CN104497774B - 除霾自洁涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种除霾自洁涂料及其制备方法，通过采用特殊工艺合成一种纳米二氧化硅复合气凝胶，然后将该纳米二氧化硅复合气凝胶与适量的纳米水性氟硅乳液、助剂和去离子水等物料一起混合制备成除霾自洁涂料，该方法简单易操作，可行性高；本发明提供的一种除霾自洁涂料，利用所述纳米二氧化硅复合气凝胶强大的除霾能力去除建筑物周围和室内的PM2.5以下微粒，同时利用纳米水性氟硅树脂和纳米二氧化硅气凝胶的超亲水性，使涂膜表面的污染物能够随着雨水自然冲洗干净，使涂层形成循环自洁功能，保持建筑物外表的持久装饰效果。

Description

除霾自洁涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑涂料领域，尤其涉及一种除霾自洁涂料及其制备方法。
背景技术
PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
经过30多年的高速经济发展，我国已成为世界第二大经济体，但同时也造成了极大的能源消耗和环境污染，而尤其因PM2.5以下微粒超标而引发的雾霾空气污染最严重，同时引发了人们对如何消除PM2.5以下微粒的讨论和研究，其中建筑涂料对消除PM2.5以下微粒的功效也是研究方向之一。
涂料是涂饰于物体表面能与基体材料很好粘结并形成完整而坚韧保护膜的物料。涂料自引进我国后，就一直利用在建筑行业。涂料的作用可以概括为三个方面：保护作用，装饰作用和特殊功能作用。涂料的成分一般包含成膜物质、颜填料、溶剂和助剂。
目前市场上销售的建筑涂料绝大多数都不具备消除PM2.5以下微粒的功效，据报道仅仅是2013年北京富思特公司推出过类似消除PM2.5以下微粒功效的外墙涂料，该涂料是利用涂料中的活性物质会发生光催化反应，产生出氧化能力极强的羟基自由基分解附着在涂膜上的油性污染物和部分无机物。该种涂料不是直接去除PM2.5以下微粒，而是去除PM2.5以下微粒中的氮氧化物、二氧化硫、VOC等前体物，效果十分有限。
如何提高除霾(PM2.5以下微粒)的效果和持久性是开发除霾自洁涂料主要应该解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种除霾自洁涂料的制备方法，通过采用特殊工艺合成一种纳米二氧化硅复合气凝胶，然后将该纳米二氧化硅复合气凝胶与适量的纳米水性氟硅乳液、助剂和去离子水等物料一起混合制备成除霾自洁涂料，该方法简单易操作，可行性高。
本发明的目的还在于提供一种除霾自洁涂料，其能持续有效的去除建筑物周围和室内的PM2.5以下微粒，达到净化空气的功能，同时具有极强的杀菌、除臭、防霉和防污自洁功能。
为实现上述目的，本发明提供一种除霾自洁涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、合成制备纳米二氧化硅复合气凝胶；
步骤2、将纳米水性氟硅乳液置于容器中，然后在300-500rm/min中速搅拌下依次加入润湿剂、丙二醇、消泡剂、防腐剂和醇酯，然后以300-500rm/min中速分散5-8min；
步骤3、将步骤1制得的纳米二氧化硅复合气凝胶在200-300rm/min低速搅拌下缓慢加入上述混合物中，然后以800-1000rm/min高速分散10—15min；
步骤4、在200-300rm/min低速搅拌下缓慢加入去离子水、PH调节剂和缔合型增稠剂，以300-500rm/min中速分散5-8min，调整粘度到55-60KU。
所述步骤1包括如下具体步骤：
步骤11、将电气石粉与乙酸、水及无水乙醇混合并搅拌均匀，制得混合物M；
步骤12、在超声波作用及搅拌下将钛酸丁酯加入混合物M中，待其充分反应后将混合物通过静置、干燥、球磨得到超细粉末，然后进行热分解，得到表面包覆有二氧化钛的纳米电气石粉；
步骤13、利用所述纳米电气石粉与正硅酸乙酯、水和无水乙醇制备凝胶，并对凝胶进行超临界干燥处理得到纳米二氧化硅复合气凝胶。
