CN105778647B - 一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料及其制备方法 - Google Patents

一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及涂料领域，公开了一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料及其制备方法。该涂料包括以下质量份的组分：聚乙烯醇5‑15份，碳酸钙10‑20份，滑石粉4‑6份，酚氧树脂1‑3份，白芨粉2‑4份，玉米淀粉1‑3份，戊二醛0.5‑1.5份，空气净化粒子1‑3份，水55‑65份。本发明的耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料具有较好的耐水性，且具有空气净化功能，吸附容量大，净化时效长，空气净化效果好。

Description

一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，对于自身的健康也越来越关注。近年来关于新装修后的室内空气污染与白血病的发病率关系的报道也多见于媒体。因此，人们在装修时越来越注重装修材料的环保性。
在室内装修过程中，木板、胶水、墙面涂料、家具中都或多或少含有甲醛、苯系物等有害物质，在装修后的几年甚至数十年中都会逐渐散发，从而影响人体的健康。目前市场上的水性涂料由于不含有机溶剂，较为环保，应用较多，而水性涂料中聚乙烯醇类水溶性涂料由于价格便宜、无毒、无臭、施工方便等优点，应用最为广泛，市场占有率在50％左右。
如申请号为200910264473.1的中国专利公开了一种水性涂料，该涂料由以下重量份数的原料制成：聚乙烯醇，7-9份；轻质碳酸钙，30-34份；滑石粉，3-6份；石膏粉，2-7；水，90-110份。但是传统的聚乙烯醇类水溶性涂料由于其成膜物是水溶性的，耐水性较差，用湿布擦洗后会留下些痕迹。
同时，目前的市场上也出现了较多种类的具有空气净化功能的涂料。如申请号为201410251188.7的中国专利公开了水性空气净化漆，包括如下的质量百分比的组分：水25％～30％；分散剂0.5％～1％；纳米负离子粉10％；颜色填料：25％～30％；空气净化助剂1％～5％；丙烯酸乳液：30％～35％；助剂：1％～3％。
该发明制成的水性空气净化漆能长期吸收和分解室内空气中甲醛等有害物质，从而起到净化空气的作用，通过光触媒作用还可以吸收和分解空气中的香烟味、腐烂气味重的乙醛、醋酸以及氨气等异味，还可以防霉抗菌，同时本空气净化漆不含有害的有机溶剂，无毒，无味，绿色环保，耐水、耐候、耐老化、耐冷热循环性能好，附着力强，漆膜平整柔和，装饰效果好，储运安全，使用方便，能广泛应用于房屋建筑的外墙和内墙上。
上述涂料的空气净化成分为活性炭，活性炭具有较高的孔隙率，具有较好的吸附作用。但是目前以活性炭作为主要空气净化成分的涂料也存在不少缺点：1.活性炭的吸附容量较小，一般的吸附有效持续时间为1年，而有害气体的释放是长期的，因此无法满足长期的空气净化要求；2.活性炭具有较好的吸湿性，在吸附有害气体的同时，也会吸附大量的水分，导致其本就有限的吸附容量被占据。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料及其制备方法。本发明的耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料具有较好的耐水性，且具有空气净化功能，吸附容量大，净化时效长，空气净化效果好。
本发明的具体技术方案为：一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料，包括以下质量份的组分：
聚乙烯醇5-15份，
碳酸钙10-20份，
滑石粉4-6份，
酚氧树脂1-3份，
白芨粉2-4份，
玉米淀粉1-3份，
戊二醛0.5-1.5份，
空气净化粒子1-3份，
水55-65份。
作为本技术方案的优选，所述耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料还包括50-150份颜料。
