CN104710919A - 一种自清洁环保建筑内外墙涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自清洁环保建筑内外墙涂料及其制备方法，原料为SiO2溶胶、锐钛矿型TiO2纳米粉、冰醋酸、成膜剂和水，其制备过程在于用硅的醇盐溶液水解得到SiO2溶胶，锐钛矿型TiO2纳米粉、醋酸、成膜剂和水混合，研磨得到均匀半透明的溶液，从而制得自清洁涂料。将上述自清洁涂料均匀喷涂在洁净、还未完全干燥的建筑物内墙或外墙的表面，自然干燥后得到自清洁涂层，具有优良的耐候性及超亲水效果，能够有效去除表面污物，借助太阳光还可以分解各种污染物，净化空气，减少环境污染，具有很好的应用前景和重要的社会意义。

Description

一种自清洁环保建筑内外墙涂料及其制备方法
技术领域
    本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种自清洁环保建筑内外墙涂料及其制备方法。
背景技术
    目前市场上的自清洁涂料主要有疏水性、清水性和光催化三类，疏水性涂料主要是在表面形成荷叶式的覆盆子结构或利用疏水的聚合物（CN 102051120 A）在表面获得大的润湿角，亲水性涂料则主要利用材料自身的亲水特性，光催化涂层主要是利用材料自身对太阳光吸收后产生的光生载流子实现对污染物的光降解，如TiO2类材料。多数现有的涂料多为单一功能涂料，既有的是自清洁。有的是疏水性涂料，有的则是将TiO2材料直接加入涂料中实现其光催化性质，不仅材料的消耗量大，成本高，涂料中的其他成分还影响材料的性质，基于这种状况，针对目前大气污染严重的状况，具有自清洁及净化空气功能的自清洁环保涂料，具有很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺点，提供一种成本低廉、施工方便、与底层涂料结合牢固、耐候性强的自清洁环保建筑内外墙涂料。
本发明还提供了上述自清洁环保建筑内外墙涂料的制备方法。
本发明自清洁环保建筑内外墙涂料，由以下重量份的原料制备而成：SiO2溶胶固含量1.7～8.1、锐钛矿型TiO2纳米粉2.5～100、冰醋酸0～21、成膜剂0～2.8和水200。
所述的SiO2溶胶固含量为SiO2溶胶中固相SiO2的含量，浓度为15.2～66.6g/l，其余为水；
所述的锐钛矿型TiO2纳米粉粒度为2～150nm；
所述的成膜剂为聚乙二醇、羧甲基纤维素、有机硅树脂和丙烯酸树脂中的一种或几种混合。
    上述原料中，所述的锐钛矿型TiO2纳米粉与SiO2溶胶固含量优选质量比为9～2.5：1；所述的成膜剂与锐钛矿型TiO2纳米粉和SiO2溶胶固含量总质量优选质量比为0.04～0.06：1；所述的冰醋酸与水的优选质量比为0.05：1。
上述本发明自清洁环保建筑内外墙涂料的制备方法为：将锐钛矿型TiO2纳米粉、冰醋酸、成膜剂和水加入到SiO2溶胶中研磨2～10ｈ，得均匀半透明溶液，即自清洁环保建筑内外墙涂料。
所述的SiO2溶胶，由硅的醇盐在碱性条件下水解得到，具体制备方法为：室温下，将硅的醇盐、乙醇和催化剂按体积比10～20：100：1混合，搅拌2～10h，即可；得到的SiO2溶胶固含量浓度为15.2～66.6g/l；
所述的硅的醇盐为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯中的一种或几种混合；所述的催化剂为氨水或醋酸，优选25wt%的氨水。
    上述本发明自清洁环保建筑内外墙涂料，使用时：将自清洁环保建筑内外墙涂料的原液或用水稀释后的溶液喷涂在洁净的没有完全干燥的其它涂料的表面，经自然干燥后形成自清洁环保涂层。
     本发明自清洁环保建筑内外墙涂料主要固相成分为锐钛矿型的TiO2和SiO2，SiO2溶胶的加入可以提高与墙体材料的结合性，同时SiO2稳定性好，可以提高使用寿命；锐钛矿型TiO2纳米粉具有自清洁及对有机污染物的分解作用，本发明涂料通过混合使用SiO2溶胶和锐钛矿型TiO2纳米粉，可实现自清洁环保作用。本发明形成的自洁涂层可以涂在各种亲水或疏水的其它涂料（包括油漆或其它类型涂料）表面，与基础涂料结合牢固，具有优良的耐候性；同时具有超亲水效果，能够有效去除表面污物，借助太阳光还可以分解各种污染物，净化空气，减少环境污染，具有很好的应用前景和重要的社会意义。
