CN105482667A - 一种除甲醛固体粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种除甲醛固体粉末涂料及其制备方法，是将有机组分、无机填料、纳米填料、流平剂、消泡剂、分散剂及成膜助剂按比例置于高速混合机中混合8-10min后，送入螺杆挤出机，通过螺杆挤出机熔融挤出，加料段温度30-40℃，熔融段温度85-110℃，出料段温度110-170℃，熔融物料经压片机压片，控制厚度在2-5mm，经破碎送入磨粉机中粉碎分级，通过旋风分离器分离出过细粉末、杂物等，并用粉末筛分离出产品，粉末筛为50-100目，熟化2-5天，得到成品。本发明具有制造简单、易于包装、运输、使用方便、涂膜硬度高、耐擦洗等优点。

Description

一种除甲醛固体粉末涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于化工涂料技术领域，涉及一种固体粉末涂料及其制备方法，特别是涉及一种具有去除甲醛功能性环保型固体粉末涂料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着人民生活水平的不断提高，居住环境的不断改善，室内装饰装修日趋豪华、美观的同时，因装修引起的室内污染影响人体健康的问题越来越多。装修材料中大多含有脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等，当这些物质遇热时，就会分解出甲醛。甲醛是一种中等毒性物质，对人体健康有很大的危害，影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常、免疫功能异常等方面，长期低剂量接触甲醛可出现记忆力减退、嗜睡等神经衰弱症状，可以引起遗传物质的突变，损伤染色体。因此，高效持久地净化室内有害气体甲醛，保持清新健康的生活、工作环境成了人们越来越迫切追求的目标。
目前，去除甲醛的主要方法有：通风法、植物分解法、竹炭、活性炭、分子筛、硅胶等吸附法。在制漆阶段添加竹炭粉活性炭、分子筛、硅胶或竹炭提取液近年来被广泛运用于除甲醛涂料的制备，但是物理吸附存在着吸附平衡，当吸附饱和后会发生甲醛脱附现象，除此以外，去除甲醛功能性涂料的应用也成为人们研究的热点。常见的有机溶剂型涂料在大气中会释放出有机溶剂，不利于环境保护。以乳胶漆为代表的水性涂料，作为有机溶剂型涂料的替代品，其分散介质为水，对环境污染较小，但由于墙面腻子、部分聚合物乳液、防腐剂及其他助剂中都有或多或少的甲醛残留，因此墙面涂料在使用过程中依然会向空气中释放甲醛等有害物质。
光催化氧化法是近年来快速发展的治污技术，它利用光催化剂将吸收的光能直接转化为化学能，使许多常温常压下难以实现的化学反应能够顺利进行。对室内有害的有机污染气体，光催化反应可将其氧化生成CO2和H2O，从而达到消除室内空气污染的目的。但是光催化技术存在需要紫外激发光源、对可见光利用效率低、催化剂易失活等问题。因此，制备具有去除甲醛功能性环保型固体粉末涂料成为去除甲醛最为现实高效的选择之一。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种除甲醛固体粉末涂料及其制备方法，旨在提供一种制造简单、易于包装、运输、使用方便、涂膜硬度高、耐擦洗的除甲醛固体粉末涂料。
本发明是通过如下技术实现的：
一种除甲醛固体粉末涂料，所述固体粉末涂料是由下述重量份的原料组成的：
作为对本发明的进一步改进，所述纳米填料为SiO2-IL-Au、TiO2-IL-Au、SiO2-IL-Pt、TiO2-IL-Pt、SiO2-IL-Pd、TiO2-IL-Pd中的一种或几种，其中，IL为1，2，4-1H-三氮唑盐、甲基苯骈三氮唑盐、1-甲基苯并三唑盐中的一种或几种。
其中，所述纳米填料较优的制备方法包括如下步骤：
1)将氯丙基三乙氧基硅烷和等物质量的三唑或其衍生物在氮气的氛围于90-110℃反应24-36h；待自然冷却到室温后用无水乙醚洗涤3-5次，然后放到真空干燥箱中60-80℃下干燥12-24h，得到的黄色粘稠状液体即三唑盐，其中，氯丙基三乙氧基硅烷的CAS号是5089-70-3，分子式是C9H21ClO3Si；
2)将步骤1)所得三唑盐加入到悬浮有SiO2或TiO2纳米粒子氯仿中，在氮气的氛围下，在80-100℃下回流搅拌24h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗后，放置真空干燥箱中60-80℃下干燥10-20h，得到IL-TiO2或IL-SiO2；
