5;获得B组分。
[0029] 再一方面,本发明提供一种空气净化漆,其是采用如上所述的方法制备的。
[0030] 本发明的空气净化漆W水性丙締酸乳液作为胶粘剂。W5A分子筛粉为吸附剂,5A 分子筛可W吸附一切分子尺寸小于5埃的有害气体。W活性碳纤维为吸附剂及及电化学反 应阳极,W纳米银作为电化学反应阴极,电化学反应没有选择性,可W去除空气中的醒、苯、 氮氧化物、硫化物、烧控等有机、无机有害气体。W纳米二氧化铁、纳米氧化锋为光电转换 剂,W献菁铜为光敏化剂;颜料敏化纳米二氧化铁-氧化锋复合半导体材料,其吸收光谱可 W延伸到可见光部分。W电气石为负离子促进剂,电气石在光照下具有表面弱电流,可W使 接触的空气带有负电荷,空气中的微小颗粒可W在静电吸附作用下聚集,从而加速沉降。巧 樣酸为抑值调节剂使pH值为5保证纳米粉体不发生团聚而失去活性。此外,硅烷为偶联剂, 有机娃疏水剂为疏水改性剂,石英砂为骨料。
[0031] 本发明通过在光催化剂纳米二氧化铁、纳米氧化锋中参杂纳米银将电化学氧化反 应用于空气净化漆中。电化学氧化反应的间接氧化分为阳极间接氧化和阴极间接氧化,阳 极间接氧化是指利用阳极氧化反应产生具有强氧化作用的中间物质或发生阳极反应之外 的中间反应,使污染物最终被氧化,转化为无害物质,例如,Ag3+和FeY+均可作为有机物的 氧化中介,运些物质的标准电位分别为:1.987V,0.77V,电位越高,氧化中介效果越好。再者 在阳极生成寿命短、氧化性极强的活性物质,己有研究表明运类短寿命物质包括e-1 (溶剂 化电子)、册•,册2 ·,02 ·等自由基,它们可W分解污染物质,通过溶液中的可再生氧化还 原电对进行有机污染物的氧化还原去除。阴极间接氧化是指利用阴极还原反应产生具有强 氧化作用的中间物质,例如,利用阴极还原为出〇2,而后生成册·,其电位高达2.8V。自由基 氧化有机物的方法出现,可用于处理苯酪、苯的衍生物(苯胺类)及HCH0。为加速H0 ·的生 成,在被处理液体中加入少量Ag+,发生下面的化nton反应:
[0032] Ag++出化一0H_+册· +Ag2+
[0033] 肥册+4册•一C02+3出0
[0034] 也C6+30册•一60)2+18出0
[0035] 利用阴极与阳极产生的强氧化剂来氧化降解有机污染物的技术称为成对电氧化 技术,该技术在空气净化涂料中的应用尚未见报道。
[0036] 本发明的有益效果在于W下几个方面:
[0037] (1)本发明的涂料用约5%的纳米银参杂纳米二氧化铁,使涂料中光催化分解和电 化学氧化两种反应同时进行,电子-空穴复合几率高。同时纳米银可减少光催化剂表面形成 短路原电池概率,提高光子的利用率。通过该技术手段可W使光分解甲醒效率由43%提高 到97 %。
[0038] (2)纳米二氧化铁可吸收波长小于385nm,主要集中在紫外光部分,通过献菁、蔥、 叶绿素颜料敏化改变光电转化历程,可W将吸收光谱延长至可见光部分。在未被颜料敏化 的纳米二氧化铁在可见光部分几乎不具有光活性,当使用献菁铜敏化后可W吸收可见光的 蓝光部分,甲醒分解效率可提高7%左右。
[0039] (3)纳米二氧化铁溶胶的等电点为6.25,当pH值大于6.25时表面电荷减少发生团 聚将极大的失去光活性,涂料的储存时间越长光活性越低,当储存3个月后光活性降低50% W上,本发明通过将涂料pH值调整到5保证其功能性要求。
[0040] (4)光能材料应用于涂料之中,因填料的屏蔽作用会使其光能利用率大大降低,当 填料的填量与纳米二氧化铁的量达到2:1时其分解甲醒效率仅为45%,通过疏水改性使其 在涂料成膜时因表面张力发生迁移,富集于涂层的表面,可有效解决运一问题,可W将效率 提高到80 % W上。