所述步骤1制得的纳米二氧化硅复合气凝胶的粒径小于100nm。
以最后制得的除霾自洁涂料的总重量为基准，所述纳米水性氟硅乳液的添加量为50.0-55.0wt％，所述润湿剂的添加量为0.2-0.5wt％，所述丙二醇的添加量为1.0-2.0wt％，所述消泡剂的添加量为0.2-0.5wt％，所述防腐剂的添加量为0.1-0.3wt％，所述醇酯的添加量为1.5-2.0wt％，所述纳米二氧化硅复合气凝胶的添加量为15.0-20.0wt％，所述去离子水的添加量为20.0-25.0wt％，所述PH调节剂的添加量为0.1-0.2wt％，所述缔合型增稠剂的添加量为0.5-1.0wt％。
所述步骤2中，所述水性氟硅乳液为核壳结构乳液，所述润湿剂为炔二醇类润湿剂。
还包括步骤5、将调好粘度的产品按要求过滤灌装至内壁有防腐涂层的铁桶或塑料桶中进行包装。
本发明还提供一种除霾自洁涂料，由以下重量份的组分构成：纳米水性氟硅乳液50.0-55.0wt％，润湿剂0.2-0.5wt％，丙二醇1.0-2.0wt％，消泡剂0.2-0.5wt％，防腐剂0.1-0.3wt％，醇酯1.5-2.0wt％，纳米二氧化硅复合气凝胶15.0-20.0wt％，PH调节剂0.1-0.2wt％，去离子水20.0-25.0wt％，缔合型增稠剂0.5-1.0wt％。
所述除霾自洁涂料的粘度为55-60KU。
所述纳米二氧化硅复合气凝胶的粒径小于100nm。
所述水性氟硅乳液为核壳结构，所述润湿剂为炔二醇类润湿剂。
本发明的有益效果：本发明提供一种除霾自洁涂料的制备方法，通过采用特殊工艺合成一种纳米二氧化硅复合气凝胶，然后将该纳米二氧化硅复合气凝胶与适量的纳米水性氟硅乳液、助剂和去离子水等物料一起混合制备成除霾自洁涂料，该方法简单易操作，可行性高；本发明提供的一种除霾自洁涂料，利用所述纳米二氧化硅复合气凝胶强大的除霾能力去除建筑物周围和室内的PM2.5以下微粒，同时利用纳米水性氟硅树脂和纳米二氧化硅气凝胶的超亲水性，使涂膜表面的污染物能够随着雨水自然冲洗干净，使涂层形成循环自洁功能，保持建筑物外表的持久装饰效果。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为本发明提供的一种除霾自洁涂料的制备方法的示意流程图；
图2为本发明采用的一种纳米二氧化硅复合气凝胶的合成制备方法的示意流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1，本发明提供一种除霾自洁涂料的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、合成制备纳米二氧化硅复合气凝胶；
请参阅图2，所述步骤1包括如下具体步骤：
步骤11、将电气石粉与乙酸、水及无水乙醇混合并搅拌均匀，制得混合物M；
步骤12、在超声波作用及搅拌下将钛酸丁酯加入混合物M中，待其充分反应后将混合物通过静置、干燥、球磨得到超细粉末，然后进行热分解，得到表面包覆有二氧化钛的纳米电气石粉；
步骤13、利用所述纳米电气石粉与正硅酸乙酯、水和无水乙醇制备凝胶，并对凝胶进行超临界干燥处理得到纳米二氧化硅复合气凝胶。
所述步骤1制得的纳米二氧化硅复合气凝胶为二氧化硅－电气石—二氧化钛复合气凝胶，该纳米二氧化硅复合气凝胶的孔隙中充满表面包覆纳米二氧化钛的电气石，由于纳米二氧化硅复合气凝胶具有高比表面，从而容纳了更多的纳米电气石粉，并且使得纳米电气石粉的包覆层二氧化钛的活性增强。
优选的，所述纳米二氧化硅复合气凝胶的粒径小于100nm。
步骤2、将纳米水性氟硅乳液置于容器中，然后在300-500rm/min中速搅拌下依次加入润湿剂、丙二醇、消泡剂、防腐剂和醇酯等助剂，然后以300-500rm/min中速分散5-8min，确保助剂分散均匀。
以最后制得的除霾自洁涂料的总重量为基准，所述纳米水性氟硅乳液的添加量为50.0-55.0wt％，优选为55％；所述润湿剂的添加量为0.2-0.5wt％；所述丙二醇的添加量为1.0-2.0wt％；所述消泡剂的添加量为0.2-0.5wt％；所述防腐剂的添加量为0.1-0.3wt％；所述醇酯的添加量为1.5-2.0wt％。