一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备方法，步骤为：
1)、将复合炭溶胶、二氧化钛溶胶、氢氧化铝按质量比50-70:30-50:1-3混合均匀，得到复合溶胶，将复合溶胶陈化36-72h后，用过量的无水乙醇对复合溶胶进行溶剂置换24-48h，接着用过量的正己烷对复合溶胶进行溶剂置换12-36h，然后除去正己烷，得到复合凝胶；对复合凝胶在60-100℃下干燥30-40min；然后在200-500℃之间进行半炭化，得到半炭化物，将半炭化物洗净、干燥、粉碎后，得到半炭化气凝胶颗粒；将三甲基氯硅烷与正己烷按体积比为1-3:10混合，得到疏水改性液，将半炭化气凝胶颗粒分散至其5-10倍质量的疏水改性液中，在30-40℃下改性4-8h，制得空气净化粒子。
在本发明的技术方案中，在涂料制备过程中复合有空气净化粒子，该空气净化粒子以复合炭溶胶和二氧化钛溶胶为主要原料，先制得混合溶胶，将溶胶制成复合凝胶后，先进行干燥去除水分，然后进行半炭化，半炭化后得到半炭化气凝胶颗粒；该方法制得的半炭化气凝胶颗粒，具有较高的成孔率，比表面积大，吸附容量大，对空气中有害物质的吸附效果较好。且由于其炭化不完全，内部孔道结构的强度较高，尺寸稳定性好，结构不容易发生脆性断裂。对半炭化气凝胶颗粒进行疏水改性，一方面能够避免涂料吸水膨胀、开裂，提升耐水性；另一方面能够其防止大量吸附空气中水分，占据内部空间。氢氧化铝能够在受热后分解成氧化铝和水，氧化铝能够提升涂料的耐磨性，水受热蒸发后能够在材料中致孔，增强吸附能力，一举两得。
2)、将水升温至80-100℃，在搅拌条件下将聚乙烯醇、过100目筛的白芨粉、过100目筛的玉米淀粉在5-15min内匀速添加到水中；降温至70-80℃，在搅拌条件下将空气净化粒子添加到水中。
选用白芨粉、玉米淀粉这类天然原料，绿色环保。将聚乙烯醇、白芨粉、玉米淀粉先在较高温度下搅拌，原因是在该温度下，白芨粉中有大量的胶状物质能够被释放出来，再进行降温，能够使其具有较佳的黏稠性和流动性。由于空气净化粒子的疏水性，导致其在水性分散性较差，而白芨粉和玉米淀粉在高温下溶于水后具有较强的包覆能力，起到连接料的作用，能够对空气净化粒子包裹并辅助其进行分散。而且在涂料的涂刷过程中，白芨粉与玉米淀粉的成膜性较好，能够提升涂料的平滑性和成膜性。
3)、对碳酸钙、滑石粉进行混料，对酚氧树脂和戊二醛进行混料，在搅拌条件下将混料后的物料添加到步骤2)的水中。戊二醛和酚氧树脂起到粘结剂的作用，此外，戊二醛还拥有杀菌能力，能够对空气进行灭菌，酚氧树脂还能够提升聚乙烯醇涂料的耐水性和耐收缩性，使涂料耐擦洗和不易收缩开裂。
4)、在保温条件下，搅拌分散20-30min，冷却，制得耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料。
作为本技术方案的优选，所述空气净化粒子的粒径为400-1000微米。
作为本技术方案的优选，所述复合凝胶的半炭化过程为：将复合凝胶以8-12℃/min的速率升温至200-300℃，保持30-50min；然后再以18-22℃的速率升温至400-500℃。
按上述方法进行半炭化，一方面能够增强产物的强度，另一方面能够在半炭化过程中进行致孔，提高含孔率。
作为本技术方案的优选，所述复合炭溶胶的制备方法为：将糠醛、水溶性酚醛树脂、碳纳米管、羧甲基纤维素、水镁石纤维、碳酸氢钠和水按质量比3-5:1:0.3-0.5:0.1-0.2:0.03-0.05:0.01-0.03:100混合，搅拌均匀后得到第一混合液，在搅拌条件下将浓度为0.25-0.75mol/L的氨水滴加到第一混合液中，使第一混合液呈中性；然后在65-75℃下反应8-24h，制得复合炭溶胶。
碳纳米管呈中空管状，具有纳米尺寸的孔道，在尽量不影响复合炭溶胶成孔率的前提下，能够提高材料的强度，水镁石纤维能够提高材料的韧性。碳酸氢钠能够致孔。
作为本技术方案的优选，所述氨水的滴加速度为10-20mL/min。