[0041] (5)采用纳米氧化锋与其复合,可W适当降低纳米二氧化铁的使用量降低成本而 不影响甲醒分解效率。
[0042] 本涂料通过上述技术的运用具有昼夜24小时吸附有害物质、白天在光照下分解有 害物质运种类似于光合作用的功能,同时也具有类似于植物向空气中释放负离子的功能, 使粉尘因静电引力作用粒径增加,从而加速其沉降。
附图说明
[0043] 图1为实施例1样品1施工后的照片。
[0044] 图2为实验例1试验舱结构示意图。
[0045] 图3为光催化反应过程(一)。
[0046] 图4为光催化反应过程(二)。
具体实施方式
[0047] 下面结合实施例对本发明作进一步说明,W下所举实施例是为便于更好地理解本 发明,但并不用来限定本发明,本领域技术人员可W对本发明做各种修改或替换,运些等价 形式同样落于本申请权利要求书所限定的范围。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明, 均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料,如无特殊说明,均为自常规试剂商店购买得 到。
[004引 W下实施例所用原料来源:
[0049] 纳米二氧化铁:湖南唐铁纳米科技有限公司
[0050] 纳米氧化锋:北京博宇高科新材料技术有限公司 [0化1 ] 纳米银:AGF-S-1,上海沪正纳米科技有限公司
[0052] 硅烷偶联剂:KN555,宏远化工股份有限公司
[0053] 有机娃疏水剂:BS-1335,德国瓦克化学有限公司
[0054] 活性碳纤维:型号K肝1300,江苏科净碳纤维有限公司
[0055] 5A分子筛粉:5A型分子筛原粉,石家庄建达高科化工有限公司
[0056] 献菁铜:河南金信阳染料公司
[0057] 丙締酸乳液:RC-2179,江苏日出化工有限公司 [0化引润湿剂:pH-100,深圳海川化工
[0059] 分散剂:SN-5040,深圳海川化工
[0060] 杀菌剂:LXE,深圳海川化工 [0061 ] 消泡剂:NXZ,深圳海川化工
[0062] 成膜助剂:醇醋十二,吉林化工
[0063] 增稠剂:卡波姆940,北京天竺鸟食品添加剂有限公司
[0064] 增稠剂:皿R-250,美国亚跨龙
[0065] 实施例1空气净化漆(一)
[0066] 1、按W下配比称取各原料,组分的配比W重量比计: 氷 245.5 纳米二氧化铁 50 纳米银 2.5 桂婉偶联剂 0.任5 有机娃疏水剂 1 纳米氧化锋 25 活性碳纤维 5 5A分子筛粉 150 电气石粉 10 敌菁铜 1
[0067] 梓樣酸 1.5 季L液 150 石英砂 350 pH-100 0.5 SN-5040 3 LXE 2 NXZ 1 醇醋十二 8 HBR-250 1 卡波姆-940 I
[006引2.空气净化漆的生产工艺:
[0069 ]步骤1:将纳米银、纳米二氧化铁、纳米氧化锋、活性碳纤维、硅烷偶联剂、有机娃疏 水剂和献菁铜投入高速分散机中3000转分散10分钟,制成纳米银参杂的疏水改性纳米二氧 化铁-氧化锋-ACF-献菁铜复合凝胶液,加入巧樣酸调节pH值为5,为A组分。
[0070] 步骤2:将水、pH-100、SN-5040、LXE、MZ揽拌均匀;加入5A分子筛粉、电气石粉,800 转分散10分钟。随后加入丙締酸乳液、醇醋十二、卡波姆940、皿R-250,揽拌均匀,加入巧樣 酸调抑值为5;为B组分。