优选的，所述水性氟硅乳液为核壳结构，其中，核壳结构乳胶粒的粒径小于100nm，固含量在50％左右；所述水性氟硅乳液中不含烷基酚聚氧乙烯醚类化合物(APEO)，并且挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOC)含量极低。
优选的，所述润湿剂为不含烷基酚聚氧乙烯醚类化合物(APEO)、低稳泡、润湿效果超强的炔二醇类润湿剂。
步骤3、将步骤1制得的纳米二氧化硅复合气凝胶在200-300rm/min低速搅拌下缓慢加入上述混合物中，然后以800-1000rm/min高速分散10—15min。
以最后制得的除霾自洁涂料的总重量为基准，所述纳米二氧化硅复合气凝胶的添加量为15.0-20.0wt％，优选20wt％。
步骤4、在200-300rm/min低速搅拌下缓慢加入去离子水、PH调节剂和缔合型增稠剂，以300-500rm/min中速分散5-8min，调整粘度到55-60KU。
以最后制得的除霾自洁涂料的总重量为基准，所述去离子水的添加量为20.0-25.0wt％，所述PH调节剂的添加量为0.1-0.2wt％，所述缔合型增稠剂的添加量为0.5-1.0wt％。
步骤5、将调好粘度的产品按要求过滤灌装至内壁有防腐涂层的铁桶或塑料桶中进行包装。
本发明还提供一种通过上述制备方法得到的除霾自洁涂料，其由以下重量份的组分构成：纳米水性氟硅乳液50.0-55.0wt％，润湿剂0.2-0.5wt％，丙二醇1.0-2.0wt％，消泡剂0.2-0.5wt％，防腐剂0.1-0.3wt％，醇酯1.5-2.0wt％，纳米二氧化硅复合气凝胶15.0-20.0wt％，PH调节剂0.1-0.2wt％，去离子水20.0-25.0wt％，缔合型增稠剂0.5-1.0wt％。所述除霾自洁涂料的粘度为55-60KU。
优选的，所述纳米二氧化硅复合气凝胶的粒径小于100nm。
具体的，本发明的除霾自洁涂料中，所述纳米二氧化硅复合气凝胶的含量优选为20wt％，所述水性氟硅乳液的含量优选为55wt％。
优选的，所述水性氟硅乳液为核壳结构，其中，核壳结构乳胶粒子的粒径小于100nm，固含量在50％左右；所述水性氟硅乳液中不含烷基酚聚氧乙烯醚类化合物(APEO)，并且挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOC)含量极低。
所述润湿剂为不含烷基酚聚氧乙烯醚类化合物(APEO)、低稳泡、润湿效果超强的炔二醇类润湿剂。
本发明提供一种除霾自洁涂料及其制备方法，通过采用特殊工艺合成一种纳米二氧化硅复合气凝胶，所述纳米二氧化硅复合气凝胶的孔隙中充满表面包覆纳米二氧化钛的电气石，然后将所述纳米二氧化硅复合气凝胶与适量的纳米水性氟硅乳液、助剂和去离子水等物料一起混合制备成除霾自洁涂料，所述除霾自洁涂料的主要功效有：
1、利用电气石的热电性和压电性，即当温度和压力有变化时(即使是微小的变化)，能引起电气石晶体之间电热差和电压差，这种静电电压差可以高达1.0×106eV，这个能量足以使空气发生电离，使邻近的空气分子电离转化为空气负离子，且电气石的永电性可以使负离子持续不断的产生，同时利用纳米二氧化硅复合气凝胶的超吸附力，可以容纳更多的纳米电气石，使负离子的释放量也得到大幅提升，持续大量的空气负离子使周围带正电荷的PM2.5以下的微粒相互凝聚成较大的颗粒而沉淀降落，达到持续有效的除霾效果。
2、利用纳米二氧化硅复合气凝胶对太阳光线的穿透性和电气石表面包覆的纳米二氧化钛的强烈光催化反应，产生出大量的氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，且能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质。同时利用纳米水性氟硅树脂和纳米二氧化硅复合气凝胶的超亲水性，使涂膜表面的污染物能够随着雨水自然冲洗干净，使涂层形成循环自洁功能，保持建筑物外表的持久装饰效果，且氟硅乳液的超强耐老化性和涂层的自清洁效果又进一步加强了除霾的持续有效性。