作为本技术方案的优选，所述二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯、无水乙醇、碳酸氢钠按质量比1:20-40:0.1-0.3混合，得到第二混合液；将1-2mol/L的盐酸溶液、无水乙醇与水按体积比4-6:8-16:5进行混合，得到第三混合液；在搅拌条件下将第三混合液滴加到等体积的第二混合液中；然后在40-50℃下反应12-24h，得到二氧化钛溶胶。
作为本技术方案的优选，所述第三混合液的滴加速度为8-12mL/min。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明的耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料具有较好的耐水性，且具有空气净化功能，吸附容量大，净化时效长，空气净化效果好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料，包括以下质量份的组分：
聚乙烯醇10份，碳酸钙15份，滑石粉5份，酚氧树脂2份，白芨粉3份，玉米淀粉2份，戊二醛1份，空气净化粒子2份，水60份，100份颜料。
本实施例的耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备步骤为：
1)、复合炭溶胶的制备：将糠醛、水溶性酚醛树脂、碳纳米管、羧甲基纤维素、水镁石纤维、碳酸氢钠和水按质量比4:1:0.4:0.15:0.04:0.02:100混合，搅拌均匀后得到第一混合液，在搅拌条件下将浓度为0.5mol/L的氨水以15mL/min的速率滴加到第一混合液中，使第一混合液呈中性；然后在70℃下反应16h，制得复合炭溶胶。
二氧化钛溶胶的制备：将钛酸丁酯、无水乙醇、碳酸氢钠按质量比1:30:0.2混合，得到第二混合液；将1.5mol/L的盐酸溶液、无水乙醇与水按体积比5:12:5进行混合，得到第三混合液；在搅拌条件下将第三混合液以10mL/min的速率滴加到等体积的第二混合液中；然后在45℃下反应18h，得到二氧化钛溶胶。
将复合炭溶胶、二氧化钛溶胶、氢氧化铝按质量比60:40:2混合均匀，得到复合溶胶，将复合溶胶陈化54h后，用过量的无水乙醇对复合溶胶进行溶剂置换36h，接着用过量的正己烷对复合溶胶进行溶剂置换36h，然后除去正己烷，得到复合凝胶；对复合凝胶在80℃下干燥35min；接着将复合凝胶以10℃/min的速率升温至150℃，保持40min；然后再以20℃的速率升温至450℃，得到半炭化物，将半炭化物洗净、干燥、粉碎后，得到半炭化气凝胶颗粒。将三甲基氯硅烷与正己烷按体积比为2:10混合，得到疏水改性液，将半炭化气凝胶颗粒分散至其7.5倍质量的疏水改性液中，在35℃下改性6h，制得粒径为400-1000微米的空气净化粒子。
2)、将水升温至90℃，在搅拌条件下将聚乙烯醇、过100目筛的白芨粉、过100目筛的玉米淀粉在10min内匀速添加到水中；降温至75℃，在搅拌条件下将空气净化粒子添加到水中。
3)、对碳酸钙、滑石粉进行混料，对酚氧树脂和戊二醛进行混料，在搅拌条件下将混料后的物料添加到步骤2)的水中，然后添加颜料。
4)、在保温条件下，搅拌分散25min，冷却，制得耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料。
实施例2
一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料，包括以下质量份的组分：
聚乙烯醇5份，碳酸钙20份，滑石粉4.5份，酚氧树脂1份，白芨粉2份，玉米淀粉1份，戊二醛0.5份，空气净化粒子1份，水65份，50份颜料。
本实施例的耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备步骤为：
1)、复合炭溶胶的制备：将糠醛、水溶性酚醛树脂、碳纳米管、羧甲基纤维素、水镁石纤维、碳酸氢钠和水按质量比3:1:0.3:0.1:0.03:0.01:100混合，搅拌均匀后得到第一混合液，在搅拌条件下将浓度为0.25mol/L的氨水以10mL/min的速率滴加到第一混合液中，使第一混合液呈中性；然后在65℃下反应8h，制得复合炭溶胶。