其中，三唑盐与SiO2或TiO2纳米粒子的质量比为1∶(1.5-3)，SiO2或TiO2纳米粒子与氯仿的质量比为1∶(3-5)；
3)将步骤2)所得的得到IL-TiO2或IL-SiO2和PVP分散于去离子水中，加入HAuCl4或H2PtCl6或H2PdCl4，搅拌3h，再加入0.04-0.06mol/L的NaBH4溶液继续反应3h后，停止搅拌，离心得到相应的纳米填料；
其中，IL-TiO2或IL-SiO2与PVP的质量比为1∶10-15，IL-TiO2或IL-SiO2与去离子水的质量比为1∶3-5，HAuCl4或H2PtCl6或H2PdCl4与IL-TiO2或IL-SiO2的体积质量比为0.5-1.5L/g，HAuCl4或H2PtCl6或H2PdCl4与NaBH4溶液的体积比为1∶5-6。
优选地，所述有机组分选自聚3-羟基丁烯酸-2-甲基丙烯酸乙二酯、水性聚氨酯、水性聚丙烯酸酯中的一种或多种；所述无机填料为重质碳酸钙、滑石粉、轻质碳酸钙粉或钛白粉中的一种或几种；所述成膜助剂为丙二醇、甲醚、丙二醇丁醚、醇酯十二、二乙二醇丁醚或苯甲醇中的一种或几种；所述分散剂为六偏磷酸钠和/或聚羧酸钠盐；所述消泡剂优选为磷酸三丁酯、消泡剂德谦3100、消泡剂BYK088中的一种或几种；所述流平剂优选为聚丙烯酸酯流平剂、醋丁纤维素流平剂、聚乙烯醇缩丁醛流平剂中的一种或几种。
较佳地，所述无机填料中重质碳酸钙、滑石粉、轻质碳酸钙粉的粒径为1200目。
本发明还公开了一种上述固体粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：
将有机组分、无机填料、纳米填料、流平剂、消泡剂、颜料、分散剂及成膜助剂按比例置于高速混合机中混合8-10min后，送入螺杆挤出机，通过螺杆挤出机熔融挤出，加料段温度30-40℃，熔融段温度85-110℃，出料段温度110-170℃，熔融物料经压片机压片，控制厚度在2-5mm，经破碎送入磨粉机中粉碎分级，通过旋风分离器分离出过细粉末、杂物等，并用粉末筛分离出产品，粉末筛为50-100目，熟化2-5天，得到成品。
其中，本发明中所用的高速混合机、挤出机和研磨机均为常规款，本发明中所述有机组分选自聚3-羟基丁烯酸-2-甲基丙烯酸乙二酯(制备参见：魏桢等，涂料工业，第45卷第4期)和水性聚氨酯(WPU)或水性聚丙烯酸酯(WPA)(合成参见：惠正权，涂料用水性聚氨酯树脂的合成及性能研究，江南大学)。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明设计的用于具有去除甲醛功能性环保型固体粉末涂料中含有的烯醇-酮结构聚合物和光催化剂、金属催化剂纳米填料，使得本技术方案中的涂料去除甲醛功效更显著；
(2)本发明设计的用于具有去除甲醛功能性环保型固体粉末涂料，由于三唑盐的引入，能更好地固定甲醛。此基团更有利于金属Au、Pt、Pd等纳米粒子的分散。均匀修饰在光催化剂IL-TiO2或IL-SiO2表面的离子液体基团不仅克服了纳米粒子团聚不易分散的缺点，更加起到了连接和固定金属纳米粒子的作用；
(3)本发明设计的具有去除甲醛功能性环保型固体粉末涂料在大气中不会释放出有机溶剂，有利于环境保护；
(4)本发明设计的具有去除甲醛功能性环保型固体粉末涂料的制备方法简单、容易操作、对设备的要求不高；
(5)本发明设计的用于具有去除甲醛功能性环保型固体粉末涂料易于包装、运输、使用方便。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的及优点更加清晰易懂，现结合实施例对本发明做进一步解释说明，应当指出的是，在此列出的所有实施例仅仅是说明性的，并不意味着对本发明范围进行限定。
本发明下述实施例中所使用的3-羟基丁烯酸-2-甲基丙烯酸乙二酯(制备参见：魏桢等，涂料工业，第45卷第4期)，水性聚氨酯(WPU)或水性聚丙烯酸酯(WPA)(合成参见：惠正权，涂料用水性聚氨酯树脂的合成及性能研究，江南大学)均为自己合成。
本发明下述实施例中所使用其他助剂来自于上海泉昕进出口贸易有限公司。
本实施例按照中华人民共和国建材行业标准《空气净化功能墙面涂覆材料净化性能》中所用的方法对该涂料进行净化性能检测。涂料的涂刷厚度0.3-0.5mm。
本实施例采用英国产PPM400型甲醛分析仪检测甲醛的浓度，测试前与国标法GB/T18204.26酚试剂分光光度法作比对试验，测试结果不确定度小于3％。
