CN105419494B - 一种高效分解有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高效分解有害气体功能、喷涂过程中无气泡产生的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料，主要通过将贝壳粉与纳米中空二氧化钛材料进行复合处理制备出的表面组装型纳米中空TiO2/贝壳粉复合体内墙涂料。按质量和为100％计算，由40％‑70％的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体、5‑10％的钙基膨润土、10％‑30％的改性高分子成膜材料、5‑10％的纳米碳酸钙及10‑20％的重钙组成；其中，所述纳米中空TiO2/贝壳粉复合体是由30g贝壳粉与0.1mol的纳米中空TiO2复合。本发明制备的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体内墙涂料具有良好的吸附和分解室内有害气体及抑菌、杀菌、抗静电功能，同时具有固化速度快、漆面坚硬、遮盖性高、漆膜丰满、平滑光亮、抗污性好、生产成本低。
Description
技术领域
本发明属于聚合物纳米复合材料技术领域，具体涉及一种高效分解有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料及其制备方法。
背景技术
贝壳粉涂料是一种新型的生态型内墙涂料，它具有吸附室内有害、气体(甲醛、苯、TVOC、氨气)的作用及调节空气湿度功能；消除异味功能，可以对室内烟味、婴幼儿、病人、宠物、霉菌所散发的气味以及室内杂味都具有有效的祛除作用，尤其对烟在室内所散发的一氧化碳和浮游粉尘量具有吸附作用；贝壳粉所含的甲壳素膜对大肠杆菌有极强的抗菌和杀菌作用，另外对沙门氏菌、黄色葡萄糖菌也有显著效；防静电性能：贝壳粉选用天然的贝壳为原材料，其主要成分为钙，因此具有很好的防静电性能。它的性能比硅藻泥好，生产成本低于乳胶漆，施工方便。它是涂料工业的发展方向，具有极好的市场前景。
目前市场上使用的贝壳粉是将人工养殖和天然的贝壳通过高温煅烧、粉碎后制成的。其组成成分为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙等钙化物，本身为多孔状，虽然具有吸附室内有害气体(甲醛、苯、TVOC、氨气)的作用及调节空气湿度、消除异味功能。但是彻底分解室内有害气体(甲醛、苯、TVOC、氨气)的功能很小，同时由于使用的普通粉状高分子材料作为成膜材料，从而在喷涂过程中产生大量的气泡造成遮盖性差和漆面不平滑。因此提高干粉型贝壳粉内墙涂料的分解室内有害气体的功能和消除喷涂过程中产生大量的气泡是未来贝壳粉涂料技术发展的重要方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高效分解有害气体功能、喷涂过程中无气泡产生的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料，主要通过将贝壳粉与纳米中空二氧化钛材料进行复合处理制备出的表面组装型纳米中空TiO2/贝壳粉复合体内墙涂料。
一种高效分解有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料，按质量和为100％计算，由40％-70％的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体、5-10％的钙基膨润土、10％-30％的改性高分子成膜材料、5-10％的纳米碳酸钙及10-20％的重钙组成；其中，所述纳米中空TiO2/贝壳粉复合体是由30g贝壳粉与0.1mol的纳米中空TiO2复 合。
进一步地，所述的改性高分子成膜材料是由改性天然纤维素、速溶型聚乙烯醇及丙烯酸共聚物组成；其各组分的质量百分比为：改性天然纤维素40％-60％、速溶型聚乙烯醇5％-10％、丙烯酸共聚物30％-50％。
一种高效分解有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料的制备方法，其步骤如下：
(1)、纳米中空TiO2/贝壳粉复合体的制备：纳米中空TiO2/贝壳粉复合体是由30g贝壳粉与0.1mol的纳米中空TiO2复合。
(2)、改性高分子成膜材料的制备；
将40％-60％的改性天然纤维素、5％-10％的速溶型聚乙烯醇及30％-50％的丙烯酸共聚物混合均匀。
(3)、现场施工
施工时，将第一步制成的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体和第二步制成的改性高分子成膜材料以及其他成分按各种组分的质量百分比充分混合，然后将配置好的上述涂料按重量比1:1.5加入普通自来水，均匀搅拌5-10分钟即混合均匀后即可使用。
进一步地，步骤(1)中的贝壳粉是先通过将天然或人工养殖的贝壳经过陈化、清洗、烘干、粉碎研磨成粒径为200目-1200目的干粉，然后将30-50％的夏夷贝壳粉、30-50％牡蛎贝壳粉、20-30％的珍珠壳粉或蚌壳粉混合而成。
进一步地，步骤(1)中的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体的制备方法如下：
a、称取30克贝壳粉置于100毫升1mol/LTi(SO4)2溶液中，充分搅拌混合3-8小时，静置陈化4-16小时得到预处理液；
b、将浓度为0.2-1.5mol/L的NaOH溶液以3-12mL/min的速度滴入步骤a得到的预处理液中，不断搅拌，滴定终点，调节pH值至8～9，以保证二氧化钛沉淀完全，静置陈化3-5小时；