本发明自清洁环保建筑内外墙涂料及其制备方法，其有益效果为：将SiO2溶胶和锐钛矿型TiO2纳米粉混合，又加入少量的成膜剂研磨形成半透明溶液，有利于提高涂层的附着力，提高耐候性；使用锐钛矿型的TiO2纳米粉可以有效提高涂层的自清洁和分解污染物的能力；使用时直接喷洒在未完全干的装饰涂料表面，有利于更好地结合，既增加涂层的稳定性，又避免了传统方法中TiO2粉直接加入涂料中带来的成本过高及效果差的问题，具有很好的应用前景及经济效益。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步的阐述，需要说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1
本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料，由以下组成的原料制备而成：SiO2溶胶固含量5.4g、锐钛矿型TiO2纳米粉7.8g、冰醋酸2.1g、丙烯酸树脂1.4g和水 200g。
制备方法如下：
（1）将正硅酸乙酯20mL、乙醇100 mL和25wt%的氨水1mL混合搅拌2h，得到本实施例SiO2溶胶，SiO2溶胶中固含量浓度为44.55 g/l；
（2）将粒度25nm的锐钛矿型TiO2纳米粉7.8g、水200g、冰醋酸2.1g和丙烯酸树脂1.4g加入步骤（1）配制的固含量为5.4g的SiO2溶胶中，球磨2h，得到均匀半透明的溶液，即本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料。
将实施例1所得的自清洁环保建筑内外墙涂料喷洒在刚刚粉刷水性涂料建筑物表面，自然干燥，得到附着在装饰涂料表面的自清洁环保涂层。
实施例2
本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料，由以下组成的原料制备而成：SiO2溶胶固含量4.2g、锐钛矿型TiO2纳米粉10g、冰醋酸1.58g、羧甲基纤维素1.2g和水200g。
制备方法如下：
    （1）将正硅酸丙酯20mL、乙醇100 mL和25wt%的氨水1mL混合搅拌8h，得到本实施例SiO2溶胶，SiO2溶胶中固含量浓度为34.80 g/l；
（2）将粒度150nm的锐钛矿型TiO2纳米粉10g、水200g、冰醋酸1.58g和羧甲基纤维素1.2g加入步骤（1）配制的固含量为4.2g的SiO2溶胶中，球磨10h，得到均匀半透明的溶液，即本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料。
将实施例2所得的自清洁环保建筑内外墙涂料喷洒在刚刚粉刷水性涂料建筑物表面，自然干燥，得到附着在装饰涂料表面的自清洁环保涂层。
实施例3
本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料，由以下组成的原料制备而成：SiO2溶胶固含量6.7g、锐钛矿型TiO2纳米粉15g、冰醋酸2.1g、有机硅树脂1.2g和水200g。
制备方法如下：
    （1）将正硅酸乙酯10mL、正硅酸甲酯10mL、乙醇80 mL和25wt%的氨水1mL混合搅拌5h，得到本实施例SiO2溶胶，SiO2溶胶中固含量浓度为66.55g/l；
（2）将粒度10nm的锐钛矿型TiO2纳米粉15g、水200g、冰醋酸2.1g、有机硅树脂0.4g和聚乙二醇0.8g加入步骤（1）配制的固含量为6.7g的SiO2溶胶中，球磨6h，得到均匀半透明的溶液，即本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料。
将实施例3所得的自清洁环保建筑内外墙涂料喷洒在刚刚粉刷疏水性涂料的建筑物表面，自然干燥，得到附着在装饰涂料表面的自清洁环保涂层。
实施例4
本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料，由以下组成的原料制备而成：SiO2溶胶固含量5.7g、锐钛矿型TiO2纳米粉20g、冰醋酸1.89g、有机硅树脂0.1g、聚乙二醇0.5g、羧甲基纤维素0.3g和水200g。