具体实验方法：选取30m3密闭性良好的试验室，模拟大型环境测试舱测试条件，控制试验室内气温在(21±2)℃，相对湿度(40±5)％，风速(0.3±0.1)m/s。在测试室内涂上本实施例中的涂料，用微量注射器取一定量甲醛于试验室内高0.8m试验台上的表面皿中，开启房间内风扇，待试验室内甲酸浓度相对稳定后，在一定时间间隔内连续测定甲醛浓度变化。甲醛净化率计算式为：甲醛净化效率＝甲醛去除量/原甲醛的量。
实施例1
本实施例中的除甲醛固体粉末涂料，是由下述重量份的原料组成的：
其中，所述纳米填料的较好的制备方法包括如下步骤：
1)将120g氯丙基三乙氧基硅烷和34.4g1，2，4-1H-三氮唑在氮气的氛围下110℃下反应24h；待自然冷却到室温后用无水乙醚洗涤5次，然后放到真空干燥箱中80℃下干燥12h，得到的黄色粘稠状液体即三唑盐；
2)取60g步骤1)所得三唑盐加入到悬浮有90gTiO2纳米粒子氯仿中，其中氯仿的质量为270g，在氮气的氛围下，在80℃下回流搅拌24h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗后，放置真空干燥箱中80℃下干燥10h，得到IL-TiO2；
3)取40g步骤2)所得的得到IL-TiO2和400g的PVP分散于120g的去离子水中，加入20L的HAuCl4，搅拌3h，再加入100L0.04mol/L的NaBH4溶液继续反应3h后，停止搅拌，离心得到相应的纳米填料。
上述固体粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：
将有机组分、无机填料、纳米填料、流平剂、消泡剂、颜料、分散剂及成膜助剂按比例置于高速混合机中混合10min后，送入螺杆挤出机，通过螺杆挤出机熔融挤出，加料段温度35℃，熔融段温度100℃，出料段温度150℃，熔融物料经压片机压片，控制厚度在3mm，经破碎送入磨粉机中粉碎分级，通过旋风分离器分离出过细粉末、杂物等，并用粉末筛分离出产品，粉末筛为100目，熟化5天，得到成品。
经测试，本技术方案制备得到的涂料24h后对甲醛的净化效率达到87％；
实施例2
本实施例中的除甲醛固体粉末涂料，是由下述重量份的原料组成的
其中，所述纳米填料的较好的制备方法包括如下步骤：
1)将120g氯丙基三乙氧基硅烷和66.35g甲基苯骈三氮唑在氮气的氛围下90℃下反应36h；待自然冷却到室温后用无水乙醚洗涤3次，然后放到真空干燥箱中60℃下干燥24h，得到的黄色粘稠状液体即三唑盐；
2)取40g步骤1)所得三唑盐加入到悬浮有120gTiO2纳米粒子氯仿中，其中氯仿的质量为600g，在氮气的氛围下，在100℃下回流搅拌24h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗后，放置真空干燥箱中60℃下干燥20h，得到IL-TiO2；
3)取30g步骤2)所得的得到IL-TiO2和450g的PVP分散于150g的去离子水中，加入45L的H2PtCl6，搅拌3h，再加入270L0.06mol/L的NaBH4溶液继续反应3h后，停止搅拌，离心得到相应的纳米填料。
上述固体粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：
将有机组分、无机填料、纳米填料、流平剂、消泡剂、颜料、分散剂及成膜助剂按比例置于高速混合机中混合8min后，送入螺杆挤出机，通过螺杆挤出机熔融挤出，加料段温度40℃，熔融段温度85℃，出料段温度110℃，熔融物料经压片机压片，控制厚度在5mm，经破碎送入磨粉机中粉碎分级，通过旋风分离器分离出过细粉末、杂物等，并用粉末筛分离出产品，粉末筛为50目，熟化4天，得到成品。
经测试，本技术方案制备得到的涂料24h后对甲醛的净化效率达到94％以上；
实施例3
按照下文所述质量份数比称取各种原料
其中，所述纳米填料的较好的制备方法包括如下步骤：
1)将120g氯丙基三乙氧基硅烷和66.35g1-甲基苯并三唑在氮气的氛围下100℃下反应30h；待自然冷却到室温后用无水乙醚洗涤4次，然后放到真空干燥箱中70℃下干燥20h，得到的黄色粘稠状液体即三唑盐；
2)取30g步骤1)所得三唑盐加入到悬浮有60gSiO2纳米粒子氯仿中，其中氯仿的质量为240g，在氮气的氛围下，在90℃下回流搅拌24h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗后，放置真空干燥箱中70℃下干燥15h，得到IL-SiO2；
