CN105348957B - 一种含伊蒙粘土的纳米空气净化涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含伊蒙粘土的纳米空气净化涂料及其制备方法，属于涂料领域。其质量组分为纯水15～22，纳米伊/蒙粘土10～20，乙二醇2～5，硫酸锌粉4～10，滑石粉3～6，立德粉6～20，钛白粉5～8、丙烯酸酯乳液15～20，以及分散剂、消泡剂、成膜助剂、流平剂、防沉剂等。制备方法中主要是克服纳米伊/蒙粘土与乳液体系的相容性，增强纳米材料分散效果，使纳米材料的性质得到充分发挥。这种涂料的优点是具有较强的空气净化功能，对空气中的甲醛、甲苯等有毒有害物质具有降解和消除的能力，生产工序简单、易操作，成本低，可广泛应用于建筑物内、外墙的涂装。

Description

一种含伊蒙粘土的纳米空气净化涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米空气净化涂料及其制备方法，特别涉及一种含纳米伊蒙粘土的纳米空气净化涂料及其制备方法，属纳米层状硅酸盐粘土矿物的新应用领域。
背景技术
随着人们环保意识的增强，建筑装潢材料相继出现了无毒、无害、无污染的绿色环保装饰材料，目前市场上出现的绿色环保涂料、纳米涂料已成为了人们绿色消费的一种新的时尚。目前市场上的空气净化涂料多是通过在涂料中添加纳米二氧化钛来达到空气净化效果。锐钛矿型纳米二氧化钛通过光催化活性功能吸收光能量后能产生OH-自由基与负氧离子。OH-自由基与负氧离子具有很强的氧化还原能力，能分解氧化空气中的氧化物，从而达到净化空气的目的。
但锐钛矿型纳米二氧化钛与涂料体系存在相容性问题与纳米二氧化钛在涂料体系中的分散性问题。且锐钛矿型纳米二氧化钛通过光催化活性功能不仅会分解氧化空气中的氧化物，但同时也会对涂料系统本身的有机物质产生降解分解作用，严重影响涂料系统的使用寿命等性能。
因此，需要寻找一种既能与涂料体系更有效相容，又易于在涂料体系中进行均匀分散，同时又能净化空气的健康环保材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种能与涂料体系相容性、分散性良好，同时又能净化空气的健康环保的纳米伊蒙粘土材料。
本发明的另一个目的是提供一种含伊蒙粘土的纳米抗菌净化涂料及其制备方法。
本发明的目的由以下技术方案实现：
本发明的目的所述纳米伊蒙粘土材料的制备方法，步骤如下：
1)干法破碎：将天然的伊蒙粘土矿物机械破碎成粒径小于5cm的伊蒙混层粘土矿小块；
2)浸泡：将步骤1)得到的伊蒙混层粘土矿小块加水浸泡12h，得到伊蒙粘土料浆；以所述料浆的总质量为100％计，其中，料浆固含量为45wt％；
3)捣浆：调节伊蒙粘土料浆的pH值为9，加入分散剂，并采用砂磨分散机进行捣浆分散；其中，分散剂的加入量为所述料浆中固含量的1.5wt％；砂磨分散机的转速为1000rpm，搅拌时间为30min；
4)筛分：将步骤3)捣浆分散后的料浆过500目筛，得到筛下料浆；
5)除铁：采用高梯度磁选机对步骤4)得到的料浆进行除铁，料浆在高梯度磁选机中循环3次，高梯度磁选机的磁场强度为10000Gs；
6)化学漂白：将除铁后的料浆在1000rpm、65℃的条件下进行漂白，具体为：先采用H2SO4溶液调节料浆的pH值为5，然后加入保险粉，反应60min，再加入草酸，反应60min；之后再对料浆进行分离得到黄色固体，将所得黄色固体水洗至白色，然后加水使料浆固含量为45wt％，即可得到漂白后的料浆；其中，保险粉的加入量为料浆中固含量的1.0wt％，草酸的加入量为料浆中固含量的1.5wt％；
7)研磨：采用高能量密度搅拌磨对漂白后的料浆进行研磨，其中，泵的给料速度为3L/min，研磨介质为直径0.7mm的ZrO2陶瓷微珠，研磨介质填充率为85％，磨机转速为1400rpm，研磨时间为5～48h；研磨后得到纳米伊蒙粘土料浆。
步骤3)调节伊蒙粘土料浆的pH值时优选采用NaOH或H2SO4溶液；
步骤3)所述分散剂优选为WF-211分散剂(聚羧酸钠盐共聚物)。
本发明另一个目的所述的一种含伊蒙粘土的纳米抗菌净化涂料的制备方法，步骤如下：
其基本组成包括以下成分(质量组分)：
其制备方法步骤如下：
A、将上述成分中的(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)放入转速为2000rpm的高速分散机中，分散时间为40分钟；
B、将经过步骤A获得的产物通过研磨机研磨，研磨时间为60分钟；
C、将研磨后得到的产物放入搅拌机，在400rpm的搅拌速度下缓慢加入上述成分中的(10)(11)(12)(13)，进行搅拌混合，搅拌分散时间为40分钟；