制备方法如下：
    （1）将正硅酸丁酯10mL、正硅酸甲酯10mL、乙醇80 mL和25wt%的氨水1mL混合搅拌2h，得到本实施例SiO2溶胶，SiO2溶胶中固含量浓度为56.52g/l；
（2）将粒度100nm的锐钛矿型TiO2纳米粉20g、水200g、冰醋酸1.89g、有机硅树脂0.1g、聚乙二醇0.5g和羧甲基纤维素0.3g加入步骤（1）配制的固含量为5.7g的SiO2 溶胶中，球磨3h，得到均匀半透明的溶液，即本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料。
将实施例4所得的自清洁环保建筑内外墙涂料喷洒在刚刚粉刷疏水性涂料的建筑物表面，自然干燥，得到附着在装饰涂料表面的自清洁环保涂层。
实施例5
本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料，由以下组成的原料制备而成：SiO2溶胶固含量6.6g、锐钛矿型TiO2纳米粉14 g、冰醋酸2 mL、成膜剂1.3 g和水200g。
制备方法如下：
    （1）将正硅酸乙酯10mL、正硅酸甲酯8mL、正硅酸丁酯4mL、乙醇120mL和25wt%的氨水2mL混合搅拌2h，得到本实施例SiO2溶胶，SiO2溶胶中固含量浓度为45.76g/l；
（2）将粒度10nm的锐钛矿型TiO2纳米粉14g、水200g、冰醋酸2mL、有机硅树脂0.5g和聚乙二醇0.8g加入步骤（1）配制的固含量为6.6g的SiO2溶胶中，球磨2h，得到均匀半透明的溶液，即本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料。
将实施例5所得的自清洁环保建筑内外墙涂料喷洒在刚刚粉刷疏水性涂料的建筑物表面，自然干燥，得到附着在装饰涂料表面的自清洁环保涂层。
实施例6
本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料，由以下组成的原料制备而成：SiO2溶胶固含量1.7 g、锐钛矿型TiO2纳米粉2.5 g、冰醋酸0、丙烯酸树脂2.8g和水200。
制备方法如下：
（1）将正硅酸丁酯10mL、乙醇100mL和25wt%的氨水1mL混合搅拌2h，得到本实施例SiO2溶胶，SiO2溶胶中固含量浓度为15.32g/l；
（2）将粒度10nm的锐钛矿型TiO2纳米粉2.5 g、水200g、丙烯酸树脂2.8g加入步骤（1）配制的固含量为1.7 g的SiO2溶胶中，球磨2h，得到均匀半透明的溶液，即本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料。
将实施例6所得的自清洁环保建筑内外墙涂料喷洒在刚刚粉刷水性涂料建筑物表面，自然干燥，得到附着在装饰涂料表面的自清洁环保涂层。
实施例7
本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料，由以下组成的原料制备而成：SiO2溶胶固含量7.5g、锐钛矿型TiO2纳米粉90g、冰醋酸20 mL、丙烯酸树脂0.1g和水200g。 
制备方法如下：
（1）将正硅酸甲酯15mL、正硅酸乙酯5mL、乙醇100mL和25wt%的氨水2mL混合搅拌2h，得到本实施例SiO2溶胶，SiO2溶胶中固含量浓度为61.48g/l；
（2）将粒度10nm的锐钛矿型TiO2纳米粉90 g、水200g、冰醋酸20 mL、丙烯酸树脂0.1 g加入步骤（1）配制的固含量为7.5 g的SiO2溶胶中，球磨2h，得到均匀半透明的溶液，即本实施例自清洁环保建筑内外墙涂料。
将实施例7所得的自清洁环保建筑内外墙涂料喷洒在刚刚粉刷水性涂料建筑物表面，自然干燥，得到附着在装饰涂料表面的自清洁环保涂层。
对比例1：不含SiO2溶胶的涂料
将粒度150nm的锐钛矿型TiO2纳米粉10g、水200mL、乙醇100mL、冰醋酸1.5mL和羧甲基纤维素1.2g混合球磨2h，得到均匀半透明的溶液，即为不含有SiO2溶胶的自清洁环保涂料原液；
    将对比例1所得的半透明溶液喷洒在刚刚粉刷水性涂料建筑物表面，自然干燥，得到附着在装饰涂料表面的自清洁环保涂层，该涂层附着能力差，干燥后有开裂现象。