二氧化钛溶胶的制备：将钛酸丁酯、无水乙醇、碳酸氢钠按质量比1:20:0.1混合，得到第二混合液；将1mol/L的盐酸溶液、无水乙醇与水按体积比4:8:5进行混合，得到第三混合液；在搅拌条件下将第三混合液以8mL/min的速率滴加到等体积的第二混合液中；然后在40℃下反应24h，得到二氧化钛溶胶。
将复合炭溶胶、二氧化钛溶胶、氢氧化铝按质量比50:30:1混合均匀，得到复合溶胶，将复合溶胶陈化36h后，用过量的无水乙醇对复合溶胶进行溶剂置换24h，接着用过量的正己烷对复合溶胶进行溶剂置换12h，然后除去正己烷，得到复合凝胶；对复合凝胶在60℃下干燥40min；接着将复合凝胶以8℃/min的速率升温至200℃，保持50min；然后再以18℃的速率升温至400℃，得到半炭化物，将半炭化物洗净、干燥、粉碎后，得到半炭化气凝胶颗粒。将三甲基氯硅烷与正己烷按体积比为1:10混合，得到疏水改性液，将半炭化气凝胶颗粒分散至其5倍质量的疏水改性液中，在30℃下改性8h，制得粒径为400-1000微米的空气净化粒子。
2)、将水升温至80℃，在搅拌条件下将聚乙烯醇、过100目筛的白芨粉、过100目筛的玉米淀粉在5min内匀速添加到水中；降温至70℃，在搅拌条件下将空气净化粒子添加到水中。
3)、对碳酸钙、滑石粉进行混料，对酚氧树脂和戊二醛进行混料，在搅拌条件下将混料后的物料添加到步骤2)的水中，然后添加颜料。
4)、在保温条件下，搅拌分散20min，冷却，制得耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料。
实施例3
一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料，包括以下质量份的组分：
聚乙烯醇15份，碳酸钙10份，滑石粉6份，酚氧树脂3份，白芨粉4份，玉米淀粉3份，戊二醛1.5份，空气净化粒子3份，水54.5份，150份颜料。
本实施例的耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备步骤为：
1)、复合炭溶胶的制备：将糠醛、水溶性酚醛树脂、碳纳米管、羧甲基纤维素、水镁石纤维、碳酸氢钠和水按质量比5:1:0.5:0.2:0.05:0.03:100混合，搅拌均匀后得到第一混合液，在搅拌条件下将浓度为0.75mol/L的氨水以20mL/min的速率滴加到第一混合液中，使第一混合液呈中性；然后在75℃下反应8h，制得复合炭溶胶。
二氧化钛溶胶的制备：将钛酸丁酯、无水乙醇、碳酸氢钠按质量比1:40:0.3混合，得到第二混合液；将2mol/L的盐酸溶液、无水乙醇与水按体积比6:16:5进行混合，得到第三混合液；在搅拌条件下将第三混合液以12mL/min的速率滴加到等体积的第二混合液中；然后在50℃下反应12h，得到二氧化钛溶胶。
将复合炭溶胶、二氧化钛溶胶、氢氧化铝按质量比70:50:3混合均匀，得到复合溶胶，将复合溶胶陈化72h后，用过量的无水乙醇对复合溶胶进行溶剂置换48h，接着用过量的正己烷对复合溶胶进行溶剂置换36h，然后除去正己烷，得到复合凝胶；对复合凝胶在100℃下干燥30min；接着将复合凝胶以12℃/min的速率升温至300℃，保持30min；然后再以22℃的速率升温至500℃，得到半炭化物，将半炭化物洗净、干燥、粉碎后，得到半炭化气凝胶颗粒。将三甲基氯硅烷与正己烷按体积比为3:10混合，得到疏水改性液，将半炭化气凝胶颗粒分散至其10倍质量的疏水改性液中，在40℃下改性4h，制得粒径为400-1000微米的空气净化粒子。
2)、将水升温至100℃，在搅拌条件下将聚乙烯醇、过100目筛的白芨粉、过100目筛的玉米淀粉在15min内匀速添加到水中；降温至80℃，在搅拌条件下将空气净化粒子添加到水中。
3)、对碳酸钙、滑石粉进行混料，对酚氧树脂和戊二醛进行混料，在搅拌条件下将混料后的物料添加到步骤2)的水中，然后添加颜料。
4)、在保温条件下，搅拌分散30min，冷却，制得耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料。
本发明制得的耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料，其吸附时效可长达3-5年，且在5年后还能保持30-40％的吸附效率。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料，其特征在于：包括以下质量份的组分：