c、将步骤b中陈化后的溶液进行离心洗涤反应，洗涤若干次，直至以氯化钡检测无SO4 2-离子为止；将洗涤后的溶液在60-80℃下烘干，得到纳米TiO2/贝壳粉复合体前驱体；
d、将步骤c制备的纳米TiO2/贝壳粉复合体前驱体放入含有5-10mol/L NaOH溶液中，在120-150℃温度下反应15-20小时；调节反应物洗涤至pH值为6-8，干燥，然后在300-500℃下焙烧2-4小时得到纳米中空TiO2/贝壳粉复合体。
纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料的制备方法中的步骤(1)的搅拌过程中反应液Ti(SO4)2的Ti4+与贝壳粉表面基团发生作用，形成Ca-O-Ti键，在一定时间内，搅拌时间越长，Ti(SO4)2与贝壳粉接触越充分，Ti4+与贝壳粉表面的作用点 越多，水洗后水解形成的Ti(OH)4越多，贝壳粉表面被包覆的程度越大。贝壳粉的搅拌处理过程是Ti4+与硅灰石表面基团相互作用的过程，它对组装复合体的效果起着决定性的作用。同时搅拌过程还是对贝壳粉的碎化过程。陈化过程中，贝壳粉表面与Ti4+发生了作用，形成了Ca—O—Ti键。
反应前的搅拌及陈化过程中反应液与贝壳粉发生了初步作用，一方面通过反应液中H+与贝壳粉中CaCO3的作用，对贝壳粉起到碎化的作用；另一方面预处理过程改善了贝壳粉表面羟基的浓度及分布，有效消除组装过程的相界面，增强纳米中空TiO2与贝壳粉在接触面上的作用，促进两种物质相互扩散，从而达到理想组装。
本发明的创新之处在于：
1、本发明内墙涂料体系中以通过将贝壳粉与纳米中空二氧化钛材料进行复合处理制备出的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体为主要材料，加入一定量的以改性天然纤维素为主要成份的高分子成膜干粉和其他无机填混合而制成。这种纳米中空TiO2/贝壳粉复合体内墙涂料具有较好的分解室内有害气体(甲醛、苯、二甲苯等)及抑菌、杀菌、抗静电功能，同时具有固化速度快、漆面坚硬、遮盖性高、漆膜丰满、平滑光亮、抗污性好、生产成本低等优点。
2、通过一系列化学反应将贝壳粉与纳米中空二氧化钛材料进行复合处理制备出的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体具有高效分解甲醛等有害气体的功能，通过使用改性高分子成膜材料解决了使用普通粉状高分子材料在喷涂过程中产生大量气泡的缺陷，从而大大提高了贝壳涂料的遮盖性和漆面光滑度。
3、由于制备贝壳粉的生产过程中，不采用高温煅烧工艺，故生产成本较低。
本发明制备的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体内墙涂料具有良好的吸附和分解室内有害气体及抑菌、杀菌、抗静电功能，同时具有固化速度快、漆面坚硬、遮盖性高、漆膜丰满、平滑光亮、抗污性好、生产成本低，可适用于喷，滚，刮，刷，各种施工方法。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，所述的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。
下述实施例中所述的试剂和材料如无特殊说明，均可从商业途径获得；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法.
实施例1
一种高效吸附有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料，按质量和为100％ 计算，由40g的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体、10g的钙基膨润土、30g的改性高分子成膜材料、10g的纳米碳酸钙及10g的重钙组成。所述纳米中空TiO2/贝壳粉复合体由30g贝壳粉与100ml的1mol/L Ti(SO4)2溶液混合制备。
改性高分子成膜材料是由改性天然纤维素、速溶型聚乙烯醇及丙烯酸共聚物组成；其各组分的质量百分比为：改性天然纤维素40％，速溶型聚乙烯醇10％、丙烯酸共聚物50％。
本发明所述的一种高效吸附有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料的制备方法如下：
(1)、纳米中空TiO2/贝壳粉复合体的制备：由30g贝壳粉与100ml的1mol/L Ti(SO4)2溶液混合制备。
(2)、改性高分子成膜材料的制备；
将12g的改性天然纤维素，3g的速溶型聚乙烯醇及15g的丙烯酸共聚物混合均匀。
(3)、现场施工
施工时，将第一步制成的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体和第二步制成的改性高分子成膜材料以及其他成分按各种组分的质量百分比充分混合，然后将配置好的上述涂料按重量比1:1.5加入普通自来水，均匀搅拌5分钟即混合均匀后即可使用。
其中，步骤(1)中的贝壳粉是先通过将夏夷贝壳、牡蛎贝壳、珍珠壳经过陈化、清洗、烘干、粉碎研磨成粒径为200目干粉，然后将9g的夏夷贝壳粉、15g牡蛎贝壳粉、6g的珍珠壳粉混合而成。
进一步地，步骤(1)中的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体的制备如下：
a、称取30g贝壳粉置于100ml的1mol/L Ti(SO4)2溶液中，搅拌6h后，静置陈化16小时得到预处理液；