3)取20g步骤2)所得的得到IL-SiO2和240g的PVP分散于80g的去离子水中，加入20L的H2PdCl4，搅拌3h，再加入110L0.05mol/L的NaBH4溶液继续反应3h后，停止搅拌，离心得到相应的纳米填料。
上述固体粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：
将有机组分、无机填料、纳米填料、流平剂、消泡剂、颜料、分散剂及成膜助剂按比例置于高速混合机中混合9min后，送入螺杆挤出机，通过螺杆挤出机熔融挤出，加料段温度30℃，熔融段温度110℃，出料段温度170℃，熔融物料经压片机压片，控制厚度在2mm，经破碎送入磨粉机中粉碎分级，通过旋风分离器分离出过细粉末、杂物等，并用粉末筛分离出产品，粉末筛为80目，熟化2天，得到成品。
经测试，本技术方案制备得到的涂料24h后对甲醛的净化效率达到80％以上。

Claims (6)

1.一种除甲醛固体粉末涂料，其特征在于，所述固体粉末涂料是由下述重量份的原料组成的：
2.如权利要求1所述的固体粉末涂料，其特征在于：所述纳米填料为SiO2-IL-Au、TiO2-IL-Au、SiO2-IL-Zn、TiO2-IL-Zn、SiO2-IL-Cu、TiO2-IL-Cu中的一种或几种，其中，IL为三唑盐、3-甲基三唑盐、3-苯基三唑盐中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的固体粉末涂料，其特征在于所述纳米填料的制备方法包括如下步骤：
1)将氯丙基三乙氧基硅烷和等物质量的三唑或其衍生物在氮气的氛围下90-110℃下反应24-36h；待自然冷却到室温后用无水乙醚洗涤3-5次，然后放到真空干燥箱中60-80℃下干燥12-24h，得到的黄色粘稠状液体即三唑盐；
2)将步骤1)所得三唑盐加入到悬浮有SiO2或TiO2纳米粒子氯仿中，在氮气的氛围下，在80-100℃下回流搅拌24h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗后，放置真空干燥箱中60-80℃下干燥10-20h，得到IL-TiO2或IL-SiO2；
其中，三唑盐与SiO2或TiO2纳米粒子的质量比为1∶1.5-3，SiO2或TiO2纳米粒子与氯仿的质量比为1∶3-5；
3)将步骤2)所得的得到IL-TiO2或IL-SiO2和PVP分散于去离子水中，加入HAuCl4或H2PtCl6或H2PdCl4，搅拌3h，再加入0.04-0.06mol/L的NaBH4溶液继续反应3h后，停止搅拌，离心得到相应的纳米填料；
其中，IL-TiO2或IL-SiO2与PVP的质量比为1∶10-15，IL-TiO2或IL-SiO2与去离子水的质量比为1∶3-5，HAuCl4或H2PtCl6或H2PdCl4与IL-TiO2或IL-SiO2的体积质量比为0.5-1.5L/g，HAuCl4或H2PtCl6或H2PdCl4与NaBH4溶液的体积比为1∶5-6。
4.如权利要求3所述的固体粉末涂料，其特征在于：所述有机组分选自聚3-羟基丁烯酸-2-甲基丙烯酸乙二酯、水性聚氨酯、水性聚丙烯酸酯中的一种或多种；所述无机填料为重质碳酸钙、滑石粉、轻质碳酸钙粉或钛白粉中的一种或几种；所述成膜助剂为丙二醇、甲醚、丙二醇丁醚、醇酯十二、二乙二醇丁醚或苯甲醇中的一种或几种；所述分散剂为六偏磷酸钠和/或聚羧酸钠盐；所述消泡剂优选为磷酸三丁酯、消泡剂德谦3100、消泡剂BYK088中的一种或几种；所述流平剂优选为聚丙烯酸酯流平剂、醋丁纤维素流平剂、聚乙烯醇缩丁醛流平剂中的一种或几种。
5.如权利要求4所述的固体粉末涂料，其特征在于：所述无机填料中重质碳酸钙、滑石粉、轻质碳酸钙粉的粒径为1100～1300目。
6.如权利要求1-5中任一所述固体粉末涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将有机组分、无机填料、纳米填料、流平剂、消泡剂、颜料、分散剂及成膜助剂按比例置于高速混合机中混合8-10min后，送入螺杆挤出机，通过螺杆挤出机熔融挤出，加料段温度30-40℃，熔融段温度85-110℃，出料段温度110-170℃，熔融物料经压片机压片，控制厚度在2-5mm，经破碎送入磨粉机中粉碎分级，通过旋风分离器分离出过细粉末、杂物等，并用粉末筛分离出产品，粉末筛为50-100目，熟化2-5天，得到成品。
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