[0071] 步骤3:在揽拌机中将A组分、B组分、石英砂进行混合,适当调色,制成空气净化漆 样品1。
[0072] 使用时采用喷涂或批抹的方式,具有砂壁状质感,与空气有更高的接触面积,空气 净化能力显著。施工后的照片参见图1。
[0073] 样品1V0C净化性能见表3、表4、表5、表6,PM2.5去除效果见表15。
[0074] 实施例2空气净化漆(二)
[00巧]1、按W下配比称取各原料,组分的配比W重量比计: 氷 1943 纳米二氧化锭 30 纳米银 1..3 辖婉偶联荆 0.旬3 有机娃疏水剂 0 X 纳米氧化锋 40 活性碳纤维 5 5A分子筛粉 180 电气石粉 2Q 駄菁铜 1
[0076] 巧樣酸 1.5 郭液 130 石英砂 380 PE-100 1 5040 3 LXE 2 NXZ 1 醇醋十二 7 卡波姆 1 HBR-250 1
[0077] 2.空气净化漆的生产工艺:
[0078] 步骤1:将纳米银、纳米二氧化铁、纳米氧化锋、活性碳纤维、硅烷偶联剂、有机娃疏 水剂和献菁铜投入高速分散机中1500转分散20分钟,制成纳米银参杂的疏水改性纳米二氧 化铁-氧化锋-ACF-献菁铜复合凝胶液,加入巧樣酸调节pH值为5,为A组分。
[0079] 步骤2:将水、pH-100、SN-5040、LXE、MZ揽拌均匀;加入5A分子筛粉、电气石粉,600 转分散20分钟。随后加入丙締酸乳液、醇醋十二、卡波姆940、皿R-250,揽拌均匀,加入巧樣 酸调抑值为5;为B组分。
[0080] 步骤3:在揽拌机中将A组分、B组分、石英砂进行混合,适当调色,制成空气净化漆 样品2。
[0081] 样品1V0C净化性能见表7、表8、表9、表10,PM2.5去除效果见表15。
[0082] 实施例3空气净化漆(Ξ)
[0083] 1、按W下配比称取各原料,组分的配比W重量比计: 氷 209.5 纳米二氧化铁 40 纳米银 2 娃焼偶联剂 0.05 有机娃疏水剂 1 纳米氧化锋 25 活性碳纤维 5 5A分子筛粉 120 电气石粉 ;!〇 駄菁铜 1
[0084] 梓樣酸 1.5 乳液 120 石英砂 450 PE-100 1 SN-5040 3 LXE 2 NXZ 1 醇酷十二 6 HBR-250 1 卡波姆940 1
[00化]2.空气净化漆的生产工艺:
[0086] 步骤1:将纳米银、纳米二氧化铁、纳米氧化锋、活性碳纤维、硅烷偶联剂、有机娃疏 水剂和献菁铜投入高速分散机中2000转分散15分钟,制成纳米银参杂的疏水改性纳米二 氧化铁-氧化锋-ACF-献菁铜复合凝胶液,加入巧樣酸调节pH值为5,为A组分。
[0087] 步骤2:将水、pH-100、SN-5040、LXE、MZ揽拌均匀;加入5A分子筛粉、电气石粉,700 转分散15分钟。随后加入丙締酸乳液、醇醋十二、卡波姆940、皿R-250,揽拌均匀,加入巧樣 酸调抑值为5;为B组分。
[0088] 步骤3:在揽拌机中将A组分、B组分和石英砂进行混合,适当调色,制成空气净化漆 样品3。
[0089] 样品3V0C净化性能见表11、表12、表13、表14,PM2.5去除效果见表15。
[0090] 实验例1.产品性能测定
[0091 ] -、对实施例1-3制备的样品1-3进行V0C净化性能检测
[0092] 检测方法:依据GB/T23761-2009《光催化空气净化材料性能测试方法》。
[0093] 评定方法:依据JC/T1074-X008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》。