b、将浓度为1.5mol/L的NaOH溶液以12ml/min的速度滴入步骤a得到的预处理液中，不断搅拌，滴定终点，调节pH值至8，以保证二氧化钛沉淀完全，静置陈化5小时；
c、将步骤b中陈化后的溶液进行离心洗涤反应，洗涤若干次，直至以氯化钡检测无SO4 2-离子为止；将洗涤后的溶液在80℃下烘干，得到纳米TiO2/贝壳粉复合体前驱体；
d、将步骤c制备的纳米TiO2/贝壳粉复合体前驱体放入含有10mol/L NaOH溶液中，120℃反应15小时；调节反应物洗涤至PH为7，干燥，然后在500℃下焙烧4小时得到纳米中空TiO2/贝壳粉复合体。
实施例2
一种高效吸附有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料：其中，纳米中空TiO2/贝壳粉复合体：70％、钙基膨润土：5％、改性高分子成膜材料：10％、纳米碳酸钙：5％、重钙：10％；贝壳粉的粒径为400目。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种高效吸附有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料：其中，纳米中空TiO2/贝壳粉复合体：60％、钙基膨润土：10％、改性高分子成膜材料：10％、纳米碳酸钙：10％、重钙：10％；贝壳粉的粒径为600目。
制备方法同实施例1。
实施例4
一种高效吸附有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料：其中，纳米中空TiO2/贝壳粉复合体：50％、钙基膨润土：10％、改性高分子成膜材料：10％、纳米碳酸钙：10％、重钙：20％；贝壳粉的粒径为800目。
制备方法同实施例1。
实施例5
一种高效吸附有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料：其中，纳米中空TiO2/贝壳粉复合体：50％、钙基膨润土：20％、改性高分子成膜材料：15％、纳米碳酸钙：5％、重钙：10％；贝壳粉的粒径为1000目。
制备方法同实施例1。
实施例6
一种高效吸附有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料：其中，纳米中空TiO2/贝壳粉复合体：50％、钙基膨润土：5％、改性高分子成膜材料：30％、纳米碳酸钙：5％、重钙：10％；贝壳粉的粒径为1200目。
制备方法同实施例1。
Claims (3)
1.一种高效分解有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料，其特征在于：
按质量和为100％计算，由40％-70％的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体、5-10％的钙基膨润土、10％-30％的改性高分子成膜材料、5-10％的纳米碳酸钙及10-20％的重钙组成；其中，所述纳米中空TiO2/贝壳粉复合体是由30g贝壳粉与0.1mol的纳米中空TiO2复合；
其中，所述的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体的制备方法如下：
a、称取30克贝壳粉置于100毫升1mol/L Ti(SO4)2溶液中，充分搅拌混合3-8小时，静置陈化4-16小时得到预处理液；
b、将浓度为0.2-1.5mol/L的NaOH溶液以3-12mL/min的速度滴入步骤a得到的预处理液中，不断搅拌，滴定终点，调节pH值至8～9，以保证二氧化钛沉淀完全，静置陈化3-5小时；
c、将步骤b中陈化后的溶液进行离心洗涤反应，洗涤若干次，直至以氯化钡检测无SO4 2-离子为止；将洗涤后的溶液在60-80℃下烘干，得到纳米TiO2/贝壳粉复合体前驱体；
d、将步骤c制备的纳米TiO2/贝壳粉复合体前驱体放入含有5-10mol/L NaOH溶液中，在120-150℃温度下反应15-20小时，调节pH值为6-8，干燥，然后在300-500℃下焙烧2-4小时得到纳米中空TiO2/贝壳粉复合体。
2.如权利要求1所述的一种高效分解有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料，其特征在于：
所述的改性高分子成膜材料是由改性天然纤维素、速溶型聚乙烯醇及丙烯酸共聚物组成；其各组分的质量百分比为：改性天然纤维素40％-60％、速溶型聚乙烯醇5％-10％、丙烯酸共聚物30％-50％。
3.如权利要求1或2所述的一种高效分解有害气体的纳米中空TiO2/贝壳粉内墙涂料的制备方法，其步骤如下：
(1)、纳米中空TiO2/贝壳粉复合体的制备：纳米中空TiO2/贝壳粉复合体是由30g贝壳粉与0.1mol的纳米中空TiO2复合；其中，所述的贝壳粉是先通过将天然或人工养殖的贝壳经过陈化、清洗、烘干、粉碎研磨成粒径为200目-1200目的干粉，然后将30-50％的夏夷贝壳粉、30-50％牡蛎贝壳粉、20-30％的珍珠壳粉或蚌壳粉混合而成；
(2)、改性高分子成膜材料的制备：
将40％-60％的改性天然纤维素、5％-10％的速溶型聚乙烯醇及30％-50％的 丙烯酸共聚物混合均匀；
(3)、现场施工：
施工时，将第一步制成的纳米中空TiO2/贝壳粉复合体和第二步制成的改性高分子成膜材料以及其他成分按各种组分的质量百分比充分混合，然后将配置好的上述涂料按重量比1:1.5加入普通自来水，均匀搅拌5-10分钟即混合均匀后即可使用。
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