D、将经步骤C得到的产物过200目筛，即得成品。
有益效果
本发明所提供的一种含伊蒙粘土纳米抗菌净化涂料具有以下优点：
(1)伊蒙粘土来源于天然无机非金属矿物，通过纯物理加工方式，纯天然、无毒无害、绿色环保，是一种环境友好型的产品。
(2)本发明具有较强的净化空气功能，能有效降解和消除空气中的甲醛、甲苯等有毒有害物质，甲醛、甲苯净化率较高。
(3)本发明的作用条件简单，无需通过光活性催化即能发挥空气净化作用。
附图说明
图1为实施例1～5的颗粒累积分布图；其中，6h-实施例1，12h-实施例2,18h-实施例3、24h-实施例4、48h-实施例5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
以下实施例中所用设备如下：
砂磨分散机：深圳叁星飞荣机械有限公司SDF-400型；
高能量密度搅拌磨：瑞士Bulher(布勒)公司SuperFlow12型；
高梯度磁选机：广东佛山市万达业除铁设备有限公司WD系列；
实施例中颗粒累积分布图由美国Micromeritics公司生产的SediGraph III5120型X光沉降粒度仪测得；
实施例中所用分散剂WF-211为上海鑫阳化工有限公司生产。
助剂名称 型号
消泡剂 HT-A10水性体系用分子级消泡剂
成膜助剂 十二碳醇酯成膜助剂
润湿分散剂 HT-750润湿分散剂(磺基琥珀酸二异辛酸酯钠)
流平剂 EGO Glide 450流平剂(聚醚硅氧烷共聚物)
防沉剂 BYK-420水性防沉剂
丙烯酸酯乳液 巴德富净味苯丙乳液RS-916W
实施例1
(1)干法破碎：将天然的伊蒙粘土矿物机械破碎成粒径小于5cm的伊蒙混层粘土矿小块；
(2)浸泡：将450g伊蒙混层粘土矿小块和550g水混合，然后浸泡12h，得到伊蒙粘土料浆；
(3)捣浆：采用0.1mol/L的NaOH溶液调节伊/蒙粘土料浆的pH值为9，加入6.75g分散剂WF-211，并采用砂磨分散机进行捣浆分散；其中，分散剂WF-211的加入量为所述料浆中固含量的1.5wt％；砂磨分散机的转速为1000rpm，搅拌时间为30min；
(4)筛分：将步骤(3)捣浆分散后的料浆过500目筛，得到筛下料浆；
(5)除铁：采用高梯度磁选机对步骤(4)得到的料浆进行除铁，料浆在高梯度磁选机中循环3次，高梯度磁选机的磁场强度为10000Gs；
(6)化学漂白：将除铁后的料浆在1000rpm、65℃的条件下进行漂白，具体为：先采用0.1mol/L的H2SO4溶液调节料浆的pH值为5，然后加入保险粉，反应60min，再加入草酸，反应60min；之后再对料浆进行分离得到黄色固体，将所得黄色固体水洗至白色，然后加水使料浆固含量为45wt％，即可得到漂白后的料浆；其中，保险粉的加入量为料浆中固含量的1wt％，草酸的加入量为料浆中固含量的1.5wt％；
(7)研磨：采用高能量密度搅拌磨对漂白后的料浆进行研磨，其中，泵的给料速度为3L/min，研磨介质为直径0.7mm的ZrO2陶瓷微珠，研磨介质填充率为85％，磨机转速为1400rpm，研磨时间为6h；研磨后得到纳米料浆；所述料浆的颗粒累积分布图如附图1中6h曲线所示，可以看出小于100nm的颗粒约占40％，颗粒粒度达到纳米级；
(8)将100g的伊蒙粘土纳米料浆、150g的纯水、40g的乙二醇、60g的硫酸锌粉、40g的滑石粉、80g的立德粉、60g的钛白粉、20g的润湿分散剂、1.5g的消泡剂分别放入高速分散机中，分散机的转速为2000rpm，分散时间为60分钟；
(9)将步骤(8)得到的产物放入研磨机中进行研磨分散，研磨时间为60分钟；
(10)将步骤(9)得到的产物放入低速搅拌机中，在400rpm的搅拌速度下，缓慢加入150g丙烯酸乳液、6g的十二碳醇酯作成膜助剂、2g的流平剂、3g的防沉剂，充分分散搅拌40分钟；
(11)将步骤(10)得到的产物过200目筛，即制备得到含伊蒙粘土的纳米空气净化涂料。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤(7)中研磨时间为12h，所述料浆的颗粒累积分布图如图1中12h曲线所示，可以看出小于100nm的颗粒约占45％，颗粒粒度达到纳米级；步骤(8)中将120g的伊蒙粘土纳米料浆、160g的纯水、40g的乙二醇、60g的硫酸锌粉、40g的滑石粉、80g的立德粉、60g的钛白粉、24g的润湿分散剂、1.8g的消泡剂分别放入高速分散机中，分散机的转速为2000rpm，分散时间为60分钟；步骤(10)中缓慢加入180g丙烯酸乳液、7.2g的十二碳醇酯作成膜助剂、2.2g的流平剂、3.2g的防沉剂，充分分散搅拌40分钟。