聚乙烯醇5-15份，
碳酸钙10-20份，
滑石粉4-6份，
酚氧树脂1-3份，
白芨粉2-4份，
玉米淀粉1-3份，
戊二醛0.5-1.5份，
空气净化粒子1-3份，
水55-65份；
所述的耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备方法，步骤为：
1)、将复合炭溶胶、二氧化钛溶胶、氢氧化铝按质量比50-70:30-50:1-3混合均匀，得到复合溶胶，将复合溶胶陈化36-72h后，用过量的无水乙醇对复合溶胶进行溶剂置换24-48h，接着用过量的正己烷对复合溶胶进行溶剂置换12-36h，然后除去正己烷，得到复合凝胶；对复合凝胶在60-100℃下干燥30-40min；然后在200-500℃之间进行半炭化，得到半炭化物，将半炭化物洗净、干燥、粉碎后，得到半炭化气凝胶颗粒；将三甲基氯硅烷与正己烷按体积比为1-3:10混合，得到疏水改性液，将半炭化气凝胶颗粒分散至其5-10倍质量的疏水改性液中，在30-40℃下改性4-8h，制得空气净化粒子；
2)、将水升温至80-100℃，在搅拌条件下将聚乙烯醇、过100目筛的白芨粉、过100目筛的玉米淀粉在5-15min内匀速添加到水中；降温至70-80℃，在搅拌条件下将空气净化粒子添加到水中；
3)、对碳酸钙、滑石粉进行混料，对酚氧树脂和戊二醛进行混料，在搅拌条件下将混料后的物料添加到步骤2)的水中；
4)、在保温条件下，搅拌分散20-30min，冷却，制得耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料。
2.如权利要求1所述的一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料，其特征在于，还包括50-150份颜料。
3.如权利要求1所述的一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备方法，其特征在于，所述空气净化粒子的粒径为400-1000微米。
4.如权利要求1所述的一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备方法，其特征在于，所述复合凝胶的半炭化过程为：将复合凝胶以8-12℃/min的速率升温至200-300℃，保持30-50min；然后再以18-22℃的速率升温至400-500℃。
5.如权利要求1所述的一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备方法，其特征在于，所述复合炭溶胶的制备方法为：将糠醛、水溶性酚醛树脂、碳纳米管、羧甲基纤维素、水镁石纤维、碳酸氢钠和水按质量比3-5:1:0.3-0.5:0.1-0.2:0.03-0.05:0.01-0.03:100混合，搅拌均匀后得到第一混合液，在搅拌条件下将浓度为0.25-0.75mol/L的氨水滴加到第一混合液中，使第一混合液呈中性；然后在65-75℃下反应8-24h，制得复合炭溶胶。
6.如权利要求5所述的一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备方法，其特征在于，所述氨水的滴加速度为10-20mL/min。
7.如权利要求1所述的一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯、无水乙醇、碳酸氢钠按质量比1:20-40:0.1-0.3混合，得到第二混合液；将1-2mol/L的盐酸溶液、无水乙醇与水按体积比4-6:8-16:5进行混合，得到第三混合液；在搅拌条件下将第三混合液滴加到等体积的第二混合液中；然后在40-50℃下反应12-24h，得到二氧化钛溶胶。
8.如权利要求7所述的一种耐水净味型聚乙烯醇水溶性涂料的制备方法，其特征在于，所述第三混合液的滴加速度为8-12mL/min。
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