对比例2：含有普通TiO2类材料的其他涂料
（1）取正硅酸丙酯20 mL，乙醇100mL,25wt%氨水1mL混合搅拌2h，得到SiO2溶胶；
（2）将粒度150nm的金红石型TiO2粉10g、水200mL、冰醋酸1.5mL和羧甲基纤维素1.2g加入步骤（1）配置的SiO2溶胶中，球磨2h，得到均匀半透明的溶液，即为涂料原液；
    将对比例2所得的半透明溶液喷洒在刚刚粉刷水性涂料建筑物表面，自然干燥，得到附着在装饰涂料表面的涂层。该涂层不具有自清洁剂环保性质。
对比例3
将实施例1所得的自清洁环保建筑内外墙涂料喷洒在已经完全干燥的水性涂料建筑物表面，自然干燥，得到附着在装饰涂料表面的自清洁环保涂层。
    本发明自清洁环保建筑内外墙涂料实施例和对比例产品经喷涂形成的涂膜性能指标，检测结果见下表：
                                                
    通过测试可知，本发明的自清洁环保建筑内外墙涂料其在涂层附着牢度、柔韧性、抗冲击性、耐酸碱性和抗老化性能等耐候性等方面均有优异表现，综合性能优于目前已有涂料，且由实施例及对比例1～2可以看出，SiO2溶胶的加入可以提高与墙体材料的结合性能，同时SiO2稳定性好，可以提高使用寿命；锐钛矿型TiO2纳米粉具有自清洁及对有机污染物的分解作用，本发明涂料通过混合使用SiO2溶胶和锐钛矿型TiO2纳米粉，可实现自清洁环保作用；由实施例1及对比例3可知，使用时直接喷洒在未完全干的装饰涂料表面，有利于更好地结合，既增加涂层的稳定性，又避免了传统方法中TiO2粉直接加入涂料中带来的成本过高及效果差的问题，具有很好的应用前景及经济效益。

Claims (10)

1.一种自清洁环保建筑内外墙涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：SiO2溶胶固含量1.7～8.1、锐钛矿型TiO2纳米粉2.5～100、冰醋酸0～21、成膜剂0～2.8和水200。
2.根据权利要求1所述的自清洁环保建筑内外墙涂料，其特征在于：所述的SiO2溶胶固含量为SiO2溶胶中固相SiO2的含量，浓度为15.2～66.6g/l，其余为水。
3.根据权利要求1所述的自清洁环保建筑内外墙涂料，其特征在于：所述的锐钛矿型TiO2纳米粉粒度为2～150 nm。
4.根据权利要求1所述的自清洁环保建筑内外墙涂料，其特征在于：所述的成膜剂为聚乙二醇、羧甲基纤维素、有机硅树脂和丙烯酸树脂中的一种或几种混合。
5.根据权利要求1所述的自清洁环保建筑内外墙涂料，其特征在于：所述的锐钛矿型TiO2纳米粉与SiO2溶胶固含量质量比为9～2.5：1；所述的成膜剂与锐钛矿型TiO2纳米粉和SiO2溶胶固含量总质量质量比为0.04～0.06：1；所述的冰醋酸与水的质量比为0.05：1。
6.一种1～5任一权利要求所述自清洁环保建筑内外墙涂料的制备方法，其特征在于：将锐钛矿型TiO2纳米粉、冰醋酸、成膜剂和水加入到SiO2溶胶中研磨2～10h，得均匀半透明溶液，即自清洁环保建筑内外墙涂料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的SiO2溶胶，制备方法为，室温下，将硅的醇盐、乙醇和催化剂按体积比10～20：100：1混合，搅拌2～10h，即可。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的硅的醇盐为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯中的一种或几种混合；所述的催化剂为氨水或醋酸。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的催化剂为25wt%的氨水。
10.根据6～9任一权利要求所述的制备方法，其特征在于：制备得到的涂料，使用时，将原液或用水稀释后的溶液喷涂在洁净的没有完全干燥的其它涂料的表面，经自然干燥后形成自清洁环保涂层。
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