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤(7)中研磨时间为18h，所述料浆的颗粒累积分布图如图1中18h曲线所示，可以看出小于100nm的颗粒约占45％，颗粒粒度达到纳米级；步骤(8)中将150g的伊蒙粘土纳米料浆、180g的纯水、40g的乙二醇、60g的硫酸锌粉、40g的滑石粉、80g的立德粉、60g的钛白粉、28g的润湿分散剂、2.2g的消泡剂分别放入高速分散机中，分散机的转速为2000rpm，分散时间为60分钟；步骤(10)中缓慢加入220g丙烯酸乳液、8.8g的十二碳醇酯作成膜助剂、2.6g的流平剂、3.8g的防沉剂，充分分散搅拌40分钟。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤(7)中研磨时间为24h，所述料浆的颗粒累积分布图如图1中24h曲线所示，可以看出小于100nm的颗粒约占55％，颗粒粒度达到纳米级；步骤(8)中将180g的伊蒙粘土纳米料浆、200g的纯水、40g的乙二醇、60g的硫酸锌粉、40g的滑石粉、80g的立德粉、60g的钛白粉、32g的润湿分散剂、2.6g的消泡剂分别放入高速分散机中，分散机的转速为2000rpm，分散时间为60分钟；步骤(10)中缓慢加入250g丙烯酸乳液、10.0g的十二碳醇酯作成膜助剂、3.0g的流平剂、4.2g的防沉剂，充分分散搅拌40分钟。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤(7)中研磨时间为48h，所述料浆的颗粒累积分布图如图1中48h曲线所示，可以看出小于100nm的颗粒约占73％，颗粒粒度达到纳米级；步骤(8)中将200g的伊蒙粘土纳米料浆、220g的纯水、40g的乙二醇、60g的硫酸锌粉、40g的滑石粉、80g的立德粉、60g的钛白粉、36g的润湿分散剂、3.0g的消泡剂分别放入高速分散机中，分散机的转速为2000rpm，分散时间为60分钟；步骤(10)中缓慢加入280g丙烯酸乳液、11.2g的十二碳醇酯作成膜助剂、3.4g的流平剂、4.6g的防沉剂，充分分散搅拌40分钟。
依据本发明制备的含伊/蒙粘土的纳米空气净化涂料经实验室检验，检验依据为JC/T 1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》，检测结果如下表所示：

Claims (1)

1.一种含伊蒙粘土的纳米空气净化涂料，其特征在于，包括以下质量份数的成分：
制备步骤如下：
A、将上述成分中的(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)放入转速为2000rpm的高速分散机中，分散时间为40分钟；
B、将经过步骤A获得的产物通过研磨机研磨，研磨时间为60分钟；
C、将研磨后得到的产物放入搅拌机，在400rpm的搅拌速度下加入上述成分中的(10)(11)(12)(13)，进行搅拌混合，搅拌分散时间为40分钟；
D、将经步骤C得到的产物过200目筛，即得成品；
其中纳米伊蒙粘土料浆的生产步骤如下：
1)干法破碎：将天然的伊蒙粘土矿物机械破碎成粒径小于5cm的伊蒙混层粘土矿小块；
2)浸泡：将步骤1)得到的伊蒙混层粘土矿小块加水浸泡12h，得到伊蒙粘土料浆；以所述料浆的总质量为100％计，其中，料浆固含量为45wt％；
3)捣浆：调节伊蒙粘土料浆的pH值为9，加入分散剂，并采用砂磨分散机进行捣浆分散；其中，分散剂的加入量为所述料浆中固含量的1.5wt％；砂磨分散机的转速为1000rpm，搅拌时间为30min；
4)筛分：将步骤3)捣浆分散后的料浆过500目筛，得到筛下料浆；
5)除铁：采用高梯度磁选机对步骤4)得到的料浆进行除铁，料浆在高梯度磁选机中循环3次，高梯度磁选机的磁场强度为10000Gs；
6)化学漂白：将除铁后的料浆在1000rpm、65℃的条件下进行漂白，具体为：先采用H2SO4溶液调节料浆的pH值为5，然后加入保险粉，反应60min，再加入草酸，反应60min；之后再对料浆进行分离得到黄色固体，将所得黄色固体水洗至白色，然后加水使料浆固含量为45wt％，即可得到漂白后的料浆；其中，保险粉的加入量为料浆中固含量的1.0wt％，草酸的加入量为料浆中固含量的1.5wt％；
7)研磨：采用高能量密度搅拌磨对漂白后的料浆进行研磨，其中，泵的给料速度为3L/min，研磨介质为直径0.7mm的ZrO2陶瓷微珠，研磨介质填充率为85％，磨机转速为1400rpm，研磨时间为5～48h；研磨后得到纳米伊蒙粘土料浆。
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