[0094] 技术要求:见表1,表2。
[009引表1净化性能
[0096]
Figure CN104277626BD00111
[0099] 1、样品1检测结果:见表3,表4、表5、表6。
[0100] 表3.甲醒净化效率检验结果
[0101] __
Figure CN104277626BD00112
[010引 2、样品2检测结果:见表7,表8、表9、表10。
[0109] 表7.甲醒净化效率检验结果 「01101
Figure CN104277626BD00113
Figure CN104277626BD00121
[01%] 二、对实施例1-3制备的样品1-3进行PM2.5去除性能检测 [0127] 1、试验装置
[012引如图2所示,两个Im3的试验舱由厚度为8mm~10mm的玻璃制造,试验舱内壁尺寸长 X宽X高为1250mm X 800mmX 1000mm,一个作为放置测试样品的样品舱,另一个为放置空白 玻璃板的对比舱,舱接缝处采用密封胶处理,采样孔位于试验舱侧壁中屯、点,试验舱内顶部 中屯、位置放置30W日光灯1支。试验舱长度方向放置四个不诱钢样品架(钢管外径为5mm), 用于放置样品板,而且使得样品板与舱壁成30°,样品板距离舱底部300mm。
[0129] 2、试验方法
[0130] 分别在两个实验舱内注入香烟烟雾(主要成分为固体颗粒物),5分钟后采用BR- AIR-329空气质量检测仪测试舱内PM2.5浓度,开启日光灯,每隔1小时后测试舱内PM2.5浓 度,连续测8小时。检测结果:见表15。
[0131] 表15
[0132]
Figure CN104277626BD00131

Claims (7)

1. 一种空气净化漆,其特征在于,其是由助剂和W下成分制成:
Figure CN104277626BC00021
2. 如权利要求1所述的空气净化漆,其特征在于,所述有机娃疏水剂选自BS-43N、BS-1335和化wder-D中的一种。
3. 如权利要求1所述的空气净化漆,其特征在于,所述抑值调节剂选自巧樣酸、酒石酸、 憐酸、盐酸和硝酸中的一种或几种。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的空气净化漆的制备方法,其特征在于,该方法包括如 下步骤: 步骤1:按照权利要求1所述配比称取各原料;将水、纳米银、纳米二氧化铁、纳米氧化 锋、硅烷偶联剂、有机娃疏水剂、活性碳纤维和献菁铜投入高速分散机中分散,制成纳米银 渗杂疏水改性纳米二氧化铁-氧化锋-ACF-献菁铜复合凝胶液、pH值调节剂调节pH值为5,获 得A组分; 步骤2:将水、助剂、5A分子筛粉、电气石粉和丙締酸乳液揽拌均匀,调节抑值为5,获得B 组分; 步骤3:在揽拌机中将A组分、B组分和石英砂进行混合,调色。
5. 如权利要求4所述的空气净化漆的制备方法,其特征在于,所述步骤1的分散操作为: 所述各组分投入高速分散机中1500-3000转分散10-20分钟。
6. 如权利要求4所述的空气净化漆的制备方法,其特征在于,所述步骤2的具体操作如 下:将水、润湿剂、分散剂、杀菌剂、消泡剂揽拌均匀;加入5A分子筛粉、电气石粉,600-800转 分散10-20分钟,随后加入丙締酸乳液、成膜助剂、增稠剂,揽拌均匀,加入pH值调节剂调pH 值为5;获得B组分。
7. -种空气净化漆,其特征在于,其是采用权利要求4-6中任一项所述的方法制备的。
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