该除霾自洁涂料可广泛应用于建筑物的内外墙面的涂饰，能持续有效的去除建筑物周围和室内的PM2.5以下微粒，达到净化空气的功能；同时具有极强的杀菌、除臭、防霉和防污自洁功能。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种除霾自洁涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、合成制备纳米二氧化硅复合气凝胶；
步骤2、将纳米水性氟硅乳液置于容器中，然后在300-500r/min中速搅拌下依次加入润湿剂、丙二醇、消泡剂、防腐剂和醇酯，然后以300-500r/min中速分散5-8min；
步骤3、将步骤1制得的纳米二氧化硅复合气凝胶在200-300r/min低速搅拌下缓慢加入上述混合物中，然后以800-1000r/min高速分散10—15min；
步骤4、在200-300r/min低速搅拌下缓慢加入去离子水、pH调节剂和缔合型增稠剂，以300-500r/min中速分散5-8min，调整粘度到55-60KU；
所述步骤1包括如下具体步骤：
步骤11、将电气石粉与乙酸、水及无水乙醇混合并搅拌均匀，制得混合物M；
步骤12、在超声波作用及搅拌下将钛酸丁酯加入混合物M中，待其充分反应后将混合物通过静置、干燥、球磨得到超细粉末，然后进行热分解，得到表面包覆有二氧化钛的纳米电气石粉；
步骤13、利用所述纳米电气石粉与正硅酸乙酯、水和无水乙醇制备凝胶，并对凝胶进行超临界干燥处理得到纳米二氧化硅复合气凝胶。
2.如权利要求1所述的除霾自洁涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤1制得的纳米二氧化硅复合气凝胶的粒径小于100nm。
3.如权利要求1所述的除霾自洁涂料的制备方法，其特征在于，以最后制得的除霾自洁涂料的总重量为基准，所述纳米水性氟硅乳液的添加量为50.0-55.0wt％，所述润湿剂的添加量为0.2-0.5wt％，所述丙二醇的添加量为1.0-2.0wt％，所述消泡剂的添加量为0.2-0.5wt％，所述防腐剂的添加量为0.1-0.3wt％，所述醇酯的添加量为1.5-2.0wt％，所述纳米二氧化硅复合气凝胶的添加量为15.0-20.0wt％，所述去离子水的添加量为20.0-25.0wt％，所述pH调节剂的添加量为0.1-0.2wt％，所述缔合型增稠剂的添加量为0.5-1.0wt％。
4.如权利要求1所述的除霾自洁涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述水性氟硅乳液为核壳结构乳液，所述润湿剂为炔二醇类润湿剂。
5.如权利要求1所述的除霾自洁涂料的制备方法，其特征在于，还包括步骤5、将调好粘度的产品按要求过滤灌装至内壁有防腐涂层的铁桶或塑料桶中进行包装。
6.一种除霾自洁涂料，其特征在于，由以下重量份的组分构成：纳米水性氟硅乳液50.0-55.0wt％，润湿剂0.2-0.5wt％，丙二醇1.0-2.0wt％，消泡剂0.2-0.5wt％，防腐剂0.1-0.3wt％，醇酯1.5-2.0wt％，纳米二氧化硅复合气凝胶15.0-20.0wt％，pH调节剂0.1-0.2wt％，去离子水20.0-25.0wt％，缔合型增稠剂0.5-1.0wt％；
所述纳米二氧化硅复合气凝胶由权利要求1所述的步骤11-13制得。
7.如权利要求6所述的除霾自洁涂料，其特征在于，所述除霾自洁涂料的粘度为55-60KU。
8.如权利要求6所述的除霾自洁涂料，其特征在于，所述水性氟硅乳液为核壳结构，所述润湿剂为炔二醇类润湿剂。
9.如权利要求6所述的除霾自洁涂料，其特征在于，所述纳米二氧化硅复合气凝胶的粒径小于100nm。
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